世界頂尖華人科學家來襲—MIT科研大佬陳剛院士、邵陽院士、李巨教授、趙選賀教授近期研究進展

麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology），簡稱“麻省理工”（MIT），位于美國馬薩諸塞州波士頓都市區劍橋市，主校區依查爾斯河而建，是世界著名私立研究型大學。麻省理工學院創立于1861年，早期側重應用科學及工程學，在第二次世界大戰后，麻省理工學院倚靠美國國防科技的研發需要而迅速崛起。在二戰和冷戰期間，麻省理工學院的研究人員對計算機、雷達以及慣性導航系統等科技發展作出了重要貢獻。截止至2019年10月，麻省理工學院的校友、教職工及研究人員中，共產生了97位諾貝爾獎得主（世界第五）、8位菲爾茲獎得主（世界第八）以及26位圖靈獎得主（世界第二）。2019-20年度位列QS世界大學排名第一?、U.S. News世界大學排名第二、軟科世界大學學術排名（ARWU）第四、泰晤士高等教育世界大學排名第五?；2019-20年度位列《泰晤士高等教育》世界大學聲譽排名世界第二。2021年位列QS世界大學排名第一。終身教授制（Tenure）源于美國，指學者一經聘任后，聘期可以延續到退休，不受學校各種階段性教學、科研工作量的考核，同時還享受學校頒發的終身教授津貼。一般情況下，學校越好，成為終身教授難度越大，像麻省理工這樣的頂級高校，想要獲得終身制職位，更是難上加難。而且，MIT普通教授都是院士級別，而且小班授課，每班不超過16人。這種方式效果好，但是成本很高。一般學校能有幾十個院士就不錯了，MIT有200多個院士，而且全部親自給本科生上課。世界名校主要是教授陣容頂級，硬件設備頂級，學生素質頂級。充足的經費和科學的體制是實現上面三個頂級的關鍵。本文列舉了MIT的四位華人世界頂尖科學家—陳剛院士、邵陽院士、李巨教授、趙選賀教授以及近期代表性成果。

一、陳剛

1964年生，美國工程院院士、臺灣“中央研究院”院士、美國人文與科學院院士，麻省理工學院機械工程系正教授、系主任。1980年考入華中科技大學（原華中工學院）動力工程系，1984年和1987年分別獲華中科技大學（原華中理工大學）動力系學士和碩士學位，后留校任教。1989年獲王寬城教育基金會獎學金資助赴美國加州大學攻讀博士，師從時任伯克利加州大學校長的田長霖教授，1993年獲博士學位。2006年獲聘麻省理工學院第一任Warrenand Towneley Rohsenow講席教授，2009年獲聘Carl Richard Soderberg講席教授。他是國際熱能傳遞、納米技術和能源研究領域的權威學者。2009年，他的團隊首次打破被公認為物體間熱力傳導基本法則的“黑體輻射定律”公式，證實物體極度近距時的熱力傳導，可以高到定律所預測的千倍，震動學界。2010年因其在納米熱傳導和熱電能轉化領域的突出貢獻，當選為美國工程院院士。2013年7月被任命為麻省理工學院機械工程系主任，成為該系百余年歷史上首位華人系主任。麻省理工學院機械工程系世界排名第一，有教授和其他教職員工近400人，毫不夸張地說陳剛院士掌管著全球最牛的機械工程系。陳剛院士有自己的科研組，組里有10多名學生和博士后。
近期代表性成果：

1、Science：離子型明膠材料用于可穿戴器件的供電

美國麻省理工學院陳剛院士、南方科技大學劉瑋書教授等人發展了一種基于明膠（gelatin）的器件，通過堿金屬鹽和鐵基還原對配合，產生了一個非常大的熱電轉化效果。并且該裝置通過身體上發熱就能夠得到足夠的能量。制成的器件中最高的熱電能達到17.0 mV/K，明膠中的離子傳輸通過KCl，NaCl，KNO₃進行熱擴散作用，并通過[Fe(CN)₆^4-/Fe(CN)₆^3-]提升熱電效應。當通過身體熱能作為熱源的可穿戴器件中就可以達到2 V的熱電效應和最高5mW的功率。這種離子型明膠展現出離子能量載體在熱電轉換中的重要應用前景。

