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Il Professor Designs Nanomaterials del MIT per le Applicazioni di Energia

Published on October 11, 2012 at 6:44 AM

Crescendo in Cina come il figlio di due ingegneri, Ju Li dice che inizialmente di più si è interessato alla scienza pura che nell'assistenza tecnica pratica. “Abbastanza sono stato affascinato da fisica teorica quando ero un capretto,„ lui richiamo.

Ju Li, il professor nei dipartimenti del MIT di scienza dei materiali ed assistenza tecnica e scienza ed assistenza tecnica nucleari, giudica un supporto di microscopia di traforo di scansione utilizzato nella microscopia elettronica di trasmissione in situ nanofactory. (Foto: M. Scott Brauer)

Ma alla fine, ha trovato un modo combinare il teorico con il pratico: studiando come gli atomi e gli elettroni si comportano ed interagiscono in un modo che permette che lui progetti i nuovi materiali dal livello atomico sopra su.

Li, che tiene una nomina unita come professor nei dipartimenti del MIT di scienza dei materiali ed assistenza tecnica (DMSE) e scienza ed assistenza tecnica nucleari (NSE), ha finito in un campo di ricerca che potrebbe trasformare il modo che l'energia è generata, memorizzato ed utilizzato - in tutto dalle batterie più minuscole dei mitocondri alle centrali elettriche nucleari enormi.

Durante i suoi anni accademici all'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, Li è stato molto interessato nell'ingegneria elettrica e l'informatica, spiega. Quello piombo lui ad un approccio che usa le simulazioni su elaboratore dei materiali ai livelli elettronici ed atomici per capire il potenziale per i nuovi modi di usando questi materiali - tecniche che possono poi essere confermate e sviluppate con gli esperimenti precisi del laboratorio.

Lavorando attraverso una vasta gamma di disgaggi è stato una funzionalità centrale della ricerca di Li da quando è arrivato al MIT come studente di laurea. “Ho trovato che potrei usare la mia conoscenza di fisica e lavoro con i computer„ per modellare il comportamento dei materiali. “Ho ritenuto che fosse una misura molto buona,„ dice.

Dopo l'utile del suo PhD in ingegneria nucleare dal MIT nel 2000, ha passare due anni come postdoc qui, funzionamento con Sidney Yip, ora professore emerito, che egualmente tiene una nomina unita in NSE e in DMSE. Durante quel tempo Li egualmente ha lavorato con i ricercatori Subra Suresh del MIT, che ora è Direttore del National Science Foundation e Krystyn Van Vliet, un professore associato in DMSE.

Ha lasciato nel 2002 il MIT per catturare una posizione di assistente universitario nella scienza dei materiali e l'assistenza tecnica all'Ohio State University, muoventesi verso l'Università Della Pennsylvania nel 2007 come professore associato di scienza dei materiali. Ha ritornato al MIT nel 2011 come il Professor di Alliance di Energia di Battelle di Scienza e di Assistenza Tecnica Nucleari e come professor in DMSE. La Sua moglie, un ingegnere biologico, è corrente un postdoc al MIT; la coppia ha un derivato di 12 anni e un figlio di 5 anni.

Li è coinvolgere nell'osservazione e nella simulazione del comportamento dinamico delle strutture più minuscole, aiutante i collegare del nanoscale di progettazione - appena dieci dei nanometri densamente - che potrebbero fungere da anodi e catodi, i due pali attivi di una batteria, ma su un disgaggio ben più piccolo di chiunque ha prodotto prima. Con certo ulteriore lavoro per integrare questi in un'unità funzionante, dice, questo potrebbe essere un primo punto verso una versione in vivo di un sistema che potrebbe avvicinarsi alle capacità stupefacenti indicate nella pellicola 1966 di fantascienza “Viaggio Fantastico,„ quale ha descritto un sottomarino miniaturizzato che potrebbe traversare attraverso la circolazione sanguigna di una persona per rimuovere un coagulo di sangue.

“Con i nostri collaboratori, abbiamo fatto la più piccola batteria nel mondo,„ Li dice. Sebbene non sia ancora a sviluppo completo - le sue del gruppo necessità ancora di trovare i modi di imballaggio dei questi elettrodi in un'unità completa e funzionale - la batteria miniaturizzata potrebbe qualche giorno fornire un'alimentazione per mobilità di nanodevice e micro-, Li dice.

Approfittando della microscopia elettronica di trasmissione in situ specializzata (TEM), egualmente ha scoperto parecchi nuovi fenomeni che hanno luogo a questi disgaggi minuscoli e che potrebbero qualche giorno essere sfruttati. “Vedere è credere,„ Li dice della convalida in situ di TEM. “Fornisce un assegno molto buon dei nostri nuovi metodi di modellistica.„

La Maggior Parte analisi di questa dinamica al disgaggio atomico, Li dice, ugualmente è limitata per trovare i loro effetti realmente significativi, a causa della quantità scoraggiante di potenza di calcolo stata necessaria per effettuare le simulazioni a lungo termine. “Che Cosa sono importanti per i materiali col passare del tempo sono eventi rari, dove le obbligazioni si rompono e una dislocazione o una crepa può evolversi,„ dice. Li ed i suoi colleghi hanno trovato i modi intorno a questo sviluppando gli algoritmi che possono sormontare le limitazioni di scala cronologica e predicono tali eventi “rari„ che determinano l'evoluzione della microstruttura.

Applicando una tecnica accelerata di simulazione, Li poteva utilizzare questi nuovi modelli per estrapolare dalle scale cronologiche di alcuni nanosecondi fino ai secoli o ai millenni - il tempo necessario valutare la stabilità dei contenitori utilizzati per memorizzare lo spreco dalle memorie del reattore nucleare, che possono rimane pericolosamente radioattivo per molte migliaia di anni.

Ora, Li dice, alcuno del suo lavoro recente è messo a fuoco su come il grande sforzo elastico pregiudica i beni dei materiali. Per esempio, Intel ed altre società hanno trovato che quando il silicio è allungato in modo che la sua grata si espandesse da circa 1 per cento, la capacità degli elettroni di muoversi all'interno del materiale aumenta di circa 50 per cento; questa tecnica già sta applicandosi a una vasta gamma di chip elettronica. Li pensa che questo stia graffiando appena la superficie di che cosa potrebbe trasformarsi in in una vasta schiera delle applicazioni basate su assistenza tecnica di sforzo elastico.

Andando giù alle manipolazioni del nanoscale di grande sforzo elastico, Li dice, pensa che sia possibile scoprire i nuovi e beni imprevisti dei materiali. Pensa che l'impatto su assistenza tecnica futura potrebbe essere comparabile all'invenzione di unire in lega dei metalli dai nostri antenati, che hanno introdotto l'Età Del Bronzo Più di cinque millenni fa. Le Nuove tecnologie per la fabbricazione dei nanomaterials che possono resistere al grande sforzo senza rilassamento e per sforzo elastico d'applicazione e di misurazione e la comprensione dei sui effetti sui beni fisici e chimici, stanno aprendo le nuove possibilità rivoluzionarie per i materiali costruiti, dice.

“Credo che questo possa finalmente avere un impatto sulla civilizzazione umana tanto come unire in lega del prodotto chimico ha avuto,„ Li dica. “I Nanomaterials hanno generalmente tolleranza molto più grande per sforzo elastico. Esplorando i materiali nello spazio sei-dimensionale di sforzo elastico, proviamo a comunicare un nuovo significato all'istruzione di Feynman che c'è abbondanza di stanza al fondo.„

Sorgente: http://web.mit.edu

Last Update: 11. October 2012 07:41

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