JohnB.Goodenough的传奇人生 JohnB.Goodenough的重大贡献及经典语录:

重大贡献

  Prof. John.B.Goodenough是锂钴氧和磷酸铁锂正极材料的发明人

传奇人生

  老人家在二战之前就在读大学了,美国名校Yale,不过读的是文学和数学,化学只是他大一的时候学的一门选修课……他当时的目的是为了拿到一个文学学位……

  在他老人家读诗词的时候,突然对圣经和宗教产生了浓厚的兴趣,就开始学习哲学,被科学哲学深深吸引,并读了一本影响他一生的书:Whitehead的 Science and the Modern World,于是他就决定在战后有机会要读物理的研究生。

  二战的时候,他老人家在美国空军做大西洋气象方面的工作,1946年,他被从亚述海的小岛上召回芝加哥,让他在University of Chicago 和 Northwestern University之间选择一个,读物理或者数学的研究生。当时他在Yale的数学教授Egbert Miles希望能够招他入学,但是他还是坚持了自己的信念,选择了去University of Chicago 读物理硕士。老先生1948年退伍,依靠退伍老兵的权利法案得以继续学习。在考试合格后,老人家决定不学核物理,而是跟随Clarence Zener学习固体物理。在博士毕业后,他从University of Pennsylvania和MIT的美国空军林肯实验室中选择了后者。

  那是在1952年,当时的计算机刚刚起步,他们在林肯实验室做内存的材料。这是一项和三价Mn有关的研究,这时候他接触到了Li离子在固体中的迁移。后来他开始做固态陶瓷的基础研究,在MIT的12年间,老先生开始了固态化学的学习和研究,并撰写了两本书:Magnetism and the Chemical Bond和Metallic Oxides(法语版是Les oxydes des métaux de transition)。

  1970年,美国调整了国家政策,空军实验室不再支持基础研究,MIT的实验室呆不下去了……而且这个时候刚好爆发了能源紧张的问题,老先生决定在能源领域做些事情。福特汽车的科学家发现了一种Na离子的快速导体陶瓷,老先生就去了Stanford University调研,就是在那个时候,他确定了研究a host framework that contained tunnels的固体材料。1974年到1975年间,老先生觉得需要在能源匮乏的时候帮助不发达国家,于是去了德黑兰,在伊朗的Shah那里拿到了7M美刀,和Aryamehr University一起建立了一个实验室,从事太阳能的研究,但是伊朗政治变化,Shah下台,美国大使都成了人质,他的计划也只有被放弃了……

  然后老先生接到了Oxford University的邀请,去那边无机实验室做领导……但是老人家当时就上过两门化学课,读本科的时候的选修课学到了定量的无机化学,硕士阶段学了有机化学……当时牛津的人是希望老人家做固体物理材料的背景,能够沟通化学家和物理学家。他从事固态材料的研究能够促进牛津的无机化学。

  于是,老人家开始在牛津从事氧化物表面光电解水和;锂离子电池嵌入-脱出材料以及甲醇燃料电池的研究。

  他组里的访问学者Koichi Mizushima,来自University of Tokyo,发现在Co和Ni的氧化物中,Li几乎可以完全脱出,50%-60%Li脱出的时候,结构还能够保持稳定,并且对Li有接近4V的电压。当时英国做电池的人对他们的研究成果不感兴趣,而Sony公司正好开发出储锂的碳材料,于是他们合作,就有了现在的锂离子电池。Co本来就贵,现在20%的Co都被用来做电池了,价格就更高了,老先生觉得要开发廉价的材料。

  这时候Michael Thackeray从南非来到了老先生的实验室,他介绍说他想做一些廉价的嵌Li材料,他研究过了Fe3O4的嵌锂。当时他还不认为尖晶石结构的材料能够有嵌Li的能力,不过他还看到了罗马的Bruno Scrosati在这方面的研究。于是他让Thackeray重复了实验。发现了嵌Li过程中尖晶石结构和rock-salt结构之间的相互转化。他们先研究的是LiMnO2的尖晶石结构,但是这个材料在电化学过程中发生相变,有Jahn-Teller效应……

  于是,老先生想到了早年的一些材料,具有稳定的骨架结构的聚阴离子型的材料。如硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐等等。在这个理论的指导下,他的学生Akshaya Padhi做出了LiFePO4,被University of Montreal的Michel Armand相中,他觉得这个材料和自己开发的电解质很匹配,于是联系上了Hydro-Quebec公司买下了这个专利。这个正极材料能够进行完全的充放电实验,并且廉价、对环境无污染。

  这个成果是在1994年做出来的,但是老人家在1986年接受了University of Texas的邀请,来到Austin,受到基金的资助,作为终身教授,他没有在67岁退休,至今仍然在工作,研究固体氧化物燃料电池等等。他说:I am an old tiger enjoying working here。

经典语录:

  I am a solid-state scientist.

  I have been better received in Europe than in the U. S.

  We have got to be the dog, not the tail; we will let the physicists be the tail,not the other way around.

  I have always been happy to receive good people who are funded by a home laboratory to which they will return.

  Research is productive not only when it produces a commercially viable end product,but also when it increases our understanding.

  I am not a typical material scientist concerned with problems of fabrication and manufacture of materials that have already been identified as suitable for a particular end use.That's why I consider myself a solid-state scientist more than a materials scientist.

  When I was younger, I was moved to wonder how the U. S. could best help the underdeveloped world to come into the technological age.

  I have now come to realize that providing the opportunity to come to our graduate schools and the transfer of manufacturing facilities to their countries is a much more efficient method of providing help.

  It breaks your heart to see the conditions under which so many people struggle for life.

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