常温超导、纳米科学、水凝胶技术……材料科学领域作为一个重要的科学领域,一直以来都是各项高科技技术的基础和先导,近年来该领域取得了一系列突破性的进展,受到了来自全世界的密切关注。
科研君就曾报道过一颗亮相于拉斯维加斯的巨球,在中外媒体和大众间都引起了一番热议,它就是耗资166亿人民币,目前世界上最大的球形沉浸式体验中心MSG Sphere。球体表面覆盖着58万平方英尺的可编程LED显示屏,为观众们从视觉、听觉、嗅觉以及触觉等多个方面,打造不带眼镜就能实现VR沉浸式体验。MSG场馆内的每一处细节都彰显出了先进成熟的材料科学技术。
材料科学界权威·UMich终身教授
CIS科研项目中,有一位教授就一直专注于材料科学,探索仿生材料,研究“除冰神器”、防水涂层等能对现实生活有帮助的材料,在课堂上,他通过介绍分析各种生物物种的表现特性,帮助学员深入了解材料科学。
他来自密歇根大学安娜堡分校,他就是材料科学与化学工程终身教授Anish Tuteja。
Anish Tuteja
密歇根大学安娜堡分校终身教授
- 密歇根大学安娜堡分校材料科学与化学工程终身教授
- 密歇根大学PSI项目负责人
- 纳米技术的最高突破之一“超疏液涂层”的发明者
- HygraTek, Envirashield 和 MPhasics 公司共同创始人
- 多篇论文发表于Advanced Material, Science, Nature 等核心期刊
- 其核心论文曾被 Nature杂志专题讨论
- 论文总引用 13420, h-index: 40, i10-index: 50
Anish Tuteja于2001年获得旁遮普大学的化学工程学士学位。 2006年,获得密歇根州立大学化学工程博士学位。 2006至2009年,Anish Tuteja在麻省理工学院攻读了博士后学位。
Anish Tuteja教授于2012年加入密歇根大学安娜堡分校。
这些年来,在密歇根大学安娜堡分校,Anish Tuteja教授的课题组(The Polymers, Surfaces, and Interfaces (PSI, ψ) group)专注于使用聚合物解决可再生能源和环境科学领域的一些关键挑战。
他们特别感兴趣的领域包括:
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超疏水和超疏油表面
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防冰表面
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耐生物污垢的表面
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用于药物输送的微米和纳米颗粒制造
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膜分离和液-液萃取
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聚合物纳米复合材料
2017年,Anish Tuteja教授的课题组研发出一种具有超强耐用性的自修复防水涂层——ANN ARBOR,比同类产品耐用数百倍。
它可以使车辆、衣物、屋顶和无数其他当前防水处理过于脆弱的表面实现防水。
2017年3月28日,在NCRC中被燃烧和磨蚀的表面上的疏水涂层上的水滴弹起。
它还可以降低船体的阻力,从而减少全球货物运输中大型船舶的90%燃料消耗。新混合物是这一领域几十年来的突破。这项发现正在由Anish Tuteja教授成立的公司HygraTek进行商业化。
2018年,Anish Tuteja开发了一种透明、光滑的涂层,该涂层可以排斥所有液体,并且可以应用于任何表面。(这项研究发表在ACS Applied Materials&Interfaces期刊上)如果投入实际使用,这种涂层将可以应用于手机、平板、太阳能面板或高层窗户玻璃等。目前HygraTek公司正在积极努力将这种材料推向市场。
自洁涂层可以保护昂贵的手机屏幕
飞机、轮船、电缆结冰是很容易被忽视的安全隐患问题。据统计,1975年至1980年仅6年的时间内,美国因飞机结冰造成178起事故,1999年至2009年的10年内,国内外因飞机结冰造成68起事故,这些血淋淋的数字值得我们警醒。
客机机翼上的积冰
