世界顶尖华人科学家来袭—MIT科研大佬陈刚院士、邵阳院士、李巨教授、赵选贺教授近期研究进展

麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology），简称“麻省理工”（MIT），位于美国马萨诸塞州波士顿都市区剑桥市，主校区依查尔斯河而建，是世界著名私立研究型大学。麻省理工学院创立于1861年，早期侧重应用科学及工程学，在第二次世界大战后，麻省理工学院倚靠美国国防科技的研发需要而迅速崛起。在二战和冷战期间，麻省理工学院的研究人员对计算机、雷达以及惯性导航系统等科技发展作出了重要贡献。截止至2019年10月，麻省理工学院的校友、教职工及研究人员中，共产生了97位诺贝尔奖得主（世界第五）、8位菲尔兹奖得主（世界第八）以及26位图灵奖得主（世界第二）。2019-20年度位列QS世界大学排名第一 、U.S. News世界大学排名第二、软科世界大学学术排名（ARWU）第四、泰晤士高等教育世界大学排名第五 ；2019-20年度位列《泰晤士高等教育》世界大学声誉排名世界第二。2021年位列QS世界大学排名第一。终身教授制（Tenure）源于美国，指学者一经聘任后，聘期可以延续到退休，不受学校各种阶段性教学、科研工作量的考核，同时还享受学校颁发的终身教授津贴。一般情况下，学校越好，成为终身教授难度越大，像麻省理工这样的顶级高校，想要获得终身制职位，更是难上加难。而且，MIT普通教授都是院士级别，而且小班授课，每班不超过16人。这种方式效果好，但是成本很高。一般学校能有几十个院士就不错了，MIT有200多个院士，而且全部亲自给本科生上课。世界名校主要是教授阵容顶级，硬件设备顶级，学生素质顶级。充足的经费和科学的体制是实现上面三个顶级的关键。本文列举了MIT的四位华人世界顶尖科学家—陈刚院士、邵阳院士、李巨教授、赵选贺教授以及近期代表性成果。

一、陈刚

1964年生，美国工程院院士、台湾“中央研究院”院士、美国人文与科学院院士，麻省理工学院机械工程系正教授、系主任。1980年考入华中科技大学（原华中工学院）动力工程系，1984年和1987年分别获华中科技大学（原华中理工大学）动力系学士和硕士学位，后留校任教。1989年获王宽城教育基金会奖学金资助赴美国加州大学攻读博士，师从时任伯克利加州大学校长的田长霖教授，1993年获博士学位。2006年获聘麻省理工学院第一任Warrenand Towneley Rohsenow讲席教授，2009年获聘Carl Richard Soderberg讲席教授。他是国际热能传递、纳米技术和能源研究领域的权威学者。2009年，他的团队首次打破被公认为物体间热力传导基本法则的“黑体辐射定律”公式，证实物体极度近距时的热力传导，可以高到定律所预测的千倍，震动学界。2010年因其在纳米热传导和热电能转化领域的突出贡献，当选为美国工程院院士。2013年7月被任命为麻省理工学院机械工程系主任，成为该系百余年历史上首位华人系主任。麻省理工学院机械工程系世界排名第一，有教授和其他教职员工近400人，毫不夸张地说陈刚院士掌管着全球最牛的机械工程系。陈刚院士有自己的科研组，组里有10多名学生和博士后。
近期代表性成果：

1、Science：离子型明胶材料用于可穿戴器件的供电

美国麻省理工学院陈刚院士、南方科技大学刘玮书教授等人发展了一种基于明胶（gelatin）的器件，通过碱金属盐和铁基还原对配合，产生了一个非常大的热电转化效果。并且该装置通过身体上发热就能够得到足够的能量。制成的器件中最高的热电能达到17.0 mV/K，明胶中的离子传输通过KCl，NaCl，KNO₃进行热扩散作用，并通过[Fe(CN)₆^4-/Fe(CN)₆^3-]提升热电效应。当通过身体热能作为热源的可穿戴器件中就可以达到2 V的热电效应和最高5mW的功率。这种离子型明胶展现出离子能量载体在热电转换中的重要应用前景。

