化学教授利用435,001美元的NSF资助从头开始构建材料
Jason Green将通过开放科学计算笔记本分享工作成果
化学副教授杰森·格林（Jason Green）和他的研究小组正在研究如何利用化学反应，使分子自行组装成动态的、有反应的材料。格林说，你想要这样做的原因有很多。
格林解释说，动态或“活性”材料有许多潜在的应用，从生物分子传感器到药物输送系统。这些材料可以根据环境的温度或pH值调节结构，甚至可以在受损时自我修复。这些属性使它们非常适合这些应用程序。
“但是，为了充分实现这种可能性，我们需要更好地了解化学反应如何影响材料结构的形成和破坏，并寻找随时间推移控制这些过程的方法。”绿色表示。“我们的第一个目标是发展数学理论来预测材料的结构、寿命和产量，当化学反应是材料存在与否的原因时。最终目标是建立一个理论，直接从已知的分子特性中实现这一目标。”
格林是美国国家科学基金会（NSF）一项为期三年的435,001美元资助的第一年。到2022年5月拨款结束时，他希望能够开发出数学方程和计算方法，连同计算机代码，预测系统将采取的途径，以组装特定的结构。
“当材料组装时，它遵循特定的路径，就像分子‘构建块’排列和组织自己一样。我们的理论以这些路径为中心，”格林说。“了解这些路径对能源和原子效率非常重要。但是，仍然有许多基本问题。例如，用我们想要的结构来制造材料的最有效的方法是什么？为了回答这样的问题，我们使用计算机模拟并建立可以通过实验研究的系统模型。”
格林希望招募更多的本科生与他一起开发用Python编程语言编写的开放科学计算笔记本，并包含公开可用的、与实验相关的模型，用于组装这些动态材料。
“当我们找到科学问题的答案时，我们将把它们移植到演示这个想法的计算笔记本上。我们将把它们发布到网上，这样其他人就可以跟进了。”“这是一种接触到我们可能没有的受众的方式，但也纳入了本科生研究人员，让他们熟悉我们试图解决的问题类型。”
格林说，耗散或动态自组装作为一种合成复杂材料的简单技术具有实用的前景。
“我们感兴趣的活性材料需要能量供应才能存在。我们感兴趣的是储存在化学键中的能量是如何被用来形成物质结构的。然而，当物质形成时，其中一些能量就消散了。因此，我们也对能量如何从一种形式转化为另一种形式并以热量的形式损失的机制感兴趣。”格林说。“我们能否以一种节能的方式制造出一种具有我们想要的精确结构、性能和寿命的材料？”
这是格林在麻省大学波士顿分校的第八年。
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