Награды R&D 100 вручаются инновациям лаборатории Беркли

Четыре инновационные технологии Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (DOE) были удостоены награды R&D 100 Award 2023. Награда, вручаемая журналом R&D Magazine и выбранная независимой судейской коллегией, присуждается 100 наиболее инновационным и революционным технологическим продуктам года, созданным в промышленности, научных кругах и исследованиях, спонсируемых государством. Впервые в этом году журнал R&D вручил профессиональные награды отдельным лицам и командам. В этой новой категории Ашок Гаджил получил награду «Лидер года в области исследований и разработок 2023 года», а команда Energy Management System получила награду «Команда года в области исследований и разработок 2023 года».

Победившие технологии Berkeley Lab улучшают исследовательские инструменты, производят экологически чистый водород, предоставляют программные инструменты для открытия материалов и определяют будущее зарядных станций для электромобилей. Команды-победители будут отмечены на гала-банкете R&D 100 в Сан-Диего 16 ноября 2023 года.

Ниже приведены описания технологий:

Создание квантовых технологий следующего поколения начинается с понимания того, как новые материалы работают на наноуровне. Хотя инструменты электронной спектроскопии и микроскопии позволяют исследователям «видеть» структуру и состав этих материалов, их разрешение затрудняется явлением, называемым «разбросом энергии» зондирующего электронного луча. Исследователи лаборатории Беркли изобрели Cryo-FE, новый эмиттер электронов, который снижает этот эффект в 10-20 раз. Устройство состоит из сверхпроводящего нанонаконечника, который использует резонансные квантовые состояния, образующиеся на вершине, и криотемпературы для создания электронного луча с беспрецедентно узким распределением энергии. Излучение Cryo-FE можно настроить с помощью приложенного электрического поля для получения чрезвычайно монохроматического, яркого и когерентного электронного луча, превосходящего лучшие доступные в настоящее время технологии. Это достижение может способствовать новым открытиям в области материаловедения и созданию новых инструментов высокого разрешения для спектроскопии и микроскопии.

Разработку выполнили Александр Стибор и Кэмерон Джонсон.

Водород как новое топливо имеет решающее значение для декарбонизации нашей экономики и снижения воздействия на окружающую среду. Однако многие процессы производства водорода также производят углекислый газ (CO2), известный парниковый газ. Команда исследователей лаборатории Беркли усовершенствовала процесс, называемый пиролизом метана, для производства водорода и углерода без выбросов CO2. Исследователи разработали тройной жидкий металл-катализатор для пиролиза метана. Их новый «мультикатализатор» может одновременно работать с высокой эффективностью, селективностью и долговечностью при пиролизе метана при умеренных температурах (450-800 oC). Самое главное, что этот новый катализатор можно легко изготовить с использованием элементов из недрагоценных металлов, что делает его масштабируемым и экономически эффективным для промышленного использования. На технологию была подана заявка на патент США (Гомогенная тройная жидкометаллическая система для производства чистого водорода – Ведомство интеллектуальной собственности), а основное научное понимание было принято в журнале Science.

В команду разработчиков, возглавляемую Цзи Су, входят Лунин Чен, Шучен Чжан, Чжиган Сун, Габор А Соморджай, Микель Салмерон, Дэвид Прендергаст, Чаочао Дун, Джефф Урбан, Цзинхуа Го, Синьсин Пэн, Ю-Чун Чуан, Чунг-Кай Чанг, Дженг. -Лунг Чен

От микроэлектроники до загрязнения окружающей среды, сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия (STEM) позволяет исследователям охарактеризовать структуры атомного масштаба. Новое поколение 4-мерных STEM-детекторов (4D-STEM) создает наборы данных из миллионов изображений, наполненных информацией о свойствах материала, таких как локальная структура, фаза, ориентация и деформация. Это огромное количество информации, но и сложная задача для анализа. Ученые лаборатории Беркли разработали программный инструмент, который сочетает в себе несколько инструментов анализа с алгоритмами глубокого обучения для использования этого огромного количества информации. Программный инструмент с открытым исходным кодом, называемый py4DSTEM, позволяет пользователю выбирать между различными режимами характеристики и предоставляет пути для эффективного анализа. С помощью этого нового инструмента исследователи могут ускорить свои исследования материалов для технологий следующего поколения.