埃姆斯国家实验室 Ames National Laboratory 箴言 创造材料与能源解决方案 "Creating materials and energy solutions" 创建时间 1947 研究性质 应用材料科学与工程 化学与分子科学 凝聚态物理和材料科学[ 1] 预算 $5.4 千萬美元(2016年)[ 2] 主任 亚当·斯瓦茨(Adam Schwartz) 员工数目 310(2016年)[ 1] 学生人数 149(2016年)[ 1] 位置 美国 爱荷华州 埃姆斯 实验室面积 8英畝 (3.2公頃)(2016年)[ 1] 主管机构 爱荷华州立大学 网页 Ames Laboratory
埃姆斯国家实验室 (英語:Ames National Laboratory ),旧称埃姆斯实验室 (英語:Ames Laboratory ),是美国能源部 下属的国家实验室 ,位于艾奥瓦州 的埃姆斯 ,附属于爱荷华州立大学 。实验室致力于新材料的设计、合成与制备 ;材料的表征 ;计算化学 ;凝聚体物理学理论 等方面的研究[ 3] 。实验室位于爱荷华州立大学的校园内。
2013年1月,美国能源部宣布在埃姆斯实验室建立关键材料研究所(Critical Materials Institute,CMI)以解决美国国内日益短缺的稀土金属 资源问题,以及发展其他与美国能源安全相关的材料[ 4] 。
历史
1940年代
1942年,弗兰克·斯佩丁 作为爱荷华州立学院(Iowa State College,爱荷华州立大学的前称)的稀土金属专家,主持成立了名为“埃姆斯计划”的科研项目[ 5] 。这个服务于曼哈顿计划 的项目旨在为原子弹 的研究提供大量高纯度的铀 。项目副总监哈雷·A·威尔亨姆 发展了一种新方法(后被称为“埃姆斯过程 ”)提纯铀[ 6] 。借助此提纯方法,埃姆斯计划为芝加哥1号堆 提供了约两吨的铀[ 7] ,占反应堆使用铀总量的三分之一。直至1945年,埃姆斯计划总计产出逾两百万磅(1000吨)铀供曼哈顿计划使用[ 8] 。
二战 结束后,埃姆斯计划获得了美国海军“E”杰出奖 的荣誉[ 9] ,表彰该计划在两年半的时间内,对重要战争物资——金属铀的工业化生产作出的杰出贡献。作为教育机构,爱荷华州立大学获得了这项一般只会颁发给企业的荣誉[ 10] 。埃姆斯计划中的其他关键成果还包括:
发展了一种可从金属废料中提取铀的工序[ 11] 。
大量生产了钍 。二战前每克钍的售价为5美元,而埃姆斯计划中生产的每克钍的价格最后下降为不到5美分[ 5] [ 12] 。
由于埃姆斯计划的成功,美国原子能委员会 于1947年5月17日[ 13] 正式建立了埃姆斯实验室。
1950年代
埃姆斯实验室有关稀土元素 的工作[ 14] [ 15] [ 16] ,让实验室取得了该领域内的一定声望。实验室的科学家也对核燃料 以及核反应堆 的结构材料进行了研究[ 17] 。为了把科研成果转化为工业上的应用,实验室的大部分设备都被用作大型工业化生产的模型,来进行稀土金属的生产试验与测试[ 18] 。
同时期的其他关键成果:
1960年代
由于在新材料的探索研究方面的需求,实验室的雇员数量在1960年代达到了顶峰[ 23] 。为了开展中子衍射 实验,实验室于1961年开始筹建一个五兆瓦的重水反应堆 ,并于1966年6月开始运行[ 24] [ 25] 。美国原子能委员会在埃姆斯实验室建立了一个稀土信息中心(Rare-Earth Information Center),为科研团体提供有关稀土金属与其化合物的各种信息[ 26] 。
同时期的其他关键成果:
发现了一种新的同位素:铜-69 [ 27] 。
修建了世界上第一个成功连接反应堆运作的同位素分离器 ——TRISTAN(Terrific Reactor Isotope Separator to Analyze Nuclei)[ 28] 。
实验室的物理学家成功生长了第一块大体积的固态氦 晶体,并借此测量了固态氦的热容[ 29] 。
1970年代
由于美国原子能委员会在1970年代被并入美国能源部 [ 30] ,有一些研究项目被关闭,又有一些新的研究项目被开启。美国联邦政府 重整合并了一些反应堆,导致埃姆斯实验室的反应堆于1977年被关闭[ 24] 。埃姆斯实验室开始着重于应用数学 ,太阳能 ,化石燃料 与污染 控制的研究。
同时期的其他关键成果:
1980年代
在1980年代,埃姆斯实验室以满足当地和国内的能源需求为目标开展了各项研究。化石燃料 研究着眼于如何更为清洁地燃煤 ;新技术被用于清理放射性废料 ;高性能计算 被加入到应用数学 和固体物理学 的研究项目中[ 18] 。此外,美国能源部在埃姆斯实验室建立了材料制备中心(Materials Preparation Center)[ 35] ,向公众提供新材料发展的相关信息。
同时期的其他关键成果:
1990年代