文献链接：https://science.sciencemag.org/content/368/6495/1091

2、Science：硼同位素富集的立方氮化硼实现超高的导热率

美国麻省理工学院的陈刚院士、波士顿大学的David Broido教授和北京大学宋柏教授等人联合报道了他们通过实验表征与从头计算模拟相结合，其中包括使用具有自然（natB）和受控丰度的硼同位素的合成晶体，通过四声子散射重新研究cBN中的热传输。研究人员通过实验证明了cnatBN晶体的kRT可以超过850 Wm^-1K^-1，富集的c10B（或11B）N可以达到1600 Wm^-1K^-1。研究人员测量的超高k与第一性原理计算结果相一致，但后者显示了高阶非谐声子-声子-声子相互作用对cBN中k的影响相对较弱。此外，硼同位素富集后kRT被提高了约90％，支持了先前的计算，并代表了非常大的RT同位素效应。相比之下，同位素控制的BP和BAs计算出kRT仅分别增加了31％和12％，与测量到的小同位素效应相符。利用模拟方法发现了这些硼素之间的差异，只有通过考虑这些差异才能理解相互之间的微妙作用。超高k和宽带隙使cBN成为微电子热管理、高功率电子和光电应用的有前景的材料。

文献链接：https://science.sciencemag.org/content/367/6477/555

二、邵阳

邵阳，美国国家工程院院士，麻省理工学院机械工程和材料科学与工程系教授。主要从事表面科学、催化与电催化、电化学储能材料等相关方向的研究，在能量转化与存储、电催化用纳米功能材料研究领域的突出贡献。1987年9月，邵阳考入北京工业大学原金属材料科学与工程学系金属材料及热处理专业，1992年7月毕业，获得工学学士学位。后于密歇根理工大学取得博士学位。2002年进入美国麻省理工学院机械工程和材料科学与工程系任教。2018年2月当选为美国国家工程院院士。2011年担任Energy and Environmental Science杂志顾问委员、2012年担任ChemElectroChem顾问委员、2014年担任Journal ofPhysical Chemistry顾问委员、2015年担任Energy & Environmental Science、2017年9月北京化工大学客座教授。邵阳院士在Science、Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Chemistry等期刊发表论文超过370篇，总被引超3W，连续两年（2015和2016年）进入汤姆森路透社高被引名单，并于2011年担任Energy and Environmental Science杂志顾问委员，于2012年担任ChemElectroChem顾问委员，于2014年担任Journal of Physical Chemistry顾问委员，于2015年担任Energy & Environmental Science编辑。
近期代表性成果：

1、Nature Catal.: 二氧化钌单晶不同晶面的OER活性

美国麻省理工Yang shao-horn（邵阳）院士和Reshma R. Rao等人比较了RuO₂(110)、(100)和(101)三个晶面上的RuCUS位点的电子结构，以及与OER有关的被吸附物的分子细节，以寻找它们活性差异的物理根源。研究人员采用表面X射线散射结合密度泛函理论和表面增强红外吸收光谱技术，研究了RuO₂表面上的析氧反应随电压的变化。在1.5 VRHE时，在(100)表面的配位不饱和钌(RuCUS)位点上存在-OO基团(对于（110）表面同样如此)，但在(101)的RuCUS位点上吸附了氧。研究人员通过使用密度泛函理论，通过与相邻–OH（–OO–H）氢键稳定的RuCUS位点去除–OO可能是（100）的速率确定步骤（对于（110）表面同样如此），其中其对（100）的结合减少而活性增加。（101）的RuCUS位点上结合能的进一步降低导致了不同的速率确定步骤（–O + H₂O -（H⁺ + e-）→-OO–H）和活性降低。该研究提供了有关活性位点的分子细节，以及它们的局部配位环境对活性的影响。

