R&D 100 Awards バークレー研究所のイノベーションを表彰

米国エネルギー省 (DOE) のローレンス バークレー国立研究所 (バークレー研究所) の 4 つの革新的な技術が、2023 R&D 100 Award を受賞しました。 この賞は、R&D Magazine によって授与され、独立した審査員団によって選出され、産業界、学界、政府が支援する研究からその年の最も革新的かつ破壊的なテクノロジー製品 100 品を表彰します。 今年初めて、R&D Magazine は個人とチームにプロフェッショナル賞を授与しました。 この新しい部門では、Ashok Gadgil が 2023 年度 R&D リーダー オブ ザ イヤー賞を受賞し、エネルギー管理システム チームが 2023 年度 R&D チーム オブ ザ イヤーを受賞しました。

バークレー研究所の受賞技術は、研究ツールを改善し、グリーン水素を生成し、材料発見のためのソフトウェアツールを提供し、電気自動車の充電ステーションの将来を解明します。 優勝チームは、2023 年 11 月 16 日にサンディエゴで開催される R&D 100 祝賀晩餐会で祝われます。

以下にテクノロジーについて説明します。

次世代の量子技術の構築は、新しい材料がナノスケールでどのように機能するかを理解することから始まります。 電子分光法や顕微鏡ツールを使用すると、研究者はこれらの材料の構造と組成を「見る」ことができますが、その分解能は、プローブ電子ビームの「エネルギー広がり」と呼ばれる現象によって妨げられます。 バークレー研究所の研究者は、この影響を 10 ～ 20 分の 1 に軽減する新しい電子エミッターである Cryo-FE を発明しました。 このデバイスは、頂点で形成される共鳴量子状態と極低温を利用して、前例のない狭いエネルギー分布を持つ電子ビームを生成する超伝導ナノチップで構成されています。 Cryo-FE の放出は、印加電場によって調整することができ、現在利用可能な最高の技術を上回る、極めて単色で明るくコヒーレントな電子ビームを実現します。 この進歩により、材料科学における新たな発見や、分光法や顕微鏡用の新しい高解像度ツールが可能になります。

開発はAlexander StiborとCameron Johnsonによって行われました。

新しい燃料としての水素は、経済の脱炭素化と環境への影響の削減に不可欠です。 しかし、水素を生成する多くのプロセスでは、既知の温室効果ガスである二酸化炭素 (CO2) も生成されます。 バークレー研究所の研究者チームは、CO2を排出せずに水素と炭素を生成するメタン熱分解と呼ばれるプロセスを改良した。 研究者らは、メタン熱分解用の三元液体金属触媒を開発しました。 同社の新しい「マルチ触媒」は、穏やかな温度 (450 ～ 800 ℃) でのメタン熱分解において、高効率、選択性、耐久性を同時に実現できました。 最も重要なことは、この新しい触媒は非貴金属元素を使用して簡単に製造できるため、産業用途に拡張性とコスト効率の両方が優れているということです。 この技術は米国特許出願 (クリーンな水素製造のための均質三成分液体金属システム – 知的財産局) として提出され、核となる科学的理解がサイエンス誌に受理されました。

Ji Su が率いる開発チームには、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、Jeng が含まれます。 -ルン・チェン

マイクロエレクトロニクスから環境汚染に至るまで、走査型透過電子顕微鏡 (STEM) を使用すると、研究者は原子スケールの構造を特徴付けることができます。 新世代の 4 次元 STEM (4D-STEM) 検出器は、局所構造、位相、配向、変形などの材料特性に関する情報が満載された数百万枚の画像のデータセットを生成します。 これは豊富な情報ですが、分析するのが難しい問題でもあります。 バークレー研究所の科学者は、この豊富な情報を活用するために、いくつかの分析ツールと深層学習アルゴリズムを組み合わせたソフトウェア ツールを開発しました。 py4DSTEM と呼ばれるオープンソース ソフトウェア ツールを使用すると、ユーザーはさまざまな特性評価モードを選択でき、効果的な分析のための道筋が提供されます。 この新しいツールを使用すると、研究者は次世代技術のための材料の研究を加速できます。