不仅是如此,结冰问题在我们的生活中也留下不少难题。家中冰箱在使用一段时间后,往往会结上厚厚的一层冰,影响冰箱制冷功能不说,清理起来也十分麻烦。
Anish Tuteja带领的课题组研究人员就开发出了“除冰神器”,一种新型涂层,它可以毫不费力地将冰从较大的表面上剥离出来,这使研究人员更接近他们几十年来一直致力于防冰的货船、飞机、电力线和其他大型结构物的目标,他们将研究成果发表在Science中。
用于有效大规模除冰的低界面韧性材料
在这篇文章中,冰箱里的冰盒冻上水,普通冰盒里小冰块不容易掉下,需要使劲敲,而涂覆上Anish Tuteja等人开发的材料的冰盒,冰块很容易就掉下了。
涂覆有新式除冰材料(左)和未涂覆(右)的冰盒粘附冰块的比较。图片来源:Science
以往防冰涂层的一个主要局限是虽然它们在小面积的物体上发挥得很好,但没有办法在大面积的物体上起到很好的防冰作用。这是一个致命缺点,因为表面结冰往往会导致该物体最大表面上最先出现问题,例如:效率降低,危及安全性并且需要昂贵的拆卸。
而Anish Tuteja教授及其研究团队通过“力学的完美演示”清除了这一障碍。他们开发出的新型LIT涂层材料在更长更大的材料表面上表现出更优越的除冰能力。
LIT材料大范围除冰实验。图片来源:Science
铝板分别不涂和涂布LIT PDMS材料的除冰实验。图片来源:Science
Anish Tuteja教授研究团队的下一步是提高LIT涂料的耐久性,这项研究受到了美国海军研究办公室、空军科学研究办公室、国家科学基金会和纳米制造计划资助和支持,相信不久的将来可以投入实际使用,无论是在飞机上守护生命安全,还是输电线上保障生活方便,各项“破冰行动”将会更加顺利。
2021年,Anish Tuteja教授研究团队的论文《使用界面韧性低的疏冰表面促进现场太阳能电池阵列的大规模降雪》被Advanced Materials Technologies期刊选为编辑精选,并出现在“Best of Advanced Materials Technologies 2021”virtual issue上。
根据Google Scholar的最新数据显示,Anish Tuteja教授的文献引用次数已经高达15,193次。
教授与我们@CIS
不仅在科研方面有建树,Anish Tuteja的教学水平也非常优异。在CIS科研项目中,他耐心地为学员们解答问题,会放慢语速让课堂上的每一位同学都能听懂,带领学员们探索材料科学的神秘面纱。
跟随UMich终身教授做科研是什么感受?
在材料科学领域会有哪些收获?
听听学员们都是如何评价的呢?
01、蔡同学:
“喜欢,教授会及时地耐心解答我们在课程中产生的问题,最后project的时间也十分耐心地与我们一起修改,让我这位高一学生也能参与其中。
我的预期是很难,也许我会根本听不懂。提前做的准备是看了一下提前发的那些CIS视频。
论文方面,在这之前我其实是完全没有接触过的,这次活动让我对论文编写有了一个基础的概念,并且自己也能参与其中。
知识和技能的话,我收获了很多关于生物表面的知识,例如原来液滴落在表面上会有两种状态;这是我以前从未接触到的新鲜的知识。”
02、黄同学:
“喜欢的。教授讲话速度很合适,而且每次讲完一个section就会问学生有没有问题;
參加之前没有接触过太多材料学方面的知识,知识储备也只有一部分AS化学,顶多是上课前去油管看了几个科普视频看了几页有关的书,对自己能不能跟得上还是很忐忑的;
学到了很多材料学方面的东西、小组作业的经验、论文的写作方式和格式什么的。也很喜欢助教这个角色,能帮助我们解决一些其他疑问,特别是有一次助教课还聊到了英国大学体系这类,受益良多;
最后还是谢谢老师,辛苦了。”
03、韩同学:
“整个项目期间,我感觉收获甚多,特别是在写论文和超疏水等知识上。我感觉教授确实厉害,我看过他2000多引用的论文,引用次数极高。我读过的其他论文中,有的就提到了Tuteja教授的研究。 助教很认真负责,我们组和我个人有什么问题助教都能认真和及时地解答。我还想参加其他的CIS项目。”
跟随Anish Tuteja教授完成CIS科研项目后,学员们发表了英文学术期刊,也成功收到康奈尔大学、宾夕法尼亚大学、杜克大学、UCB、UCLA等诸多英美名校的录取通知书。
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