文獻鏈接：https://science.sciencemag.org/content/368/6495/1091

2、Science：硼同位素富集的立方氮化硼實現超高的導熱率

美國麻省理工學院的陳剛院士、波士頓大學的David Broido教授和北京大學宋柏教授等人聯合報道了他們通過實驗表征與從頭計算模擬相結合，其中包括使用具有自然（natB）和受控豐度的硼同位素的合成晶體，通過四聲子散射重新研究cBN中的熱傳輸。研究人員通過實驗證明了cnatBN晶體的kRT可以超過850 Wm^-1K^-1，富集的c10B（或11B）N可以達到1600 Wm^-1K^-1。研究人員測量的超高k與第一性原理計算結果相一致，但后者顯示了高階非諧聲子-聲子-聲子相互作用對cBN中k的影響相對較弱。此外，硼同位素富集后kRT被提高了約90％，支持了先前的計算，并代表了非常大的RT同位素效應。相比之下，同位素控制的BP和BAs計算出kRT僅分別增加了31％和12％，與測量到的小同位素效應相符。利用模擬方法發現了這些硼素之間的差異，只有通過考慮這些差異才能理解相互之間的微妙作用。超高k和寬帶隙使cBN成為微電子熱管理、高功率電子和光電應用的有前景的材料。

文獻鏈接：https://science.sciencemag.org/content/367/6477/555

二、邵陽

邵陽，美國國家工程院院士，麻省理工學院機械工程和材料科學與工程系教授。主要從事表面科學、催化與電催化、電化學儲能材料等相關方向的研究，在能量轉化與存儲、電催化用納米功能材料研究領域的突出貢獻。1987年9月，邵陽考入北京工業大學原金屬材料科學與工程學系金屬材料及熱處理專業，1992年7月畢業，獲得工學學士學位。后于密歇根理工大學取得博士學位。2002年進入美國麻省理工學院機械工程和材料科學與工程系任教。2018年2月當選為美國國家工程院院士。2011年擔任Energy and Environmental Science雜志顧問委員、2012年擔任ChemElectroChem顧問委員、2014年擔任Journal ofPhysical Chemistry顧問委員、2015年擔任Energy & Environmental Science、2017年9月北京化工大學客座教授。邵陽院士在Science、Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Chemistry等期刊發表論文超過370篇，總被引超3W，連續兩年（2015和2016年）進入湯姆森路透社高被引名單，并于2011年擔任Energy and Environmental Science雜志顧問委員，于2012年擔任ChemElectroChem顧問委員，于2014年擔任Journal of Physical Chemistry顧問委員，于2015年擔任Energy & Environmental Science編輯。
近期代表性成果：

1、Nature?Catal.: 二氧化釕單晶不同晶面的OER活性

美國麻省理工Yang shao-horn（邵陽）院士和Reshma R. Rao等人比較了RuO₂(110)、(100)和(101)三個晶面上的RuCUS位點的電子結構，以及與OER有關的被吸附物的分子細節，以尋找它們活性差異的物理根源。研究人員采用表面X射線散射結合密度泛函理論和表面增強紅外吸收光譜技術，研究了RuO₂表面上的析氧反應隨電壓的變化。在1.5 VRHE時，在(100)表面的配位不飽和釕(RuCUS)位點上存在-OO基團(對于（110）表面同樣如此)，但在(101)的RuCUS位點上吸附了氧。研究人員通過使用密度泛函理論，通過與相鄰–OH（–OO–H）氫鍵穩定的RuCUS位點去除–OO可能是（100）的速率確定步驟（對于（110）表面同樣如此），其中其對（100）的結合減少而活性增加。（101）的RuCUS位點上結合能的進一步降低導致了不同的速率確定步驟（–O + H₂O -（H⁺?+ e-）→-OO–H）和活性降低。該研究提供了有關活性位點的分子細節，以及它們的局部配位環境對活性的影響。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1038/s41929-020-0457-6

