安德鲁·巴鲁斯博士, 物理系的副教授, 一直以为他会成为一名科学老师. 他的教学天赋是显而易见的:他用松饼罐或咖啡桌等熟悉的物品来解释他在纳米材料方面的复杂工作. 他的物理研究——在一个任何时候都有大约12名学生的实验室里——与他的教学几乎没有什么区别. 它以解决实际问题为基础,并为学生提供解决这些问题的挑战性机会. 从地方机构(奥马哈公共电力区)到国家机构(美国国家航空航天局)都注意到了这一点,并资助了巴鲁斯和他的学生的研究项目.
巴鲁斯研究的是纳米材料, 包括从塑料到细胞的有机材料, 无机材料,如光电池(想想太阳能电池板). 纳米材料的应用包括磁性, 电子产品, 计算机硬件, 水过滤, 牙科材料等等.
他目前的研究项目之一涉及聚苯乙烯和聚乳酸, 两种机械上相似的有机聚合物. 前者是一种传统的消费塑料, 但后者是由玉米淀粉制成的生物可再生替代品. 巴鲁斯将这些聚合物描述为“意大利面条线——纳米级的弯曲小链——它们彼此讨厌。. 如果我们把它们混合在一起,它们就会像油和水一样试图分离. 但如果我们通过化学作用,迫使每一种类型的单链在纳米尺度上粘在一起, 这样它们就无法脱离彼此, 我们可以操纵分离过程,自然地创造出特定的纳米尺度图案.”
他目前的目标是对聚合物进行排序,这样聚乳酸就能在聚苯乙烯中形成圆柱体,这些圆柱体可以直立并聚集在一起, 像六边形一样. 然后, 他基本上可以将聚丙交酯聚合物堆肥, 在聚苯乙烯中留下坚硬的孔,在这些圆柱形团块的位置形成纳米结构形状, 用他的话来说, “松饼锡.“现在他可以不用松饼粉填满松饼罐了,而是, 在这种情况下, 用磁性材料, 制造非常小的磁柱,否则会耗费大量时间.
但是为什么要把它们放在首位呢? “当你变成纳米的时候,世界变得很奇怪. 大多数材料, 我们习惯的体积性质在纳米状态下消失,取而代之的是表面性质,巴鲁斯说. 换句话说, 宏观层面和微观层面总是相互作用的, 但宏观层面上发生的事情,由于其庞大的规模,压倒了其他的相互作用. 然而, 当材料变小的时候——比如说, 在10到40纳米的任何维度上,微观层面的相互作用变得更加重要. 这个概念是梳理和开发新磁性质的关键.
“如果我想知道一个磁铁是如何与另一个磁铁‘对话’的, 我可以通过允许表面(微观)属性变得比大块(宏观)属性更重要来调整对话,巴鲁斯说.
研究纳米材料的性质, 你需要很多小磁铁, 通过“松饼锡”纳米结构的帮助. 研究这些磁性的一个目标是得出可能在制造业中有用的发现, 说, 计算机硬盘驱动器.
这种纳米技术的其他应用包括水过滤. 如果降解聚乳酸在纳米结构中留下的开口足够小, 水可以通过,但污染物不能, 包括病毒.
美国宇航局可以利用这种技术在长期太空飞行中过滤废水, 他们正在资助巴鲁斯实验室的一名学生测试这个想法. 加纳·尼尔森(如图), 他来自双子城附近的物理和能源技术专业, 在过去的两年里获得了NASA的研究奖学金.
纳尔逊早在他的校园之旅中就表现出对物理研究的兴趣, 和, 带着他清晰的激情, 他几乎立刻就得到了一个职位. “本科研究 给了我作为一个学生的信心,让我明白我是一个真正的科学家, 我可以在战场上做出改变,尼尔森说. 因为皇冠体育博彩的研究生和项目比大型研究机构要少, 像尼尔森这样的学生可以更早地参与进来.
他当然是在充分利用这个机会. 纳尔逊与他的同行和巴鲁斯一起,在一篇即将发表的论文中以第一作者的身份获得了一席之地. 纳尔逊和他的同事们专门为他们的实验设计了一个反应室,这样他们就可以更快、更可靠地得出结果. 数据证明他们的仪器不仅独一无二, 但它在指导纳米结构形成的关键变量上提供了很好的控制.
鼓励学生扮演领导角色似乎是巴鲁斯的标准运作模式. “他非常重视他的本科生研究人员,”尼尔森说. 几年来, 巴鲁斯曾与奥马哈公共电力区(OPPD)合作,在能源领域培养未来的优秀领导者. OPPD为学生提供资金, 由巴鲁斯指导, 建设基础设施项目, 进行研究并参加实习,这样他们就可以亲身体验能源技术职业.
帮助学生发现和实现他们的潜力的机会是巴鲁斯的动力. “当我来到皇冠体育博彩参观,看到物理系的本科生研究——学生们不仅仅是在清洗烧杯——我被震撼了,巴鲁斯说. “这份工作让他们觉得自己为读研做好了准备,并帮助他们知道自己的人生目标.”
巴鲁斯的学生一致认为,当他决定加入这项使命时,他找到了一个很合适的人选. 尼尔森说:“他会放下手头的事情,帮助我们找到方向。. 然后带着微笑, 他回忆起他和其他学生与巴鲁斯一起的一次旅行, 参加在巴尔的摩举行的美国物理学会会议. “在旅途中,我们只是在聊天,我问他. 巴鲁斯:“难道你不想得诺贝尔奖吗??他回答说:“没有,但如果我的学生中了一个奖,那对我来说意义重大。. 这是 你怎么知道你已经成功了.’”
有关巴鲁斯工作的详细信息,请参阅他的全文 专家简介.
文章图片由Gunnar Nelson提供.