Zhong Lin (ZL) Wang ( chino :王中林; pinyin : Wáng Zhōnglín ; nacido en 1961 en Shaanxi , China ) es un físico estadounidense nacido en China, científico de materiales e ingeniero especializado en nanotecnología y ciencias de la energía. Recibió su doctorado de la Universidad Estatal de Arizona en 1987. Es la Cátedra Hightower en Ciencia e Ingeniería de Materiales y Profesor Regents en el Instituto de Tecnología de Georgia , EE. UU. [1]
Zhong Lin Wang | |
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王中林 | |
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Educación
- Licenciatura en Física Aplicada, Universidad de Xidian , Xi'an , China , 1982.
- Doctor. en Física, Universidad Estatal de Arizona , 1987.
Vino a los Estados Unidos para realizar estudios de posgrado a través del programa CUSPEA organizado por Tsung-Dao Lee .
Carrera profesional
Wang trabajó como profesor invitado en la Universidad de Stony Brook de 1987 a 1988. Después de trabajar como investigador durante el año siguiente en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Wang se incorporó al Laboratorio Nacional de Oak Ridge y al Instituto Nacional de Estándares y Tecnología como científico investigador de 1990 a 1994. Fue contratado por el Instituto de Tecnología de Georgia como profesor asociado en 1995; fue ascendido a profesor titular en 1999, profesor de Regents en 2004 y la cátedra Hightower en ciencia e ingeniería de materiales en 2010. Wang fue director del centro de Georgia Tech para la caracterización de nanoestructuras de 2000 a 2015. Es el director fundador, director y científico jefe del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Beijing, Academia de Ciencias de China desde 2012. [2]
Logros de investigación
Resumen de los logros de Wang
Wang ha realizado contribuciones originales y fundamentales a la síntesis, el descubrimiento, la caracterización y la comprensión fundamental de las propiedades físicas de las nanobandas y nanocables de óxido de zinc . [3] Fue el primero en reconocer y explotar el potencial de las nanoestructuras de ZnO para aplicaciones innovadoras en energía, sensores, electrónica y dispositivos optoelectrónicos. Sus descubrimientos y avances en el desarrollo de nanogeneradores han establecido el principio y la hoja de ruta tecnológica para recolectar energía mecánica del medio ambiente y sistemas biológicos para alimentar sensores móviles. [4] Dicha tecnología de energía y sensores puede encontrar aplicaciones en Internet de las cosas, interfaces hombre-máquina, robótica, inteligencia artificial y energía azul. [5] Encontró que el origen teórico de los nanogeneradores es la corriente de desplazamiento de Maxwell. [6] Su investigación sobre nanogeneradores triboeléctricos [7] y nanosistemas autoamplificados [8] ha inspirado esfuerzos mundiales en la academia y la industria para recolectar energía ambiental para micro-nano-sistemas, que ahora es una disciplina distinta en ciencia energética para sensores del futuro. redes e internet de las cosas.
Wang acuñó y fue pionero en los campos de la piezotrónica y la piezo- fototrónica mediante la introducción del proceso de transporte de carga con compuerta de potencial piezoeléctrico en la fabricación de transistores con apertura de tensión para nueva electrónica, optoelectrónica, sensores y ciencias energéticas. [9] El efecto piezotrónico y el efecto piezo-fototrónico descubiertos por primera vez por Wang tienen un impacto importante en la electrónica y la fotónica de los semiconductores de tercera generación. [10] [11] Los transistores piezotrónicos tienen aplicaciones en MEMS / NEMS inteligentes, nanorobótica, interfaz humana-electrónica y sensores.
El trabajo pionero de Wang sobre mediciones in situ de las propiedades mecánicas y eléctricas de un solo nanotubo / nanoalambre dentro de un microscopio electrónico de transmisión (TEM) abre un nuevo campo de nanomecánica para TEM, que fue lo que lo llevó a su trabajo fundamental sobre nanoestructuras de óxido [12] y las invenciones de varios dispositivos " nanogeneradores ". Su trabajo inicial sobre la dispersión inelástica en la difracción de electrones y la formación de imágenes establece la teoría de la formación de imágenes de campo oscuro anular de ángulo alto (HAADF) (el llamado contraste Z) en microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM). [13]
Wang es autor y coautor de 6 referencias científicas y libros de texto y más de 1500 artículos de revistas revisadas por pares ( 55 en Nature , Science y sus revistas familiares), 45 artículos de revisión y capítulos de libros, ha editado y coeditado 14 volúmenes de libros sobre nanotecnología. y poseía más de 60 patentes estadounidenses y extranjeras. Su cita de académico de Google se puede encontrar en [1] . Su cita de Google Scholar es de más de 231.000 con un índice h de más de 236. Wang ocupa el puesto número 1 en los perfiles públicos de Google Scholar en Nanotecnología y Nanociencia tanto en citas totales como en impactos del índice h: [2] ; en Investigadores altamente citados (h> 100) según sus perfiles públicos de citas académicas de Google, Wang ocupa el puesto número 21 en todos los campos: [3] . Wang ocupa el puesto número 15 entre 100.000 científicos en todo el mundo en todos los campos: [4] . La clasificación se hizo con base en seis métricas de citas (citas totales; índice h de Hirsch; índice hm de Schreiber ajustado por coautoría; número de citas de artículos como autor único; número de citas de artículos como autor único o primer autor; y número de citas a artículos como autor único, primer o último autor).