2、EES：新型“全FSI”電解液助力4V高壓金屬鋰電池

美國麻省理工學院的邵陽院士、李巨教授和Jeremiah Johnson團隊等通過將FSI陰離子的有用功能移植到中性有機溶劑分子中而激發出一種新的電解質設計策略，從而導致發現了基于市售FSA分子的“全氟磺酰基”電解質（FFS）。基于FSA的FFS電解質顯示出優異的Li相容性，不需要高鹽濃度即可實現高度可逆的Li鍍層/剝離，避免了高粘度，差的潤濕性和高成本問題。 FFS電解質可實現高度可逆的LMA，僅在10個循環內即可迅速達到99％。此外，FFS電解質滿足了富Ni的NMC和尖晶石LiMn₂O₄的LMB的高負極穩定性要求。憑借與負極和正極以及集電器的出色兼容性，Li||NMC622電池在使用有限的鋰資源200次循環后仍可保持其原始容量的89％。這種電解質設計策略為探索適用于4 V級LMB的新型中等濃度有機電解質開辟了一條新途徑。

文獻鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ee/c9ee02538c

三、李巨

1994年畢業于中國科學技術大學少年班，2000年于MIT獲博士學位，其后在MIT從事博士后研究，2002-2007年任俄亥俄州立大學助理教授，2007-2011年任賓夕法尼亞大學副教授，2011年被MIT核科學與工程系及材料科學與工程系聯合聘為正教授。李巨教授是計算材料學領域的國際知名學者，致力于材料性質的多尺度計算研究，特別是在材料力學行為的原子模擬等方面獲得了多項重要突破。他的研究工作為理解材料的塑性變形微觀機制和揭示新材料現象的物理本質奠定了重要基礎。他的其他研究領域包括：能源儲存和轉換的新方法；原位透射；納米結構材料；輻射對微觀結構和熱、電及質量運輸的影響；電池和燃料電池等。曾獲美國青年科技工作者最高獎“青年科學家工程師總統獎”，美國材料學會杰出青年科學家大獎，2014年入選湯森路透全球高被引科學家名單，美國物理學會會士（APS）和美國材料學會（MRS）會士。
近期代表性成果：

1、Nature：通過Coble蠕變在固態電池中沉積和剝離鋰金屬

美國麻省理工學院的李巨教授等人研究了在由混合離子電子導體（MIEC）制成的大量平行中空小管中容納的金屬鋰或鈉的沉積和剝離。研究表明表明這些堿金屬（作為單晶）可以通過沿著MIEC/金屬相邊界的主要擴散性Coble蠕變而從小管中生長出來并縮回其中。與固體電解質不同，許多MIEC在與鋰接觸時具有電化學穩定性，因此這種Coble蠕變機理可以有效緩解應力，保持電子和離子接觸，進而消除固體電解質相間碎屑，并允許鋰在10微米的距離內可逆沉積/剝離100個循環。由大約1010 MIEC圓柱體/固體電解質/ LiFePO₄組成的厘米級全電池顯示出高容量。建模表明，該設計對MIEC材料的選擇不敏感，其通道寬約100納米，深約10-100微米。通過研究MIEC通道中鋰金屬的行為，表明使用這種架構可以解決固態鋰金屬電池中具有金屬-電解質界面的化學和機械穩定性問題。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-1972-y

