WILEY人物访谈:加州大学圣地亚哥分校孟颖(Shirley Meng)教授

本周末WILEY人物访谈我们对话的是加州大学圣迭戈分校孟颖教授。孟教授是世界上在能源存储和转换纳米材料领域的顶尖专家之一,致力于推动向高效和可持续的能源存储技术过渡。访谈中,孟老师指出“隐形”电池、电动汽车电池和电网是其团队在电池研究上的三个主要方向,她认为现代女性在STEM及其他领域地位的不断进步需要让男性成为女性的伙伴。以下为翻译稿。

孟颖教授供职于加州大学圣迭戈分校,她是世界上在能源存储和转换纳米材料领域的顶尖专家之一,致力于推动能源向高效和可持续的能源存储技术过渡。

孟颖教授在中国杭州出生并长大,在新加坡接受高等教育,在那里度过了她的“神奇岁月”,在此期间孟颖在实习期间探索了超导氧化物,这为她在材料科学和工程领域的职业打下了基石。孟颖教授目前在Energy Technologies担任Zable Endowed Chair,也是加州大学圣地亚哥分校可持续能源与能源中心的创始主任。

您是如何对科学产生热情的?

我出生于中国杭州,那里有美丽的西湖。我想人们现在更多地知道那里是因为马云在那里创办了阿里巴巴。当我十七岁的时候,我获得了全额奖学金去新加坡攻读本科学位。 在那里,我有机会认识了一些非常杰出的教授,他们让我认识了“材料科学和工程”。我认为他们使我相信历史是由材料定义的:石器时代,青铜时代,硅时代等,它们是人类历史中非常重要的一部分。

我最初希望学习的是航空航天和机械工程,能够为波音这样的公司工作,因为我一直对轻质高强结构材料着迷。可是我在一次实习面试中失败了,所以我没有加入波音公司。相反,我找到了另一位正在研究超导氧化物的教授。那时,我制备了超导氧化物,在实验过程中实现了磁悬浮。从那时起,我决定一生都追求材料科学和工程。

谁是鼓励或启发您从事科学研究事业的榜样?

我认为每个人的榜样都始于他们的父母。我的父亲和母亲都受过良好的教育,我的母亲告诉我,女人在经济和精神上必须独立。我父亲是一位土木工程师,从事水力发电,修建水坝。我总是开玩笑说我的家人在可再生能源方面有很好的传统。

我七岁那年,父亲送给我一本书,关于一百多位诺贝尔奖获得者和他们的个人生活故事。 30多年后,我仍然有那本书!我很震惊,整本书中只有一个女人。因此,居里夫人绝对是我从事科学事业最早的榜样之一。她原本无法获得该奖项(但是她的丈夫支持),(皮埃尔·居里):“除非你给玛丽,否则我拒绝接受它”。她(玛丽·居里)还说了一些对我的科学生涯有真正指导的原则:“世界上没有什么可恐惧的,因为它都是可被理解的”。

我想说的是,我不是那种追星的人,但是我钦佩我遇到的人的人格魅力。例如,Stanley Whittingham博士(去年的诺贝尔奖获得者)在2005年旁听了我在MRS会议的演讲,并在演讲后与我交谈。我完全被震撼了,因为你知道,很难有这样的机会和他这样的教授讨论。他非常谦虚,而且脚踏实地。成为一个可以经他点拨的人,确实是一种荣誉。因此,从这种意义上讲,我认为Whittingham博士无疑已经成为我的榜样。无论成就有多高,都必须始终尊重下一代科学家。那真的很鼓舞人心。

您在职业生涯中面临哪些挑战?