文献链接：https://doi.org/10.1038/s41929-020-0457-6

2、EES：新型“全FSI”电解液助力4V高压金属锂电池

美国麻省理工学院的邵阳院士、李巨教授和Jeremiah Johnson团队等通过将FSI阴离子的有用功能移植到中性有机溶剂分子中而激发出一种新的电解质设计策略，从而导致发现了基于市售FSA分子的“全氟磺酰基”电解质（FFS）。基于FSA的FFS电解质显示出优异的Li相容性，不需要高盐浓度即可实现高度可逆的Li镀层/剥离，避免了高粘度，差的润湿性和高成本问题。 FFS电解质可实现高度可逆的LMA，仅在10个循环内即可迅速达到99％。此外，FFS电解质满足了富Ni的NMC和尖晶石LiMn₂O₄的LMB的高负极稳定性要求。凭借与负极和正极以及集电器的出色兼容性，Li||NMC622电池在使用有限的锂资源200次循环后仍可保持其原始容量的89％。这种电解质设计策略为探索适用于4 V级LMB的新型中等浓度有机电解质开辟了一条新途径。

文献链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ee/c9ee02538c

三、李巨

1994年毕业于中国科学技术大学少年班，2000年于MIT获博士学位，其后在MIT从事博士后研究，2002-2007年任俄亥俄州立大学助理教授，2007-2011年任宾夕法尼亚大学副教授，2011年被MIT核科学与工程系及材料科学与工程系联合聘为正教授。李巨教授是计算材料学领域的国际知名学者，致力于材料性质的多尺度计算研究，特别是在材料力学行为的原子模拟等方面获得了多项重要突破。他的研究工作为理解材料的塑性变形微观机制和揭示新材料现象的物理本质奠定了重要基础。他的其他研究领域包括：能源储存和转换的新方法；原位透射；纳米结构材料；辐射对微观结构和热、电及质量运输的影响；电池和燃料电池等。曾获美国青年科技工作者最高奖“青年科学家工程师总统奖”，美国材料学会杰出青年科学家大奖，2014年入选汤森路透全球高被引科学家名单，美国物理学会会士（APS）和美国材料学会（MRS）会士。
近期代表性成果：

1、Nature：通过Coble蠕变在固态电池中沉积和剥离锂金属

美国麻省理工学院的李巨教授等人研究了在由混合离子电子导体（MIEC）制成的大量平行中空小管中容纳的金属锂或钠的沉积和剥离。研究表明表明这些碱金属（作为单晶）可以通过沿着MIEC/金属相边界的主要扩散性Coble蠕变而从小管中生长出来并缩回其中。与固体电解质不同，许多MIEC在与锂接触时具有电化学稳定性，因此这种Coble蠕变机理可以有效缓解应力，保持电子和离子接触，进而消除固体电解质相间碎屑，并允许锂在10微米的距离内可逆沉积/剥离100个循环。由大约1010 MIEC圆柱体/固体电解质/ LiFePO₄组成的厘米级全电池显示出高容量。建模表明，该设计对MIEC材料的选择不敏感，其通道宽约100纳米，深约10-100微米。通过研究MIEC通道中锂金属的行为，表明使用这种架构可以解决固态锂金属电池中具有金属-电解质界面的化学和机械稳定性问题。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-1972-y

2、Nano. Lett. 树枝状金纳米颗粒覆盖的氧化铝薄膜用作高效的离子整流和增强的生物分析

美国麻省理工学院的李巨教授，中国药科大学的王琛团队、南京大学夏兴华教授通过将DAN化学组装到AAO纳米通道的顶部，展示了一种工程化的新型离子整流器件。由于AuNP的高表面体积比和PAMAM结合位点的高密度，形成的网络具有更大的表面积并可以暴露更多的官能团，从而导致DAN/ AA杂化体的结构和表面电荷密度出现更多不对称性，因此导致明显的整流离子传输。DAN/AAO杂化表面上氨基的存在使阴离子选择性杂化膜能够进行离子精馏，还可以提高阴离子选择性。此外，可以通过本体溶液的离子价和pH值来调节离子的整流性能。在最佳条件下，成功地实现了基于这种异质结构的高灵敏度循环肿瘤细胞检测。因此，该工作设计的DAN/AAO杂交结构具有优异的耐久性和再利用功能，有望在细胞分析和生物检测中用作高性能生物传感器。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b05066

