Konsepsi Atom untuk Planet Bebas Karbon – “Untuk Membantu Menyelamatkan Bumi, Pada dasarnya”

Di

Penanganan material pada tingkat fundamental, DenganJu Li mengungkapkan sifat baru untuk aplikasi energi.

Selama sebagian besar karirnya, Ju Li telah berkembang pesat pada aspek teoritis dari karyanya, yang telah menyelidiki bagaimana manipulasi dan restrukturisasi material pada skala atom dapat menghasilkan properti skala makro yang mengejutkan dan berguna. Penelitian ini, yang dimulai pada tahun 1994 sebagai mahasiswa pascasarjana MIT, terletak di “antarmuka antara yang diketahui dan yang tidak diketahui,” kata Li PhD ’00, Profesor Ilmu dan Teknik Nuklir (NSE). Dari Battelle Energy Alliance dan Profesor Ilmu dan Teknik Material. “Ada semacam ketidakpastian dalam melakukan penelitian yang sangat menarik bagi saya, hampir membuat ketagihan.”

Pekerjaan Li yang memodelkan posisi atom “cara Newton menelusuri lintasan planet”, katanya, adalah bentuk permainan yang mendalam: “Sains sangat menarik, dan saya bersenang-senang melakukan simulasi padanya. Elektron, atom, dan cacat, ”katanya.

Tetapi mulai tahun 2011, setelah kembali ke MIT sebagai anggota fakultas, Li mulai mempertanyakan tujuannya. “Saat orang bertambah tua, hanya mengerjakan teori dan berbicara tentang sains tidaklah cukup,” katanya. “Saya telah mengetahui sejak akhir 1990-an bahwa perubahan iklim adalah sebuah masalah, dan saya mulai memahami bahwa ada banyak hal yang dapat dan harus saya lakukan secara pribadi untuk berkontribusi.”

Dia mengakui bahwa simulasi material mikrostruktur selama bertahun-tahun telah memberikan platform yang kuat untuk mengeksplorasi solusi energi guna membantu mengatasi perubahan iklim. Dia meluncurkan program eksperimental di labnya, dan, dia berkata, “Saya menjadi lebih fokus pada teknik.”

Hasilnya: kumpulan kemajuan dalam material dengan aplikasi dalam tenaga nuklir, baterai, dan konversi energi, dengan implikasi jangka pendek dan jangka panjang yang signifikan untuk dekarbonisasi planet ini. Luasnya karyanya, yang dimuat dalam ratusan artikel surat kabar – 45 pada tahun 2020 saja – telah mendapatkan pengakuan Li, termasuk pemilihan untuk Material Research Society, American Physical Society, dan, hanya November tahun lalu, pemilihan sebagai anggota Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Sains.

Tapi yang mendorong semua produktivitas ini “adalah merasakan tekanan waktu,” kata Li, yang telah meluncurkan kampanye ambisius “untuk membantu menyelamatkan Bumi, pada dasarnya.”

Ju Li

“Dia merasakan tekanan waktu,” kata Ju Li, yang telah meluncurkan kampanye ambisius “untuk membantu menyelamatkan Bumi, pada dasarnya,” adalah yang mendorong produktivitasnya yang luar biasa. Kredit: Gretchen Ertl

Telusuri A + B

Sebagai cara untuk mengatur portofolio penelitian energinya sendiri, dan untuk menetapkan model bagi komunitas penelitian yang lebih besar, Li telah menggunakan pendekatan dua bagian, “A + B”:

“’A’ adalah untuk tindakan, yang berarti teknologi yang terbukti dengan penskalaan cepat seperti tenaga nuklir dan memori daya baterai yang kita tahu dapat bekerja pada skala terawatt yang diperlukan untuk mengurangi CO2 emisi secara drastis sebelum pertengahan abad ini, “kata Li.” ‘B’ adalah untuk teknologi anak-anak, seperti reaktor fisi dan fusi canggih, dan komputasi kuantum, teknologi baru yang perlu kita kembangkan hari ini agar siap dalam 20 hingga 30 tahun ”.

Dia yakin Bumi sedang terbakar, dan penting untuk mengarahkan kekuatan penuh teknologi yang dapat diskalakan ke dalam kobaran api sekarang. “Dengan memadamkan api pada tahun 2050, perlambat kemiringan CO2 dan suhu yang meningkat, lalu meningkatkan skala sistem energi yang lebih bersih dan lebih canggih, ”katanya.

Untuk menggarisbawahi komitmennya terhadap pendekatan ini, Li meluncurkan Simposium Energi Terapan tahun lalu: MIT A + B yang menampilkan material dan teknologi paling menjanjikan untuk dampak energi langsung dan masa depan.

Penelitian A + B Li sendiri didasarkan pada pengetahuannya yang mendalam tentang teori material, pemodelan, dan ilmu mikrostruktur. Selama lebih dari satu dekade, ia telah mempelajari aplikasi inovatif untuk rekayasa deformasi elastis, teknik yang menempatkan tekanan mekanis yang sangat besar pada traksi dan geser pada struktur atom dalam bentuk kisi-kisi bahan tertentu untuk menghasilkan optik, listrik, termal, katalis dan sifat lainnya. Pendekatan ini pertama kali lahir pada 1990-an, ketika para peneliti menodai pengambilan kristal silikon hingga 1 persen di luar keadaan aslinya, memungkinkan elektron untuk bergerak lebih cepat melalui materi, dan mempersiapkan pemandangan untuk laser dan transistor yang lebih baik.

