根據(jù)Nature Index自2015年以來(lái)在ACS Nano, Advanced FunctionalMaterials, Advanced Materials, Nano Letters, Nature Materials and Nature Nanotechnology材料科學(xué)期刊的發(fā)文數(shù)據(jù)，Nature從1萬(wàn)多研究人員中評(píng)選了材料科學(xué)領(lǐng)域的五位后起之秀。具體評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)可參考文末原文鏈接，現(xiàn)在我們來(lái)看看這無(wú)為年輕科學(xué)家的簡(jiǎn)要介紹。
1. Blanca del Rosal：納米技術(shù)點(diǎn)亮大腦
Swinburne University ofTechnology
Blanca del Rosal致力于使用納米粒子束來(lái)揭示大腦的內(nèi)部工作原理。從醫(yī)學(xué)的角度來(lái)看，合成納米材料最大的優(yōu)點(diǎn)之一在于體積小，它們與人類細(xì)胞的部分處于同一尺度規(guī)模，因而可用作在細(xì)胞機(jī)械上進(jìn)行間諜活動(dòng)的微小探針，而不會(huì)引起太多破壞。她們正在研究發(fā)光納米粒子如何在治療腦瘤過(guò)程中跟蹤溫度的變化，從而可以開(kāi)發(fā)出更安全的方法。她的研究還可以提供一種將物理探針插入大腦的微創(chuàng)方法，以觀察大腦在中風(fēng)和昏迷期間的行為。她還對(duì)如何使用發(fā)光納米粒子評(píng)估用于恢復(fù)視力和治療慢性疼痛的激光療法的療效和安全性感興趣。
Blanca del Rosal 說(shuō)：“關(guān)于大腦，我們還有很多未知的事物，但是光可以使我們對(duì)它的工作原理有更深入的了解。”
2. Emily Hitz：更安全更低成本的固態(tài)電池
University of Maryland
鋰離子電池是市場(chǎng)上最常見(jiàn)的可充電電池之一，通常使用易燃液體或凝膠電解質(zhì)，NASA的一個(gè)重要目標(biāo)是避免在執(zhí)行月球任務(wù)時(shí)爆炸。使用由陶瓷，聚合物或玻璃制成的固態(tài)電極和電解質(zhì)的固態(tài)電池具有更高的穩(wěn)定性。固態(tài)電池由于其安全性，每單位電池尺寸可分配的電量大，循環(huán)壽命長(zhǎng)而備受關(guān)注，這意味著它們可以在最佳狀態(tài)下完成大量的充電/放電循環(huán)容量。Emily Hitz主要煙酒如何通過(guò)整合廉價(jià)且易于制造的資源使新能源技術(shù)變得更易于使用。
Blanca del Rosal 說(shuō)：“或許有一天，我們可能會(huì)用一塊木頭來(lái)制造電池。”
3. Juan Pablo Correa-Baena：更穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
Georgia Institute ofTechnology
解決全球不斷增長(zhǎng)的能源需求的關(guān)鍵，是了解納米級(jí)的太陽(yáng)能電池。鹵化鈣鈦礦可以將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，使其成為太陽(yáng)能電池的理想材料。研究人員一直在嘗試以各種方式組裝鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，以提高其穩(wěn)定性和效率。鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的主要局限性在于，它們不能很好地抵抗潮氣或長(zhǎng)時(shí)間的光或熱，而 Correa-Baena則正在研究制造不影響電池性能的保護(hù)性外層的技術(shù)。他發(fā)現(xiàn)向鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中添加低濃度的Cs和Rb可以提高其性能。
Juan Pablo Correa-Baena說(shuō)：“我們?cè)谘芯恐羞€有很多工作可以嘗試推動(dòng)對(duì)世界重要的話題。”
4. Huang Yang：柔性儲(chǔ)能技術(shù)
深圳大學(xué)
超級(jí)電容器是可為可穿戴和可彎曲技術(shù)提供儲(chǔ)能解決方案的重要一環(huán)，也是電動(dòng)汽車(chē)等需要快速充電和放電周期的應(yīng)用的理想選擇，并且可能是推進(jìn)可折疊智能手機(jī)和電視屏幕的關(guān)鍵。在2019年，摩托羅拉，三星和華為向市場(chǎng)推出了可彎曲的智能手機(jī)，但是盡管它們的屏幕可以像書(shū)本一樣折疊，但它們的鋰離子電池并不靈活。目前的解決辦法是將一個(gè)電池的兩個(gè)電極，或兩個(gè)/多個(gè)單獨(dú)的電池放置在屏幕的兩端，但這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備整體功率的降低。
承受彎曲或“變形”的能力是柔性儲(chǔ)能技術(shù)的主要目標(biāo)。Huang正在開(kāi)發(fā)一種可以拉伸和變形的柔性“形狀記憶”超級(jí)電容器，然后使用熱觸發(fā)器恢復(fù)其形狀和穩(wěn)定性。這項(xiàng)技術(shù)可以縫在織物上，非常適合為可穿戴技術(shù)提供動(dòng)力。
Huang Yang說(shuō)：“我們正在將有機(jī)和無(wú)機(jī)材料結(jié)合起來(lái)，嘗試在納米和宏觀兩方面進(jìn)行研究，并且正在嘗試新的和傳統(tǒng)的材料。”
5. Rachel Carter：更實(shí)用的電池
US Naval Research Laboratory
鋰離子電池推動(dòng)了便攜式電子器件的發(fā)展，并有望在未來(lái)的可再生能源存儲(chǔ)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。科學(xué)家們現(xiàn)在正在努力解決與安全性，性能和廢棄物量有關(guān)的問(wèn)題。在澳大利亞，2％的鋰離子電池被回收；在美國(guó)和歐洲，該比率低于5％。可充電電池面臨的最大挑戰(zhàn)是，產(chǎn)生電能的化學(xué)反應(yīng)不是100％可逆的，這意味著電池每次充電都會(huì)失去容量。Rachel Carter就正在研究延長(zhǎng)鋰離子電池壽命的方法，同時(shí)也在尋求替代品，例如鋰硫電池和鈉硫電池。
其的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)能產(chǎn)生高能量和高可逆性的材料，而且還要從材料科學(xué)的角度了解它們的行為，例如加熱或冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生什么。溫度變化是鋰離子電池危險(xiǎn)泄漏的常見(jiàn)原因，Carter正在尋找方法來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度變化的高效檢測(cè)，確定何時(shí)發(fā)生熱不平衡，從而檢測(cè)到不安全的電池狀況
Carter說(shuō)：“我期待看到這些電池化學(xué)成分會(huì)發(fā)生什么，與新銳科學(xué)家合作也是令人開(kāi)心的事情。”
參考文獻(xiàn)：
Gemma Conroy, Bec Crew andHepeng Jia. Five leading early career researchers in materials science. Nature2019, 576, S26-S28.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03765-0
