Disenyo ng atomiko para sa isang planong walang carbon – “Mahalagang tulong na i-save ang Earth”

May-akda

Pagmanipula ng mga materyales sa isang pangunahing antas, ЗInihayag ni Ju Li ang mga bagong pag-aari para sa mga application ng enerhiya.

Sa buong bahagi ng kanyang karera, nakabuo si Ju Li ng mga teoretikal na aspeto ng kanyang trabaho na ginalugad kung paano ang pagmamanipula at muling pagbubuo ng mga materyales sa isang antas ng atomiko ay maaaring magbunga ng kamangha-manghang at kapaki-pakinabang na mga bagong macroscale na katangian. Ang pag-aaral na ito, na sinimulan niya noong 1994 bilang isang nagtapos na mag-aaral sa Massachusetts Institute of Technology, ay matatagpuan sa “kantong sa pagitan ng mga kilala at hindi kilala,” sabi ni Lee Ph.D.). Materyal na Agham at Engineering. “Mayroong ilang kawalan ng katiyakan sa pagsasagawa ng pagsasaliksik na lubos na nakakaakit sa akin, halos nakakahumaling.”

Ang gawain ni Lee, na gumagaya sa mga posisyon ng mga atomo, “kung paano sinusubaybayan ni Newton ang mga daanan ng mga planeta,” sabi niya, ay isang uri ng malalim na laro: “Ang agham ay kamangha-mangha, at nasisiyahan akong gumawa ng mga simulation tungkol sa mga electron, atoms, at mga depekto,” sabi ni

Ngunit simula noong 2011, pagkatapos niyang bumalik sa Massachusetts Institute of Technology bilang isang lektor, sinimulang duda ni Lee ang kanyang mga layunin. “Sa iyong pagtanda, hindi sapat na gawin lamang ang teorya at pag-usapan ang tungkol sa agham,” sabi niya. “Mula noong huling bahagi ng 1990, alam ko na ang pagbabago ng klima ay isang problema, at napagtanto ko na sa personal na magagawa ko at dapat gawin nang malaki upang magbigay ng kontribusyon.”

Kinilala ni Lee na ang kanyang maraming taon ng pagmomodelo ng mga materyales na mikrostruktura ay nagbigay ng isang solidong platform para sa paggalugad ng mga solusyon sa enerhiya na makakatulong sa pagtugon sa pagbabago ng klima. Nagpapatakbo siya ng isang pang-eksperimentong programa sa kanyang lab, at, sinabi niya, “Mas naging oriented ako sa engineering.”

Ang resulta: maraming pagsulong sa mga materyal na ginamit sa lakas ng nukleyar, baterya at pag-convert ng enerhiya, na may makabuluhang panandaliang at pangmatagalang implikasyon para sa pag-decarbonisation ng planeta. Ang lawak ng kanyang trabaho, na naitala sa daan-daang mga artikulo sa journal – 45 sa 2020 lamang – ay nakakuha ng pagkilala kay Lee, kabilang ang mga halalan sa Materials Research Society, ang American Physical Society, at, noong nakaraang Nobyembre lamang, ang mga halalan sa American Association for the Advancement ng Agham.

Ngunit ang lahat na nagtutulak sa lahat ng pagganap na ito ay ang “pakiramdam ng presyur ng oras,” sabi ni Lee, na nagsimula sa isang ambisyosong kampanya upang “mahalagang makatulong na i-save ang Earth”.

Ju Lee

“Pakiramdam ang presyon ng oras,” sabi ni Zhu Li, na naglunsad ng isang ambisyosong kampanya upang “mahalagang mai-save ang Earth” – iyon ang nagtutulak sa kanyang napakalaking pagganap. May-akda: Gretchen Ertl

Pag-aralan ang A + B

Bilang isang paraan upang maisaayos ang sarili nitong lumalagong portfolio ng pagsasaliksik ng enerhiya at lumikha ng isang modelo para sa mas malawak na pamayanan ng pananaliksik, si Lee ay nagpatibay ng isang may dalawang dalawahang “A + B” na diskarte:

Ang “” A “ay inilaan para sa aksyon, na nangangahulugang ang mabilis na pagpapalawak ng mga napatunayan na teknolohiya tulad ng lakas nukleyar at ang rechargeable na baterya, na alam nating maaaring gumana sa sukat ng terawatt na kinakailangan upang babaan ang mga antas ng CO.2 emissions bigla sa kalagitnaan ng siglo, “sabi ni Lee. Ang “” B “ay para sa mga teknolohiya ng mga bata tulad ng advanced fission at fusion reactors, at computing ng kabuuan, ang mga bagong teknolohiya na kailangan nating paunlarin ngayon upang maging handa sila sa loob ng 20-30 taon ”.

