R&D 100 상은 버클리 연구소 혁신에 영예를 안겨줍니다

미국 에너지부(DOE) 로렌스 버클리 국립연구소(Berkeley Lab)의 4가지 혁신 기술이 2023년 R&D 100상을 수상했습니다. R&D Magazine이 수여하고 독립적인 심사위원단이 선정한 이 상은 업계, 학계, 정부 지원 연구에서 선정된 올해의 가장 혁신적이고 파괴적인 기술 제품 100개를 선정합니다. R&D Magazine은 올해 처음으로 개인과 팀에게 Professional Award를 수여했습니다. 이 새로운 부문에서 Ashok Gadgil은 2023년 올해의 R&D 리더상을 수상했으며, 에너지 관리 시스템 팀은 2023년 올해의 R&D 팀을 수상했습니다.

Berkeley Lab의 성공적인 기술은 연구 도구를 개선하고, 녹색 수소를 생성하며, 재료 발견을 위한 소프트웨어 도구를 제공하고, 전기 자동차 충전소의 미래를 파악합니다. 우승팀은 2023년 11월 16일 샌디에이고에서 열리는 R&D 100 갈라 연회에서 축하할 예정입니다.

다음은 기술에 대한 설명입니다.

차세대 양자 기술 구축은 나노 규모에서 새로운 재료가 어떻게 작동하는지 이해하는 것에서 시작됩니다. 전자 분광법과 현미경 도구를 사용하면 연구자는 이러한 물질의 구조와 구성을 "볼" 수 있지만 프로빙 전자빔의 "에너지 확산"이라는 현상으로 인해 해상도가 저하됩니다. 버클리 연구소 연구원들은 이 효과를 10~20배까지 줄이는 새로운 전자 방출기인 Cryo-FE를 발명했습니다. 이 장치는 정점에서 형성되는 공명 양자 상태와 극저온을 활용하여 전례 없이 좁은 에너지 분포를 갖는 전자 빔을 생성하는 초전도 나노팁으로 구성됩니다. Cryo-FE의 방출은 적용된 전기장으로 조정되어 현재 이용 가능한 최고의 기술을 능가하는 매우 단색의 밝고 응집성 있는 전자빔을 얻을 수 있습니다. 이러한 발전은 재료 과학의 새로운 발견과 분광학 및 현미경을 위한 새로운 고해상도 도구를 가능하게 합니다.

개발은 Alexander Stibor와 Cameron Johnson이 수행했습니다.

새로운 연료인 수소는 경제를 탈탄소화하고 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 매우 중요합니다. 그러나 수소를 생산하는 많은 공정에서는 온실가스로 알려진 이산화탄소(CO2)도 생산합니다. 버클리 연구소 연구팀은 CO2 배출 없이 수소와 탄소를 생산하기 위해 메탄 열분해라는 공정을 개선했습니다. 연구진은 메탄 열분해를 위한 3원 액체 금속 촉매를 개발했습니다. 그들의 새로운 "다중 촉매"는 온화한 온도(450-800oC)에서 메탄 열분해에 대한 높은 효율성, 선택성 및 내구성을 동시에 수행할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 이 새로운 촉매가 비귀금속 원소를 사용하여 쉽게 제조될 수 있어 산업 용도로 확장 가능하고 비용 효율적이라는 점입니다. 이 기술은 미국 특허 출원(청정 수소 생산을 위한 균질한 삼원 액체 금속 시스템 – 지적 재산권 사무국)에 제출되었으며 핵심 과학 이해는 사이언스 저널에 승인되었습니다.

Ji Su가 이끄는 개발팀에는 Luning Chen, Shuchen Zhang, Zhigang Song, Gabor A Somorjai, Miquel Salmeron, David Prendergast, Chaochao Dun, Jeff Urban, Jinghua Guo, Xinxin Peng, Yu-Chun Chuang, Chung-Kai Chang, Jeng이 포함됩니다. -폐 첸

마이크로 전자공학부터 환경 오염까지, 주사투과전자현미경(STEM)을 통해 연구원들은 원자 규모 구조를 특성화할 수 있습니다. 차세대 4차원 STEM(4D-STEM) 검출기는 국부적 구조, 위상, 방향 및 변형과 같은 재료 특성에 대한 정보로 채워진 수백만 개의 이미지 데이터 세트를 생성합니다. 이는 풍부한 정보이지만 분석하기 어려운 과제이기도 합니다. 버클리 연구소 과학자들은 이러한 풍부한 정보를 활용하기 위해 여러 가지 분석 도구와 딥 러닝 알고리즘을 결합한 소프트웨어 도구를 개발했습니다. py4DSTEM이라는 오픈 소스 소프트웨어 도구를 사용하면 사용자가 다양한 특성화 모드 중에서 선택할 수 있으며 효과적인 분석을 위한 경로를 제공할 수 있습니다. 이 새로운 도구를 사용하여 연구자들은 차세대 기술을 위한 재료에 대한 연구를 가속화할 수 있습니다.