四、赵选贺

赵选贺，美国麻省理工学院机械工程系副教授。2003 年毕业于天津大学，2009 年博士毕业于哈佛大学机械工程系，师从国际著名力学家锁志刚教授。2010 年，他加入杜克大学机械工程与材料科学系担任助理教授，2014 年加入麻省理工学院机械工程系担任副教授。他目前的研究项目集中在固体力学、软材料、活性材料、生物材料、生物电子学和 3D 打印等交叉领域。近年来，赵选贺团队在Nature, Science, Nature Materials, Science Advances, Science Robotics, Advanced Materials, Proceedings of the National Academy of Sciences, Nature Communications, Advanced Functional Materials, Physical Review Letters等学术杂志上发表论文100余篇,应邀为Chemical Society Reviews撰写长篇综述(MIT赵选贺团队定义《水凝胶生物电子学》)，2018年论文“Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials”入选《Nature》封面（Nature封面: MIT赵选贺团队打印磁性智能软机器）。此外多项成果获得《自然》新闻的关注，被《华盛顿邮报》报道。他还是美国国家科学基金会事业奖的获奖者，曾获海军研究办公室青年科学家项目奖，及AVS生物材料部的青年研究者奖。
近期代表性成果：

1、Science Advances：湿导电聚合物在各种基材上的强粘合力

美国麻省理工学院赵选贺教授等人提出了一种通用而又简单的方法，即通过中间的亲水性聚合物粘合剂层来实现各种湿导电聚合物在不同基材上的牢固粘合。研究人员提出的方法可以在各种绝缘和导电衬底（包括玻璃，PDMS，聚酰亚胺，ITO和金）以及具有代表性的生物电子设备上，将各种湿导电聚合物（如PEDOT：PSS，PPy和PAni）牢固地集成到界面上。粘附在基材上的所得导电聚合物在不影响导电聚合物的电学或机械性能的情况下，具有出色的粘合性能（超过120 kPa的剪切强度）以及出色的机械和电化学稳定性。该方法与用于导电聚合物的各种制造方法兼容，包括溶剂浇铸和电沉积，并允许使用可商购的材料（例如亲水性PU和导电聚合物），从而在生物电子设备中广泛应用。这项研究不仅提供了一种简单而有效的方法来解决生物聚合物中导电聚合物集成的问题，而且还提供了在各种水凝胶与基材之间实现牢固粘合的通用策略。

文献链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aay5394

2、Nature Commun.: 水凝胶的抗疲劳粘附

美国麻省理工学院赵选贺和华中科技大学臧剑锋教授等人提出了一种生物启发性的策略，通过将有序的纳米结构（例如，纳米晶域）锚定在工程材料上来实现合成水凝胶的抗疲劳粘合，因为与相应的无定形聚合物链相比，有序的纳米结构对疲劳裂纹的传播需要更高的能量。研究人员选择聚乙烯醇（PVA）水凝胶作为模型材料系统，该系统可以轻松形成具有可调节结晶度的纳米结构（例如纳米晶体域和纳米原纤维）。通过干退火处理将纳米晶域固定在固体基质上，使水凝胶与基质之间具有显着的抗疲劳粘合性，界面疲劳阈值为800 J m^-2。耐疲劳的水凝胶附着力有可能实现多种应用，例如在由各种材料制成，具有各种尺寸和形状的设备上的坚固的水凝胶涂层。特别是，研究人员证明了抗疲劳水凝胶涂层对天然软骨表现出低摩擦和低磨损。

文献链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-14871-3

本文由eric供稿。

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