2、Nano. Lett. 樹枝狀金納米顆粒覆蓋的氧化鋁薄膜用作高效的離子整流和增強的生物分析

美國麻省理工學院的李巨教授，中國藥科大學的王琛團隊、南京大學夏興華教授通過將DAN化學組裝到AAO納米通道的頂部，展示了一種工程化的新型離子整流器件。由于AuNP的高表面體積比和PAMAM結合位點的高密度，形成的網絡具有更大的表面積并可以暴露更多的官能團，從而導致DAN/ AA雜化體的結構和表面電荷密度出現更多不對稱性，因此導致明顯的整流離子傳輸。DAN/AAO雜化表面上氨基的存在使陰離子選擇性雜化膜能夠進行離子精餾，還可以提高陰離子選擇性。此外，可以通過本體溶液的離子價和pH值來調節離子的整流性能。在最佳條件下，成功地實現了基于這種異質結構的高靈敏度循環腫瘤細胞檢測。因此，該工作設計的DAN/AAO雜交結構具有優異的耐久性和再利用功能，有望在細胞分析和生物檢測中用作高性能生物傳感器。

文獻鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b05066

四、趙選賀

趙選賀，美國麻省理工學院機械工程系副教授。2003 年畢業于天津大學，2009 年博士畢業于哈佛大學機械工程系，師從國際著名力學家鎖志剛教授。2010 年，他加入杜克大學機械工程與材料科學系擔任助理教授，2014 年加入麻省理工學院機械工程系擔任副教授。他目前的研究項目集中在固體力學、軟材料、活性材料、生物材料、生物電子學和 3D 打印等交叉領域。近年來，趙選賀團隊在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等學術雜志上發表論文100余篇,應邀為Chemical Society Reviews撰寫長篇綜述(MIT趙選賀團隊定義《水凝膠生物電子學》)，2018年論文“Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials”入選《Nature》封面（Nature封面: MIT趙選賀團隊打印磁性智能軟機器）。此外多項成果獲得《自然》新聞的關注，被《華盛頓郵報》報道。他還是美國國家科學基金會事業獎的獲獎者，曾獲海軍研究辦公室青年科學家項目獎，及AVS生物材料部的青年研究者獎。
近期代表性成果：

1、Science Advances：濕導電聚合物在各種基材上的強粘合力

美國麻省理工學院趙選賀教授等人提出了一種通用而又簡單的方法，即通過中間的親水性聚合物粘合劑層來實現各種濕導電聚合物在不同基材上的牢固粘合。研究人員提出的方法可以在各種絕緣和導電襯底（包括玻璃，PDMS，聚酰亞胺，ITO和金）以及具有代表性的生物電子設備上，將各種濕導電聚合物（如PEDOT：PSS，PPy和PAni）牢固地集成到界面上。粘附在基材上的所得導電聚合物在不影響導電聚合物的電學或機械性能的情況下，具有出色的粘合性能（超過120 kPa的剪切強度）以及出色的機械和電化學穩定性。該方法與用于導電聚合物的各種制造方法兼容，包括溶劑澆鑄和電沉積，并允許使用可商購的材料（例如親水性PU和導電聚合物），從而在生物電子設備中廣泛應用。這項研究不僅提供了一種簡單而有效的方法來解決生物聚合物中導電聚合物集成的問題，而且還提供了在各種水凝膠與基材之間實現牢固粘合的通用策略。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aay5394

2、Nature Commun.: 水凝膠的抗疲勞粘附

美國麻省理工學院趙選賀和華中科技大學臧劍鋒教授等人提出了一種生物啟發性的策略，通過將有序的納米結構（例如，納米晶域）錨定在工程材料上來實現合成水凝膠的抗疲勞粘合，因為與相應的無定形聚合物鏈相比，有序的納米結構對疲勞裂紋的傳播需要更高的能量。研究人員選擇聚乙烯醇（PVA）水凝膠作為模型材料系統，該系統可以輕松形成具有可調節結晶度的納米結構（例如納米晶體域和納米原纖維）。通過干退火處理將納米晶域固定在固體基質上，使水凝膠與基質之間具有顯著的抗疲勞粘合性，界面疲勞閾值為800 J m^-2。耐疲勞的水凝膠附著力有可能實現多種應用，例如在由各種材料制成，具有各種尺寸和形狀的設備上的堅固的水凝膠涂層。特別是，研究人員證明了抗疲勞水凝膠涂層對天然軟骨表現出低摩擦和低磨損。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-14871-3

本文由eric供稿。

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