阿贡(Argonne)国家实验室联合大学合作伙伴设计先进材料

美国能源部下属的阿贡国家实验室宣布将与西北大学(Northwestern University)和芝加哥(University of Chicago)大学进行一轮新的合作,推进新材料的研究和应用,以帮助解决美国在能源,健康和安全领域所面临的挑战。该项合作的目的是加强芝加哥区域性的“创新生态系统”,合作计划包括联合先进材料科学各个领域的专家,并向他们开放全世界最先进的材料研发和表征设备。

阿贡国家实验室主任Eric Isaacs在白宫参加科学技术领导者会议时宣布了这项声明,并为一项面向全球竞争,名为“基因组材料初步计划”的国家重点研发项目揭牌。

Isaacs阐述这份计划书包括扩建西北大学-阿贡科学与技术联合研究所,以更好地结合当今材料领域研发重点和能力,并分别与致力于尖端材料研究的芝加哥大学分子工程研究所建立新的合作关系。另外,产业界合作伙伴预计将在合作中发挥关键作用。

总统奥巴马在上一年度所宣布的“基因组材料初步计划”旨在加速先进材料的发现和部署的步伐,刺激新兴产业,正如上世纪70年代对于硅性质的研究基础奠定了如今5500亿美元的信息产业。

Isaacs表示:“进一步深化整合国家实验室和学术界,产业界的潜力,我们可以缩短从首次发现到革命性变革的时间线,推出新一代的先进材料。我们的目标是在芝加哥区域建立起一套材料创新生态系统,通过阿贡实验室将科学发现的伟大力量,深厚的专业知识,创业精神的充沛活力,产业实业的务实高效相协调综合,起到杠杆效应般的巨大效果。”

西北大学McCormick工程与应用科学学院院长Julio M.Ottino表示:“我们期望可以继续扩大西北大学-阿贡联合研究所这一已经十分成功的合作机制。西北大学在教育和研究计算材料的深厚历史,通过将我们的上述优势同阿尔贡实验室在材料科学、化学和纳米技术方面的技术,人才优势相结合,我们将准备为解决全球性挑战做出贡献。”

“西北大学和阿贡在材料科学,生命科学以及化学领域拥有长期的,硕果累累的合作历史,”西北大学副校长Jay Walsh说,“西北大学全体教职员工和学生都十分乐于和阿贡实验室的科学家,工程师们进行合作,推进国家基因组材料初步计划的进度,加速新产品的研发进度,帮助我们更好地应对来自于能源、国家安全、健康保障以及其他社会需求领域的挑战。”

“芝加哥大学分子工程研究所将从一个技术视角审视社会问题,”该院主任Matthew Tirrell说,“我设想在原子分子层面辛勤工作的科学家和工程师,将运用最先进的工具去解决例如在材料科学,信息技术,健康保障领域的遇到的难题。”“工程学借鉴经验知识和计算模型,包括大量数据的管理,得以解决工程问题。IME的跨学科设置就是为了发展这种强大的工程科研与教学的新方法。”

阿贡拥有世界上最先进的材料表征测试工具,包括Advanced Photon Source(先进光子源),作为全美首屈一指的该学科研究机构,提供在西半球亮度最高的高能X-光射线,每年为来自全美和全世界的超过5000名科学家提供帮助。阿贡的计算材料研究已经从电池、催化剂扩展至面向信息储存的磁性材料。

阿贡的领先的计算设备,技术将使对于材料性能的预测模拟达到空前的准确性,因此其可以发展为一个面向研究者开放的实验测试,模拟仿真信息数据库。这种计算研究得益于联合计算研究所借助芝加哥大学教职的努力。

西北大学计算材料的研究包括了所有自然科学与工程技术学院的教职员工。其涉及的领域跨越了利用计算材料性能改进量子力学计算算法,到利用热力学数据库设计高温合金。

计算材料的设计深深地根植在西北大学的教学实践中,正如15年前就已经开始的本科阶段材料设计课程,以及正在发展的“综合计算材料工程学硕士学位”认证。

西北大学-阿贡联合研究所开始运行的时候,研究计划包括新材料方面的研究热点,并涉及计算机工程、材料科学、工程学到化学与物理。初期努力将极大地利用西北大学的仪器硬件水平,例如J. B. CohenX光衍射仪,西北大学原子及纳米尺度表征实验中心。

西北大学的教职员工们现在正同陶氏化学(DOW),福特汽车(Ford),波音(Boeing)公司等企业合作研发先进材料。并且,一家名叫Questek Innovations的西北大学衍生公司正在同阿贡实验室合作设计轻量化车身材料。

与阿贡国家实验室在去年建立合作伙伴关系的分子工程学院,芝加哥大学决定继续深化其在材料研究领域的投入与关注。自从Matthew Tirrell被任命为Pritzker主任,芝大-阿尔贡联合开始了一项积极吸引全球顶尖科学家加入的聘任计划。

分子工程学科包括在分子水平上设计、构建在能源效率、能源转换和生物能源生产以及卫生保健、计算与通信等方面应用的功能分子系统。该项聘任计划早期的特定目标是材料研发,特别是用于先进的光刻技术,量子信息技术,生物工程,储能新材料与设备等。为此,IME应聘者不仅需要在专业之外掌握计算机算法这一重要并且典型的通用技术,而且在今后的工作中还将在各种实验、研发过程综合应用它们。

基因组材料初步计划将有力支持计算工具、软件、材料表征的发展,以及开发公开标准及数据库,使新材料的研发更快、更经济、更具可预测性。

该初步计划的潜在进展包括高效的太阳能光伏电池及其它清洁能源系统、轻量化车身结构材料、生物相容性的假肢和人造器官、作为稀土矿产(稀土在民用,军用领域均起到至关重要的作用,但是开采集中在其他国家)的代替品等。