/*删除注释从元滑块*/

科学先驱:John B. Goodenough

通过|2020年7月20日

为了纪念约翰·b·古迪纳夫(John B. Goodenough) 98岁的生日,我们庆祝他的一生和事业,他的一生和事业受到上个世纪一些决定性事件的影响。

说明:基兰•奥布莱恩

在最近全球各地的抗议运动之后,许多大学和学术出版商承认了自己过去的失败,并承诺制定新的政策来解决这些缺点。这导致一些圈子呼吁将政治从科学中剥离出来。

然而,粗略地看一下科学史,就会发现它总是与政治紧密相连;有时很明显——对其不利——但并不总是如此。当观察约翰·b·古迪纳夫(John B. Goodenough)这样的人物的职业生涯时,有一件事立即变得显而易见,那就是政治和世界事件对科学发现道路可能产生的复杂而微妙的影响。

在80年的科学生涯中,古迪纳夫的研究方向在许多关键时刻都受到了当时的政治风向和由此产生的冲突的影响。这些政治转变促成了锂离子电池方面的突破,这种设备正在帮助全球社区应对气候变化的紧急情况,并使他在2019年获得了诺贝尔化学奖。

古迪纳夫的科学生涯始于1943年,在完成数学本科学业后,他立即志愿参加了第二次世界大战。在此期间,他提供天气预报,用于计划飞越大西洋的航班。令人难忘的是,有一次,他的模型让艾森豪威尔降落在巴黎6分钟内到达

战争结束后,美国政府为退伍军人提供了继续研究生学习的资金。他接受了芝加哥大学(University of Chicago)固体物理学家克拉伦斯·齐纳(Clarence Zener)的邀请,攻读博士学位。他的博士研究集中在电流通过金属合金结构时的变化。

为了完成他的研究生工作,Goodenough搬到了林肯实验室,在那里他开始研究过渡金属氧化物的磁性。他在这一时期的开创性工作导致了古登诺-金森规则的形成——1955年首次提出这些规则的论文有超过2700次的引用。

这些规则与材料中阳离子间发生磁耦合的机理有关(最近还对这些规则作了详细而准确的描述)手稿)。在简单的情况下,这些规则允许对晶格中阳离子之间的磁性相互作用作出预测。这些预测对新兴的随机记忆研究和两组材料产生了巨大的影响,这两组材料已经有了一个非常有趣的研究机构;尖晶石和钙钛矿。

尖晶石在催化和电池阴极的开发中得到了广泛的应用。这些结构的性质取决于阳离子在晶格中的分布。在20世纪50年代,Goodenough致力于研究这些特定的结构,试图理解阳离子的分布,并在此过程中发展了“半共价交换”的概念。这个概念让我们对这些材料的性质有了更深入的了解,为未来的发展奠定了基础。

钙钛矿最著名的发现是在过去10年在实验太阳能电池。虽然Goodenough- kanamori规则对该领域的发展产生了影响,但Goodenough本人直到20世纪90年代才直接参与其中。从那时起,他的工作就是试图阐明家族中不同成员的特性。

古迪纳夫在林肯实验室呆了大约20年。在50年代和60年代,他专注于基础研究,但在70年代,情况发生了巨大的变化。为了应对能源危机,美国政府实施了一项新政策,要求联邦政府资助的机构,如林肯实验室,必须能够展示其工作的具体应用。因此,古迪纳夫将注意力转向了能源存储项目。

他开始研究利用钠离子进行能量转移的材料。他所关注的材料家族之一,nasicon,仍被广泛应用于今天的钠离子电池。当林肯实验室再次改变其研究目标时,这项工作中断了。新政策规定所有工作都必须支持空军。为了应对这些变化,古迪纳夫开始寻找新的职位。

1976年,他被邀请领导牛津大学的无机化学实验室,这一职位他担任了大约十年。在他任职期间,他开发了一种用于锂离子电池阴极的新材料,LiCoO2

LiCoO2代表了电池技术的巨大飞跃。早期的锂离子电池原型使用的阴极要么是危险的,要么不能提供可用电池所需的电压。新材料解决了这两个问题,并导致了第一个商业化的锂离子电池在10多年后。

正是这项工作在2019年获得了诺贝尔委员会的认可。古迪纳夫与斯坦利·m·惠廷汉姆(Stanley M. Whittingham)和吉野明(Akira Yoshino)一同获得了该奖项。惠廷汉姆在1974年开发了锂离子电池的原型。古迪纳夫的阴极为其提供了商业化所需的电压,吉野发明了防止重复使用后短路的阳极。

最好的工作回到美国,在64岁时担任弗吉尼亚州弗吉尼亚州弗吉尼亚州的弗吉尼亚州的百年纪念馆董事会,这是他持续到这一天的位置。自他的举动以来,他为固态电池,LI-S和LI-AIR电池做出了贡献,并且继续在钠离子电池上工作,甚至涉及钾离子电池。

作为一个获得诺贝尔化学奖的人,John B. Goodenough早年的职业生涯以物理学为特色。古迪纳夫本人在2016年发表了这一观点,他说,

“我想我的部分传统是我促成了物理和化学的结合。当然,我不是一个人做到的。我们不可避免地、不可阻挡地走向物理和材料化学的跨学科。”

在古迪纳夫的职业生涯中,材料科学和物理学的融合,在一定程度上是由美国政府不断变化的优先事项和它对全球事件的反应所带来的。在这一背景下,科学对政治的反应应该得到赞扬;如果没有它,今天的便携式设备、太阳能电池板和电动汽车可能会看起来非常不同。任何科学生涯都不会发生在政治真空中,像John B. Goodenough这样的例子告诉我们,这并不一定是一件坏事。

本文借助于三个主要资源。传记细节,工作的Bea津贴海伦格雷格,为了科学,Karim Zaghib和他的同事