Las principales contribuciones científicas de Wang
1. Ciencia y tecnología de nanogeneradores:
1.1 Inventó nanogeneradores piezoeléctricos y fue pionero en el campo de los sistemas autoamplificados . El primer informe sobre los nanogeneradores piezoeléctricos fue realizado por el Prof. Wang en 2016. [4] La electricidad se generó recolectando energía mecánica utilizando matrices de nanocables de ZnO. Introdujo por primera vez las áreas de nanoenergía y sistemas autoamplificados en 2006. Estas áreas de estudio conducen a la creación de nanomateriales y nanodispositivos. Son una captación de energía altamente eficiente del medio ambiente. Estos dispositivos tienen aplicaciones esenciales en redes de sensores, electrónica móvil e Internet de las cosas.
1.2 Nanogeneradores triboeléctricos inventados para la recolección de energía distribuida. Antes de la invención de los nanogeneradores triboeléctricos (TENG) por el profesor Wang en 2011, [14] la recolección de energía mecánica se basa principalmente en el generador electromagnético (EMG) inventado por primera vez por Faraday en 1831. El EMG es más eficiente para movimientos mecánicos de alta frecuencia. , como más de 10–60 Hz, porque a baja frecuencia, las salidas de EMG son bastante bajas. La energía regulada y de alta calidad a alta frecuencia juega un papel importante en la construcción de nuestro sistema energético actual. Sin embargo, la energía distribuida se vuelve cada vez más importante, porque la era ha entrado en el Internet de las cosas y la inteligencia artificial. Los TENG han mostrado ventajas obvias sobre el EMG en la recolección de energía mecánica de baja frecuencia del medio ambiente. La conversión de energía basada en TENG se basa en la electrificación por contacto y los efectos de inducción electrostática, y la eficiencia puede alcanzar el 50–85%. [7] [15] [16] [17] [18] [19] La densidad de potencia de salida máxima obtenida hasta ahora es de hasta 500 W / m 2 . [19] Los TENG pueden recolectar energía de muchos tipos de fuentes y tienen aplicaciones importantes en sistemas autoamplificados para electrónica portátil, biomedicina, monitoreo ambiental e incluso energía a gran escala. Por eso, al Prof. Wang se le conoce como el padre de los nanogeneradores.
1.3 Célula híbrida desarrollada. En la práctica, el funcionamiento sostenible del dispositivo generalmente no se puede lograr mediante la captación de un solo tipo de energía. Wang propuso por primera vez la idea de cosechar simultáneamente dos o más tipos diferentes de energía mediante el uso de un dispositivo. En 2009, Wang se dio cuenta de la idea en los experimentos, donde se desarrolló una celda híbrida para recolectar la energía mecánica y solar. [20] Además de múltiples tipos de energía, la celda híbrida también incluye el caso de utilizar dos enfoques diferentes para recolectar el mismo tipo de energía.