我很幸运,因为我能很好地平衡工作与生活。我丈夫也在学术界。在tenure期间能有一个家庭真是太棒了,我儿子的出生让一切都变得有希望。当我还是一名研究生时,有前辈告诉我:“在tenure期间不应该要孩子,你需要首先谋划好自己的职业生涯”。我很高兴自己没有听从建议,因为最后,对于我个人而言,这确实很重要。我认为每个人都应该有自由选择自己想要的生活方式。如果我真正专注于工作,我会吃方便面或者整天不喝水。但是我的家人总是提醒我,“该休息一下了”。实际上,这种(中断)可以激发你的身心,实际上可以让你做得更好。在过去的十年中,自从有了儿子以来,我觉得他是能够让我学习很多东西的人,因为他总是乐于接受挑战。如果有什么新鲜的东西介绍给他,他会说:“好吧,我会尝试一下”。

我总是告诫我的学生要“不忘初心”,我们总是要面对生活中的任何新挑战,但我们总是有畏难情绪并失去好奇心。一开始,平衡工作与生活很艰难,但后来确实会有所回报。不要因为工作而耽误生活,反之亦然。

您的团队有什么研究兴趣?

我的团队致力于以下课题:能够将材料界面或体材料上的不可见事物可视化,可以提供科学问题的深入阐释。这使我们能够更好地设计实验并获得更高成功率的解决方案。

在电池领域,我因使用 “精巧工具”而闻名。我喜欢用X射线,电子束和中子来观察材料或器件。例如,我认为大约13年前,具有球差功能的STEM非常新的,而且我是最早使用此工具定位氧化物界面的少数学术科学家之一,在该界面我们可以看到2-3 nm的相表面上的变化。这也是所有高电压阴极材料都具有某种表面膜的原因,我们可以将这些膜可视化。我认为这是我个人最喜欢的研究之一,能够关联构效关系。这是材料科学,是我们工作的基础。

您在最近的一篇文章中提到,钠离子电池的支持者应该考虑如何在使用寿命结束时进行处理。您认为我们是否能实现电池的可持续发展?

我认为这实际上是我们全社会将要面临的主要挑战之一。我是特斯拉的用户,(我们最终)必须考虑如何处理这些电池。

以锂离子电池为例,全球回收的锂电池不到5%。相反,铅酸电池可回收99%,几乎除了非洲等没有良好政府监管的地方以外都做到了回收。很多学术研究人员也认为回收锂电池这不是他们的工作,但我认为这是错误的。这绝对是我们的工作,因为如果材料成分中包含非常有价值的元素(例如,钴就非常有价值,或者一些稀土元素),那么就必须进行回收。但如果体系中没有昂贵的元素,那么为什么要回收?参考一下塑料!塑料的滥用之所以造成这种灾难,是因为其中没有使用昂贵的元素。回收塑料没有商业价值。工业界并没有这样做的动力,所以政府是唯一可能做这些的地方,但是我认为政府需要学术界和工业界共同努力,制定一个可以建立回收或再利用的计划。

我想说,钠离子电池是我最喜欢的研究方向之一。但是,我认为这对我来说也是最具挑战性的。实际上,在1960年代就有对钠离子电池的广泛研究。如果查看元素周期表,当他们查看标准还原电位时,钠的位置就很好,因为锂的电位太负了。1960年代末和1970年代初,许多杰出的科学家从事钠离子电池的研究。但随后锂电池开始兴起,从那以后钠一直比较滞后。

钠具有为能量存储提供解决方案的潜力,但始终将其与锂进行比较并没有意义。事实是,基于热力学,无法制造出能提供很高电压的钠离子电池。现在,如果我们改为不考虑将钠用于大规模电网储能,而是考虑其潜在的兆瓦时储能,这意味着我们将拥有大容量的储能载体。

还有,电池一直被认为是消耗品,但对于钠电池,我们希望人们将其视为资产。想想你的房子;你一定没有计划十年后重建房屋,对吗?因此,我认为必须改变观念。吸引甚至鼓励工业界将电池视为一种资产是非常非常困难的,但是能够回收利用电池可以实现这一目标。我希望更多的人能够意识到这一点,因为这在科学上是可以实现的。

您未来的研究计划是什么?