Naniniwala si Lee na ang Earth ay nasusunog, at ngayon ay mahalaga na idirekta ang lahat ng lakas ng nasusukat na teknolohiya na sunugin. “Pinapatay mo ang apoy sa pamamagitan ng 2050, pinapabagal ang slope ng CO2 at pagtaas ng temperatura, at pagkatapos ay i-on ang mas malinis, mas sopistikadong mga system ng enerhiya sa isang sukat, “sabi niya.

Upang bigyang-diin ang kanyang pangako sa pamamaraang ito, naglunsad si Lee noong nakaraang taon ng isang simposium sa inilapat na enerhiya: MIT A + B, na nagpapakita ng pinakapangako na mga materyales at teknolohiya para sa agaran at hinaharap na epekto ng enerhiya.

Ang sariling pananaliksik ni Lee na A + B ay kumukuha ng kanyang malalim na karanasan sa materyal na teorya, pagmomodelo at syensya ng mikrostruktural. Sa loob ng higit sa isang dekada, nagsasaliksik siya ng mga makabagong aplikasyon para sa nababanat na pagpapapangit – isang pamamaraan na lumilikha ng napakalaking mekanikal na pagkapagod sa pag-igting at paggugupit sa istraktura ng lattice atomic ng ilang mga materyales upang lumikha ng mga bagong optikal, elektrikal, thermal, catalytic, at iba pang mga katangian. Ang pamamaraang ito ay unang lumitaw noong dekada 1990, nang pinilit ng mga mananaliksik ang kristal na sala-sala ng silikon ng 1 porsyento na lampas sa orihinal nitong estado, na pinapayagan ang mga electron na gumalaw nang mas mabilis sa buong materyal at lumilikha ng isang platform upang mapabuti ang mga laser at transistor.

Ang grupo ni Lee ay nadaig ang mga nakaraang limitasyon ng nababanat na pagpapapangit, na naglalabas ng mas maraming potensyal sa mga materyales. Kabilang sa iba pang mga pagsulong, ang kanyang koponan ay maaaring makapagpabago ng silikon na higit sa 10 porsyento at brilyante na higit sa 7 porsyento, na nagbibigay daan para sa mas mabilis na mga semiconductor. Nabuo nila ang pinakamahusay na mga catalista para sa mga hydrogen fuel cells at para sa pag-convert ng enerhiya na kinakailangan upang mai-convert ang kuryente mula sa solar, hangin at enerhiyang nukleyar sa kemikal na fuel na maaaring itago. Nagpakita rin ang koponan ni Lee ng mga deform na superconductor. “Ang mga panahol na metal conductor na ito ay maaaring mapabuti ang mga superconducting magnet pati na rin ang mahusay na paghahatid ng kuryente sa mahabang distansya,” sabi niya.

Nanocirculation at marami pa

Sa isa pang aplikasyon ng deformation engineering, nagawang iunat ni Lee at ng kanyang tauhan ang mga pantay na hugis na istraktura na may pang-industriya na materyal na brilyante na kasinglaki ng isang micron sa pamamagitan ng pag-deploy ng mga produktong microfabricated na nilikha ng mga microelectromekanical system. Ang mga istrukturang ito, na tinawag ni Lee na microbridges, ay may natatanging mga katangian ng kuryente at maaaring lubos na makaya. “Maaari nating mailagay ang milyun-milyong mga micro-bridges na ito sa mga plato, at ang bawat isa sa mga tulay na ito ay maaaring magkaroon ng libu-libong mga transistor,” sabi ni Lee. “Inaasahan namin na mapatunayan nila ang kapaki-pakinabang sa power electronics para sa solar photovoltaics.”