1.4 Construyó el primer nanogenerador piroeléctrico. El efecto termoeléctrico es un efecto físico que aplica el gradiente de temperatura a lo largo de un material termoeléctrico para generar electricidad. Y en un material piezoeléctrico, la variación temporal de la temperatura también puede causar la polarización para la conversión de energía, que es el efecto piroeléctrico. En 2012, basado en el efecto piroeléctrico, Wang construyó por primera vez el primer nanogenerador piroeléctrico. [21]
1.5 Acuñó el campo de la energía azul. Se ha demostrado que los TENG inventados por Wang son capaces de recolectar la energía de las olas del agua a baja frecuencia. Sin embargo, utilizando la tecnología EMG tradicional, es casi imposible en la práctica. En 2014, Wang propuso la idea de la energía azul, en la que se utilizan millones de unidades TENG para formar una red TENG flotando en la superficie del agua para la recolección de energía de las olas a gran escala. [22] Dicha fuente de energía ha presentado ventajas obvias en relación con otras fuentes de energía, porque tiene poca dependencia de las condiciones meteorológicas y climáticas. Si una unidad TENG puede generar una potencia de 10 mW, se predice teóricamente que la potencia total para el área igual al tamaño del estado de Georgia y 10 m de profundidad de agua será de 16 TW, lo que puede satisfacer las necesidades energéticas del mundo. Esta iniciativa abre el nuevo capítulo de la energía azul a gran escala. [23]
1.6 Estableció la teoría de los nanogeneradores a partir de la corriente de desplazamiento de Maxwell . En 1861, Maxwell propuso el término principal ε𝜕𝑬 / 𝜕𝑡 de la corriente de desplazamiento de Maxwell, lo que llevó al surgimiento de la onda electromagnética en 1886. La onda electromagnética sienta las bases de la comunicación inalámbrica, el radar y más tarde la tecnología de la información. Wang agregó el segundo término 𝜕 𝑃 𝑠 / 𝜕𝑡 en la corriente de desplazamiento de Maxwell para los casos en que la polarización de la superficie está presente, [6] que representa la polarización introducida por efectos no relacionados con el campo eléctrico, como los efectos piezoeléctricos y triboeléctricos. Los nanogeneradores son la tecnología dominada por la corriente de desplazamiento de Maxwell, que ilumina las aplicaciones de la corriente de desplazamiento de Maxwell en campos de energía y sensores. [5] Se muestra que el EMG se basa en la variación temporal del campo magnético B , mientras que el nanogenerador se basa en la variación temporal del campo de polarización superficial 𝑃 surface . Además, se ha demostrado que el nanogenerador tiene aplicaciones asesinas en la recolección de energía mecánica irregular de baja frecuencia en nuestra vida diaria.
1.7 Unificó los orígenes de la electrificación por contacto. Durante décadas, los científicos han debatido sobre la identidad de carga y los mecanismos de electrificación por contacto (CE o triboelectrificación), si se debe a la transferencia de especies de electrones, iones y / o materiales. Recientemente, Wang concluyó que la transferencia de electrones es el mecanismo dominante de CE entre pares sólido-sólido. [24] [25] Por lo general, cuando la distancia interatómica entre los dos materiales es más corta que la longitud de enlace normal (típicamente ~ 0.2 nm), que está en la región de las fuerzas repulsivas, la transferencia de electrones puede ocurrir. Recientemente, Wang propuso un modelo genérico para la CE, [26] y reveló que la transición de electrones entre los átomos / moléculas es inducida por una fuerte superposición de nubes de electrones (o superposición de funciones de onda) entre los dos átomos / moléculas en la región repulsiva, porque la barrera del potencial interatómico se puede reducir. La fuerza de contacto / fricción puede mejorar la superposición de la nube de electrones (o la función de onda en física, la unión en química). Este modelo puede extenderse aún más a los casos de líquido-sólido, líquido-líquido e incluso gas-líquido. Basado en el modelo genérico, Wang ha propuesto recientemente un nuevo proceso para formar una doble capa eléctrica entre líquido y sólido.
1.8 Fue pionero en las ideas de energía para la nueva era y entropía para la utilización de energía. Cuando entramos en la nueva era de Internet de las cosas, redes de sensores, big data, robótica e inteligencia artificial, se necesitan en gran medida miles de millones de fuentes de energía pequeñas, móviles y distribuidas. Es imperativo darse cuenta de la "autoalimentación", debido a las principales desventajas de las baterías. Wang propuso la idea de "energía para la nueva era" en 2017 para distinguir las fuentes de energía distribuidas de la nueva energía conocida. [5] Recientemente, Wang propuso la teoría de la entropía de la distribución y utilización de la energía para la era del Internet de las cosas. [27] La energía "ordenada" transmitida desde las centrales eléctricas se utiliza para resolver las aplicaciones "ordenadas" para sitios fijos y parte de las aplicaciones de energía distribuida "desordenada", mientras que la energía "desordenada" obtenida del medio ambiente es principalmente para resolver aplicaciones distribuidas. . Esta es una nueva orientación de campo para la recolección de energía.