现阶段,我课题组的电池研究分为三个不同的方向。我相信也许最快2050年我们就将所有东西电气化和数字化,想象中的将万物互联。但是,如何将所有事物彼此连接,让它们彼此对话,如何发送和接收信号呢?因此,从这个意义上讲,这些就是我们正在研究的电池化学。我们希望制造出“隐形”的电池,以用于传感器之类的东西。我们有一小部分研究生,他们致力于5G,建筑物之间,汽车之间,汽车与建筑物之间的通信等领域。

第二个方向是电动汽车电池。我们确实专注于其安全性和寿命。安全性显然已经从十万分之一的故障提高到一千万分之一。但这意味着,如果我们制造出十亿个电池,每年仍然会发生一百起事故。电池领域确实在努力提高安全性和循环寿命。您可能听说过百万英里电池!我想,绝对有可能,从热力学上讲,没有什么可以阻止它的实现,而且这个目标是可以实现的。

我的其他大部分研究工作都将投入电网,以考虑如何部署兆瓦时电池,然后回到将电池变成真正资产的想法。我花了很多时间与投资者交谈,向他们介绍电池如何成为巨大的资产-这些是电子的“银行”!

我认为未来几十年我会很忙。我们必须帮助世界过渡到更加有效和可持续的力量。我们正在过渡到更好的技术时代。燃烧事物以产生机械运动,然后获得电子,但这效率很低。如果需要的话,可以使所有东西电气化,直接从化学物质转变为电子,可以直接使用电动机产生运动。下一代科学家和工程师会发现,燃烧事物是一种过时的,过时的技术。

您如何看待女性在STEM(科学、技术、工程、数学)领域的代表性?如果没有,该如何解决?

两周前,我在Microscopy & MicroAnalysis会议上作了报告,并建议大家观看哈佛大学Claudia Goldin教授的讲座。在研究性别问题时,必须考虑时间维度。我最喜欢她的演讲是因为她谈到了随着时代的发展女性在不断地进步,不仅仅针对STEM领域。自从女性获得学位,工作和从事该领域职业以来已有一百多年了。我很幸运,因为我出生的时候已经有越来越多的妇女获得学士学位,说明整个世界还是在进步的。

2016年是《纽约时报》上发表有关STEM领域不平等薪酬的论文的20周年。我们仍然仅仅获得男性85%的报酬。要解决这个问题,领导者确实必须加强同工同酬规则。2016年,我加入了我所在的研究部门要求平权和同工同酬的委员会并且和学校行政部门进行谈判协商。

但是,如果回顾一下过去的一百年,女性的地位进不了很多。也许我们仍然遇到类似的问题,是因为我们不得不解决上一代人的价值观,但是我非常乐观,我认为,如果我们做正确的事情,例如同工同酬或鼓励更多女孩玩乐高积木或建立电路,我们就可以做到这一点。在1980年代的中国,他们让我们的女孩参加缝纫班,让男孩制作“半导体”。我只是告诉父亲让我学缝纫没门儿,我现在仍不会做针线活。但是我父亲与学校进行了谈判,使我进入了制作“半导体”的兴趣班。

我认为,除此之外,帮助解决这个问题的最重要的事情之一就是男人必须成为我们的伙伴。我不能太强调这件事的重要性。在某些小范围内,我们不得不邀请男性同事参加声援女性的活动。当人们受过教育并换位思考时,他们更愿意做出改变。

您在实验室以外的兴趣爱好是什么?

我有东西给你看!我的爱好是书法。有些人喜欢做瑜伽,但我绝对不是。我不知道为什么,但是每当他们要求我放空自己并深呼吸时,我就会想到我所有的“deadline”。也许是因为我从小就受过写毛笔书法的训练,所以我在其中找到了内心的平静。 中国书法对我来说就像瑜伽。 这是一本非常著名的佛经,它有260个字,写完需要3-4个小时。写字时不能犯一个错误,否则保存它就没有价值了,必须扔掉并重新开始。中国书法确实是一种独特的爱好,需要耐心和头脑清晰。

是的,我想我必须再次感谢我的父母。 当时在中国,工程师和会计师收入不高。我想学钢琴,但我们负担不起这类课程。我父亲唯一能负担的就是书法课程。人生是一段非常有趣的旅程,因为多年后才能真正看到某些事件的影响。

书法是我真正喜欢的东西,我认为它与科学完全不同。 有时我会书写唐诗宋词,它们创作于公元600或800年,想一想艺术家和学者表达和衔接思想的优美方式。 用英语写作当然是不同的,但是传递信息比语言的优美更重要。我认为书法对思考过程有很大帮助。