Kelompok Li memecahkan batas tegangan elastis sebelumnya, melepaskan lebih banyak potensi material. Di antara pencapaian lainnya, timnya dapat meregangkan silikon melebihi 10 persen dan berlian melebihi 7 persen, membuka jalan untuk semikonduktor yang jauh lebih cepat. Mereka telah mengembangkan katalis yang lebih baik untuk sel bahan bakar hidrogen, dan untuk konversi energi yang diperlukan untuk mengubah listrik dari energi surya, angin, dan nuklir menjadi bahan bakar kimia yang dapat disimpan. Tim Li juga mendemonstrasikan superkonduktor yang dikandung. “Konduktor logam paksa ini dapat secara signifikan meningkatkan magnet superkonduktor, serta transmisi daya jangka panjang yang efisien,” katanya.

Sirkuit nano dan sekitarnya

Dalam aplikasi lain dari rekayasa balapan, Li dan kolaboratornya mampu meregangkan struktur berbentuk mikron berbentuk mikron menjadi bahan intan industri dengan menyebarkan tang mikrofabrikasi yang dipicu oleh sistem mikroelektromekanis. Struktur ini, yang dia sebut microbridges, memiliki sifat listrik yang unik dan dapat direplikasi secara masif. “Kami dapat menempatkan gazillon dari jembatan mikro ini di atas wafer, dan masing-masing jembatan ini dapat menampung ribuan transistor,” kata Li. “Kami berharap mereka dapat berguna dalam elektronika daya untuk fotovoltaik surya.”

Pekerjaan sirkuit nano ini adalah bagian dari upaya Li yang lebih luas dalam komputasi tingkat lanjut, yang menggabungkan berbagai teknik teknik. Misalnya, laboratoriumnya telah belajar memanipulasi atom tunggal dengan sangat presisi, menggunakan berkas elektron yang sangat terfokus. “Kita bisa menggiring bola dan menembak.” atom, seperti bola kalsium, yang mengontrol arah dan energinya, “kata Li. Ini adalah penelitian yang dia harapkan akan memajukan transformasi kuantum informasi dengan meningkatkan banyak bidang teknik termasuk teknologi. A + B.

Sejalan dengan pekerjaan komputer canggih ini, Li berkembang dengan aplikasi energi kritis, dibantu oleh mikroskop elektron transmisi in-situ, pembelajaran mesin dan pemodelan struktur elektronik, Sebuah proyek terkini: merancang baterai yang aman dan kuat untuk semua padatan, menggunakan struktur nano berbentuk sarang lebah yang stabil saat bersentuhan dengan logam litium yang sangat korosif.

Di arena energi nuklir, Li mengembangkan bahan nanokomposit metalik yang kuat, tabung nano karbon, dan kawat nano yang diperkuat yang dapat bertahan dari radiasi pada dosis tinggi dan suhu tinggi; Pencetakan 3D dari paduan tahan api; dan bahan kristal keramik-zirkonium buatan tangan yang dapat berfungsi sebagai superinsulator termal, mengambil panas hingga 1.400 derajat Celsius. Dia juga membuat proses untuk menghilangkan gas radioaktif dan cairan dalam pengolahan bahan bakar nuklir bekas, dalam upaya untuk “menutup siklus bahan bakar nuklir sepenuhnya,” kata Li.

Untuk melaksanakan banyak penelitian ini, Li memimpin Pusat Energi Karbon Rendah MIT untuk Inisiatif Lingkungan Energi dan Ekstrem, dengan Profesor NSE Bilge Yildiz.

Dari teori ke perangkat

Sebagai putra dari dua insinyur yang telah membangun pembangkit listrik tenaga nuklir di China, Li selalu merasa nyaman dengan tenaga nuklir dan teknologi energi canggih lainnya. Tetapi dia menyukai pemrograman komputer dan fisika teoretis, dan tidak pernah melihat dirinya sebagai seorang insinyur.

Melalui mentor MIT-nya, Profesor Emeritus Sidney Yip, yang mempelajari bidang ilmu material dan ilmu nuklir, Li pertama kali menyadari potensi yang hampir tidak terbatas dari bekerja dengan material. “Ini melatih saya sepenuhnya sebagai ilmuwan,” katanya. “Saya menemukan betapa bodohnya saya, dan betapa penelitian interdisipliner bisa terjadi.”

Setelah sembilan tahun menjauh dari MIT “mempelajari tali” di universitas lain, Li memiliki alat di tangan, dan keputusan baru, untuk mulai “hanya menghasilkan solusi material yang semakin relevan dengan masalah perubahan. Perubahan iklim,” dia berkata. “Beralih dari simulasi komputer ke perangkat nyata sekarang adalah hal yang saya sukai.”

Dengan tiga anak, Li mendapati dirinya semakin prihatin tentang urgensi misinya. “Saya ingin melihat beberapa penemuan dan penemuan saya direplikasi secara eksponensial, benar-benar digunakan oleh orang-orang,” katanya. “Impian saya adalah melihat bebas karbon, dan meningkatkan kehidupan di dunia.”

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Newsletter

Subscribe to stay updated.