2. Piezotronics y piezo-fototronics de semiconductores de tercera generación
2.1 Descubrió el efecto piezotrónico y acuñó el campo de la piezotrónica . Al aplicar una tensión sobre un material con una estructura cristalina no centrosimétrica, se puede producir un potencial piezoeléctrico (piezopotencial) debido a la polarización de iones. Para un nanoalambre de ZnO, la altura de la barrera de Schottky entre el nanoalambre y su contacto metálico puede ajustarse eficazmente mediante el campo interno creado. Para que el proceso de transporte del portador de carga a través de la interfaz se pueda ajustar y controlar de forma eficaz. Tal fenómeno se denomina efecto piezotrónico , que fue descubierto por primera vez por el profesor Wang en 2007. [28] Wang ha desarrollado los transistores de efecto de campo piezoeléctrico, diodos piezoeléctricos y operaciones lógicas de apertura de tensión aplicando el efecto piezotrónico. Luego se acuñó el campo de la piezotrónica , [11] que representa la electrónica en la que el piezopotencial actúa como un voltaje de puerta. Basado en la piezotrónica, el diseño del transistor CMOS tradicional se puede cambiar esencialmente. Primero, el transistor piezotrónico no puede tener un electrodo de puerta. En segundo lugar, un piezopotencial interno desplaza el voltaje de puerta aplicado, y la tensión aplicada se usa para controlar el dispositivo en lugar del voltaje de puerta. En tercer lugar, el contacto en la interfaz de drenaje (fuente)-nanocables controla el transporte del portador de carga en lugar del ancho del canal. Recientemente, Wang también demostró por primera vez el efecto piezotrónico en materiales 2D. [10] Los piezotronics encontrarán aplicaciones importantes y amplias en la interfaz hombre-computadora, MEMS inteligentes, nanorobóticos y sensores en el futuro.
2.2 Descubrió el efecto piezo-fototrónico y acuñó el campo de la piezo-fototrónica. Cuando se aplica una tensión, el piezopotencial creado por las cargas de polarización de la interfaz puede sintonizar en gran medida la estructura de la banda local y cambiar la zona de agotamiento de la carga en una unión pn. La separación o recombinación de los portadores de carga en la unión se puede mejorar de manera efectiva cuando se excitan con fotones. Tal fenómeno se denomina efecto piezo-fototrónico , descubierto por primera vez por Wang en 2009, [29] en el que los procesos optoelectrónicos son sintonizados y controlados por el piezopotencial creado. Utilizando este efecto, Wang ha informado de matrices de sensores de presión / fuerza basadas en LED de nanocables individuales, que pueden mapear la tensión a una alta resolución y densidad [30] y mejorar enormemente la eficiencia de los LED. [31] [32] Este efecto, como un nuevo efecto de la física, encontrará aplicaciones importantes para mejorar el rendimiento de los dispositivos optoelectrónicos.
2.3 Descubrió el efecto piezofotónico
Wang predijo teóricamente por primera vez el efecto de emisión de fotones inducido por piezoeléctrico (efecto piezofotónico) en 2008. [33] La fotoemisión puede ocurrir, como resultado de la caída de las cargas atrapadas desde los estados de vacante / superficie a la banda de valencia, bajo la existencia del potencial piezoeléctrico . Tal efecto ha sido observado y verificado experimentalmente en su trabajo posterior. [34]
2.4 Tribotrónicos iniciados
Similar al uso de un potencial piezoeléctrico para controlar el transporte de portadora en un dispositivo semiconductor, el potencial triboeléctrico también se puede usar como voltaje de puerta de un dispositivo FET. Este es un nuevo enfoque para transformar el movimiento biomecánico en un control electrónico, lo que resulta en el surgimiento de un nuevo campo llamado tribotrónico. [35] Hasta ahora, se han fabricado diferentes tipos de dispositivos funcionales tribotrónicos, como el interruptor táctil tribotrónico, la memoria, el sensor de hidrógeno y el fototransistor.
3. Crecimiento y comprensión de las nanoestructuras de ZnO.
Los nano cinturones son un nuevo tipo de nanoestructura 1D formada por varios óxidos semiconductores que tienen diferentes cationes y estructuras cristalográficas. El primer artículo sobre los nano cinturones de óxido publicado en Science es uno de los 10 artículos más citados en ciencia de materiales en la última década. [3] Ha sentado las bases para otras investigaciones posteriores. El ZnO se ha convertido en un tipo de material que tiene la misma importancia que los nanocables de Si y los nanotubos de carbono. Wang ha liderado el estudio de nanoestructura de ZnO en el mundo desde 2000.