Ang gawaing ito sa nanocirculation ay bahagi ng malawak na pagsisikap ni Lee sa advanced computing, na nagsasama ng isang hanay ng mga diskarte sa engineering. Halimbawa, natutunan ng kanyang lab na manipulahin ang mga solong atomo na may mahusay na katumpakan gamit ang lubos na nakatuon na mga beam ng electron. “Maaari tayong maghukay at mag-shoot atomotulad ng isang bola ng soccer, kinokontrol ang direksyon at enerhiya nito, “sabi ni Lee. Ito ay isang pag-aaral na inaasahan niyang makakatulong sa pagproseso ng impormasyong kabuuan sa pamamagitan ng pag-aktibo ng maraming mga larangan ng engineering, kabilang ang A + B na teknolohiya.

Kahanay ng advanced na gawaing computing na ito, nagtataguyod ng Li ng mahahalagang aplikasyon ng enerhiya sa pamamagitan ng pagtulong sa mic transmisyon ng electron microscopy, pag-aaral ng makina, at pagmomodelo ng elektronikong istraktura. Isa sa mga kasalukuyang proyekto: ang pag-unlad ng ligtas at makapangyarihang mga baterya na solid-state na gumagamit ng mga hugis-pulot na mga nanosucture na lumalaban upang makipag-ugnay sa lubhang nakaka-agos na metal na lithium.

Sa arena ng lakas na nukleyar, bumuo si Lee ng matibay na carbon-nanotubes at nanowires na pinatibay ng mga materyal na metal na nanocomposite na may kakayahang makaligtas sa mataas na dosis ng radiation at mataas na temperatura; Pag-print ng 3D ng mga repraktibo na haluang metal; at mga materyales na gawa sa ceramic-zirconium crystal, na maaaring magsilbing isang thermal insulator, na kumukuha ng init hanggang sa 1400 degree Celsius. Bumubuo rin ito ng mga proseso upang alisin ang mga radioactive gas at likido kapag pinoproseso ang ginugol na fuel fuel, sinusubukan na “ganap na isara ang cycle ng fuel fuel,” sabi ni Lee.

Upang makumpleto ang daloy ng pagsasaliksik na ito, nakikipagtulungan si Lee sa NSE Propesor Bilge Yildiz ng Massachusetts Institute of Technology na Kagawaran ng Mga Inisyatiba ng Enerhiya sa Mababang-Carbon Energy Centers para sa mga materyal sa enerhiya at matinding kapaligiran.

Mula sa teorya hanggang sa aparato

Bilang anak ng dalawang inhinyero na nagtayo ng mga planta ng nukleyar na kuryente sa Tsina, laging komportable si Lee sa lakas nukleyar at iba pang sopistikadong mga teknolohiya sa enerhiya. Ngunit gustung-gusto niya ang computer programming at theoretical physics, at hindi kailanman itinuring ang kanyang sarili bilang isang engineer.

Ito ay salamat sa kanyang guro ng MIT, Pinarangalan si Propesor Sidney Ipu, na nagtrabaho sa materyal na agham at agham nukleyar, na unang nakita ni Lee ang halos walang limitasyong potensyal ng pagtatrabaho sa mga materyales. “Ganap na hinubog ako nito bilang isang siyentista,” sabi niya. “Natutunan ko kung gaano ako ignorante at kung paano maaaring maging interdisciplinary na pagsasaliksik.”

Matapos ang siyam na taon ng “hindi pagtuturo ng mga lubid” ng MIT sa iba pang mga unibersidad, si Lee ay may mga tool na nasa kamay at isang bagong pagpapasiya na magsimulang “magkaroon ng mas maraming mahahalagang materyal na paraan upang malutas ang pagbabago ng klima,” sabi niya. “Ngayon ay gustung-gusto kong gawin ang paglipat mula sa simulate ng computer patungo sa totoong mga aparato.”

Sa tatlong anak, si Lee ay lalong nag-aalala tungkol sa kaugnayan ng kanyang misyon. “Nais kong makita ang ilan sa aking mga natuklasan at imbensyon na kinopya at talagang ginamit ng mga tao,” sabi niya. “Pangarap ko na makita kami nang walang carbon at pagbutihin ang buhay sa buong mundo.”

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.