«Способ, которым мы вырабатываем электроэнергию сегодня, загрязняет окружающую среду», сказал Генри, преподаватель машиностроения в Технологическом институте Джорджии. «Мое исследование, прежде всего, сосредоточено при преобразовании нас от основанной на ископаемом топливе инфраструктуры до возобновляемого – или солнечной инфраструктуры, таким образом, мы можем полагаться на возобновляемые формы энергии, которые не загрязняют мир вообще.«Я лично рассматриваю что как спасение мира».То, что делает подход Генри к энергетическим проблемам отличающимся от других инженеров, является его образованием в компьютерном моделировании атомного уровня.«Я понимаю различные процессы с точки зрения того, что продолжается на атомном уровне», сказал Генри. «Это позволяет мне развивать понимание и возможности для новых идей, которые отличаются от других, которые происходят из макроскопического уровня».
Его исследование в основном интересуется тем, как перенос тепла работает в самых маленьких весах.В октябре Генри издал результаты исследования аморфного кремниевого диоксида – обычно известный как стекло – по своей природе Научные Отчеты, которые ответили на давнюю тайну о повседневном материале: почему его теплопроводность повышается с температурой.Транспорт тепла в аморфном кремнии определен поведением фононов в материале. Фононы подобны электронам или фотонам, в этом они несут тепло, но вместо того, чтобы произойти из электромагнитной радиации или отрицательно зарядили субатомные частицы, они связаны с коллективными колебаниями атомов.
Ученые могут точно предсказать теплопроводность многих прозрачных материалов, используя выражения на основе широко используемой «модели газа фонона». Однако моделируя теплопередачу в аморфных материалах – те, которые испытывают недостаток в заказе и периодичности кристалла – более сложны.«В отличие от прозрачных материалов, где колебания становятся коллективными движениями, что акт как звуковые волны, в аморфных материалах, Вы получаете различные виды колебаний, большинство которых выглядят случайными, как основная структура», объяснил Генри. «Вы даже получаете маленькие, локализованные колебания, которые состоят из только десятков атомов».
Эти маленькие колебания, как было известно, существовали, но никто никогда не оценивал, сколько они вносят в теплопередачу.«Предположение было то, что они не способствуют вообще», сказал Генри. «Но что было удивительно, который мы нашли с нашим новым методом, был то, что в этом определенном материале, локализованные способы способствуют существенно».
Используя суперкомпьютер Панического бегства в Техасе Продвинутый Вычислительный центр – один из самых сильных в мире – Генри управлял моделированиями, которые захватили поведение локализованных колебаний как никогда прежде.Мало того, что результаты соответствовали результатам эксперимента, они нашли, что локализованные способы внесли больше чем 10 процентов в полную теплопроводность и в основном ответственны за увеличение теплопроводности аморфного кремния выше комнатной температуры.
«Эти вычисления, которые делаются, тяжелы на единственной машине. Вы ждали бы годы, чтобы получить ответ», сказал он. «Быть в состоянии сломать проблему в сотни или тысячи отдельных частей, которые бегут одновременно и делают это в широком масштабе параллельно, полностью позволяет».Теплопроводность стекла, оказывается, важна для энергоэффективности.
«Проценты двузначной цифры всего использования энергии в США связаны со стеклом», сказал Генри. «Главное место, Вы теряете тепло, через окна».Не только, что: аморфный кремний используется в солнечных батареях и большинстве полимеров – пластмассы – такие как используемые в личной электронике, состоят из аморфных материалов.Успехи Генри в завоевании атомных колебаний стекла происходили из-за развития нового способа изучить динамику фононов, с которыми он создал с Вэем Lv, докторант в его лаборатории, Известной как Green-Kubo Modal Analysis (GKMA), новый метод использует молекулярные моделирования динамики, чтобы более точно вычислить вклады, которые различные способы вибрации делают к тепловой проводимости.
В декабре 2016 Генри и Льв издали широкий анализ GKMA против модели газа фонона по своей природе Научные Отчеты. Их результаты убедительно предполагают, что модель газа фонона не применима к аморфным твердым частицам. Исследование поддержано частично КАРЬЕРНОЙ Премией Национального научного фонда (NSF).
Метод GKMA может быть применен к широкому спектру материалов, включая сплавы, другие аморфные твердые частицы и даже твердые молекулы.Понимание и точно моделирование этих систем могут привести к лучше, больше энергосберегающих форм повседневных материалов.
«Проект Асегуна – превосходный пример типа усилия, поддержанного NSF: основной, очень сложный, и все же потенциально подрывной к технической практике», сказал Хосе Лейдж, NSF Тепловой директор программы Процессов по транспорту. «Его усилие в центре одной из самых захватывающих новых областей исследования в тепловых транспортных процессах и уже затронуло наше понимание очень сложного технического явления».В конечном счете Генри надеется использовать понимание, которое он получил, чтобы определить и проектировать материалы с беспрецедентными свойствами – материалы, которые могут передать тепло намного более эффективно и потенциально даже материалы сверхпроводимости.«Мы на краю того, чтобы толкать наше сообщество заново продумать проблему теплопроводности и поведений деяния, чтобы достигнуть свойств, которые, как ранее думали, были невозможны», сказал он.Моделирования Sonifying
Ученые, как правило, понимают данные через графы и визуализацию. Но действительно ли возможно использовать звук, чтобы интерпретировать сложную информацию?
Генри полагает, что это, на основе его личного опыта, получающего понимание от записей атомных колебаний. Его усилия начались, когда он пытался понять результаты моделирования протянутой цепи полимера.
«Если Вы смотрите на данные, они похожи на белый шум», сказал Генри. «Мы решили к sonify данные, и как только мы слушали его, мы могли услышать образец».Генри, у которого есть знания в музыке, говорит, что это имеет смысл, учитывая естественные полномочия обработки аудио мозга.«Человеческое ухо лучше в распознавании образов, чем глаз», сказал Генри. «Если Вы взаимодействуете с органом, это лучше, Вы можете найти образцы, которые не очевидны».С тех пор он был sonifying колебания различных материалов как способ исследовать их значение.
«Когда Вы слушаете спикера, магнит делает те же самые движения, которые делает атом», сказал он.Превращение атомных свойств в звук может также быть эффективным способом заинтересовать студентов физикой и материаловедением.
Как часть его КАРЬЕРНОЙ премии NSF, Генри вел летнюю программу поддержки, где афроамериканец и женщины – студенты, учители музыки средней школы и ученики средней школы работают, чтобы преобразовать колебания атомов в звуковые файлы.Они произведут результаты для всей периодической таблицы и распространят их результаты через мобильное приложение, которое позволяет Вам слушать каждый элемент.Люди будут в состоянии использовать мобильное приложение, чтобы сделать музыку из этих звуков, обеспечивая новый способ для общественности изучить и ценить красоту химии.
«Подход использования sonification довольно общий и мог быть значащим для многих областей, поскольку это эксплуатирует основное свойство человека, слышащее против вида», сказал Генри. «Надо надеяться, наше заявление зажжет больше использования всюду по науке и разработке».