4. Nanomedidas in situ en TEM.
Las caracterizaciones de las propiedades físicas de los nanotubos de carbono, que están influenciadas por la pureza de la muestra y la distribución del tamaño de los nanotubos, generalmente se llevan a cabo mediante microscopía de sonda de barrido. En 1999, Wang y sus colaboradores desarrollaron una serie de técnicas únicas basadas en la microscopía electrónica de transmisión (TEM) para medir las propiedades de los nanotubos individuales, incluidas las mecánicas, eléctricas y de emisión de campo. Mediante el uso de la técnica TEM in situ, se pueden observar directamente las estructuras cristalinas y superficiales del material a resolución atómica, y también realizar mediciones de propiedades a nanoescala. [36] Wang demostró una técnica de nanobalanza y un enfoque novedoso hacia la nanomecánica, [37] considerado como el gran avance en nanotecnología en 1999 por APS. Se abrió un nuevo campo de nanomedidas in situ en ciencia y mecánica de materiales.
5. Teoría de la dispersión inelástica en imágenes y difracción de electrones.
Wang ha realizado contribuciones originales para comprender la dispersión inelástica en la difracción de electrones y la formación de imágenes. Su libro de texto sobre dispersión elástica e inelástica en la difusión de imágenes y electrones (Plenum Press, 1995) [13] se considera "un logro notable y una valiosa contribución a la literatura" ( American Scientist , 1996). En la microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM), el campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF) (denominado contraste Z) está dominado por la dispersión térmica difusa (TDS), que es revelada por Wang. Y la teoría dinámica para incluir TDS en la simulación de imágenes de HAADF fue propuesta por primera vez por Wang. [38]
Premios y honores
Wang ha recibido numerosos honores y premios. Estos incluyen: Premio Mundial de Ciencias Albert Einstein , otorgado por el Consejo Cultural Mundial (2019); Premio de la conferencia Diels-Planck 2019 ; Premio ENI 2018 en Energy Frontiers (el premio 'Nobel' de energía); American Chemical Soc. Autor más prolífico de la publicación (2017); Premio Global de Nanoenergía (2017), The NANOSMAT Society, Reino Unido (2017); Premio a la Investigación Distinguida, Fundación Pan Wen Yuan (2017); Premio al Logro Destacado en Innovación en Investigación, Georgia Tech (2016); Premio al Científico Distinguido de la Asociación de Investigación de Universidades del Sureste (EE. UU.) (2016); Premio Thomson-Reuters Citation in Physics (2015); [39] Premio de profesor distinguido (el más alto honor de la facultad en Georgia Tech) (2014); Premio NANOSMAT (Reino Unido) (2014); Premio de Colaboración Internacional en Ciencia y Tecnología de China (2014); Premio Mundial de Tecnología (Materiales) (2014); El Premio James C. McGroddy de Nuevos Materiales de la Sociedad Estadounidense de Física (2014); Cátedra ACS Nano (2013); Premio Edward Orton Memorial Lecture, American Ceramic Society (2012); Medalla MRS de la Materials Research Society (2011); Premio Purdy, American Ceramic Society (2009); Conferencia Distinguida John M. Cowley, Universidad Estatal de Arizona (2012); NanoTech Briefs, premio Top50 (2005); Premios Sigma Xi a la investigación sostenible, Georgia Tech (2005); Premio al autor de investigación destacado de la facultad de Georgia Tech (2004) Premio ST Li por logros distinguidos en ciencia y tecnología (2001); Premio al Autor de Investigación Sobresaliente, Georgia Tech (2000); Medalla Burton, Sociedad de Microscopía de América (1999).
Wang fue elegido miembro extranjero de la Academia China de Ciencias en 2009, miembro de la Academia Europea de Ciencias en 2002, académico de la Academia de Sinica (Taiwán) 2018, miembro internacional de la Academia Canadiense de Ingeniería 2019; miembro de la American Physical Society en 2005, miembro de la AAAS en 2006, miembro de la Materials Research Society en 2008, miembro de la Microscopy Society of America en 2010, miembro de la World Innovation Foundation en 2002, miembro de la World Technology Network en 2014 y miembro de la Real Sociedad de Química . Las innovadoras investigaciones de Wang en los últimos 15 años han sido ampliamente cubiertas por más de 50 medios como CNN , Reuters , Georgia Tech News y videoconferencias de YouTube. [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] Wang es el editor fundador y editor en jefe de una revista internacional Nano Energy con un factor de impacto de 15,548. [47] Las citas de su investigación y el índice h se pueden encontrar en. [48] [49] Wang es miembro del Consejo Asesor del recientemente lanzado Veruscript Functional Nanomaterials . [50]
Referencias
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enlaces externos
- Sitio web del grupo de investigación de Wang
- Publicaciones de Zhong Lin Wang indexadas por Google Scholar
- Sitio web de Wang en el Instituto de Tecnología de Georgia