在新材料的开发研究中,埃姆斯实验室延续着自己将基础科研成果转化为工业应用的努力。实验室建立了可扩展 计算实验室[ 40] ,不但发展了并行计算 ,也为其他的科学家提供了廉价的计算资源。另外,研究者发现了第一个由非碳原子组成的富勒烯 [ 41] ;发展了一种DNA序列分析仪 ,比其他的同类仪器快24倍[ 42] 。
同时期的其他关键成果:
发展了 HINT 基准(benchmarking)技术,用于对不同量级的电脑的性能进行客观比较。源程序现存于楊百翰大學 的网站[ 43] 。
改进了高压气体雾化(high pressure gas atomization)的工艺,可将熔融金属转化为细颗粒的金属粉末[ 44] 。
发现了一种可应用于磁致冷 的新材料[ 45] 。
发展了一种高强度的无铅焊料 [ 46] [ 47] 。
发明了一种毛細管電泳 技术,可同时分析多种化学样品,在药品学 、遗传学 、医学 以及司法科学 中有实际应用。这项研究衍生产业(Research spin-off)催生的Combisep公司已经成功地商业化了该技术[ 47] 。
2000年代
发现了一种超高硬度 的硼-铝-镁合金 (boron-aluminum-magnesium alloy,BAM)。在泵 的叶片上加镀 一层 BAM 可减少摩擦,且提升耐磨性,大大提高了泵的工作效率[ 48] 。
实验室的材料制备中心(Materials Preparation Center)制备的材料被用于欧洲空间局 发射的普朗克卫星 上,其中的镧 -镍 -锡 合金被用于普朗克卫星的超低温冷却 系统中[ 49] 。
参与开发osgBullet。此软件通过实现三维实时模拟,可以帮助工程师设计各种复杂的系统,包括下一代發電廠 和高性能汽车。osgBullet于2010年荣获当年R&D 100大奖[ 50] 。
实验室的研究者们在光子晶体 的微波波段 观测到负折射 现象,使得实现可见光 波段的负折射材料和超透镜 的梦想更近了一步[ 51] 。
2011年至今
发展了一种可将热能转换为电能的新合金,转换效率比现有技术高出25%。此项新研究可在未来用于提高熱傳導發電機 的工作效率[ 52] 。
与韩国工业技术研究所 签订谅解备忘录,增进稀土元素研究的国际合作[ 53] 。
埃姆斯实验室的科学家丹·谢赫特曼 因准晶 的发现荣获2011年的诺贝尔化学奖 [ 54] 。
实验室的科学家使用气体雾化(Gas atomization)技术,将钛 粉的产率提高到传统方式的十倍有余。此项研究在美国下一代尖端能源创新者挑战(America’s Next Top Energy Innovator Challenge)中获奖[ 55] 。借助此技术成立的艾奧瓦州粉霧技術公司(Iowa Powder Atomization Technologies)于2014年被普莱克斯公司 接管[ 56] 。
对下一代铝-钙化合物供电传输线的研究。这种电线将会更轻,强度更强,且它的电导率 至少比现有的直流电输电线要高百分之十[ 57] 。
美国能源部于2013年下拨实验室资金1.2亿美元启动一个新的能源创新枢纽(Energy Innovation Hub)——关键材料研究所(Critical Materials Institute)的建设。研究所将集中精力寻找替代方案以减少美国对关键材料的依赖,从而引导美国工业向洁净高效的方向发展[ 58] 。
2014年,灵敏仪器研究设施(Sensitive Instrument Facility,SIF)开始动土。SIF将成为实验室现有的透射电子显微镜 以及其他的高精尖灵敏仪器的放置点,可以为设备提供隔绝振动、电磁以及其他类型扰动的环境[ 59] 。SIF 已于2016年5月6日正式落成[ 60] 。
添置了一台动态核偏振 (dynamic nuclear polarization,DNP)固态核磁共振波谱 仪。DNP-核磁共振可以帮助科学家理解单个原子是如何在材料中排列的。这是全美第一台被用于研究材料科学和化学的DNP-核磁共振仪[ 61] 。
2022年7月,于庆祝实验室建立75周年之际,实验室名称由先前的“埃姆斯实验室”改名为“埃姆斯国家实验室”。[ 62]
历届主任
#
主任
开始年份
结束年份
1
弗蘭克·斯佩丁(Frank Spedding)
1947
1968
2
羅伯特·漢森(Robert Hansen)
1968
1988
3
托馬斯·巴頓(Thomas Barton)
1988
2007
4
亞歷山大·金(Alexander King )
2008
2013
5
亞當·施瓦茨(Adam Schwartz )
2014
现任
相关著名科学家
参考文献
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外部链接
42°01′50″N 93°38′54″W / 42.0305°N 93.6482°W / 42.0305; -93.6482