在袋熊的帮助下从水泥到电池

凡妮莎·彼得森她刚满40岁，但已经在先进材料分析方面建立了良好的声誉，她利用中子散射来探测材料的结构和动力学，从而了解它们的功能。她对方法开发和研究应用都感兴趣，是一个有才华的科学传播者:她获得了许多奖项之一，a青年高罂粟科学奖澳大利亚政策与科学研究所(Australian Institute of Policy and Science)对交流和研究给予同样的奖励。

彼得森以博士学位开始了她的职业生涯悉尼科技大学研究水泥的化学成分，这并不像听起来那么枯燥。一般来说，水泥是无机粉末，凝固时会变硬，将其他材料粘结在一起。一些干水泥粉的原子级结构仍然未知，即使是经验丰富的结构科学家也在努力取得进展。她说:“当我开始用粉末衍射法观察水泥结构时，我明白了两件事:我们目前对它的描述是不正确的，以及它有多么复杂。”

她攻读博士学位的初衷是利用x射线探索材料的原子结构与其性质之间的联系。“我对这个结构的近似模型不满意”，她回忆道。她找到了第三位导师，Brett Hunter——中子粉末衍射专家——他们使用Rietveld方法更详细地研究了水泥粉末的结构，结合了中子、实验室x射线和同步加速器x射线衍射的数据。她补充说:“这让我明白，找到正确的方法和专业知识是多么重要。”“布雷特和我发现，研究材料的详细结构可以让我们对它们的功能有新的认识。”

在悉尼获得短暂的博士后学位后，她前往美国国家标准与技术研究所(Nist)中子研究中心。在21世纪初，布什政府投入了大量资金用于氢储存。他说，人们曾设想未来以氢为基础;这一切都有点像儒勒·凡尔纳，”她回忆道。但这一愿景为研究储存氢气的材料提供了资金，她在那里的时间增加了她对多孔材料特性的兴趣。

我们往往不会认为袋熊特别快，但它们可以跑得比尤塞恩·博尔特快

她在Nist工作两年后回到澳大利亚，是因为悉尼附近正在建造一个强大的中子设施的消息。“我很幸运地获得了悉尼大学的短期博士后学位，这让我在竞争悉尼大学的职位时很有竞争力澳大利亚核科学技术组织(Ansto)当中子衍射仪器在那里上线时，”她说。她目前在安斯托的大部分工作都使用袋熊它的名字很吸引人，叫中子粉末衍射仪。几乎所有的大型仪器都以澳大利亚动物群命名:第二种粉末衍射仪是针鼹，还有其他仪器叫做鸭嘴兽、鸸鹋和太盘。

她在中子粉末衍射研究的头几年花了一周的时间来获得一个衍射图案，而在袋熊实验中同样的过程只需要几秒钟，两者之间的对比仍然让她感到震惊。她说:“我们通常不会认为袋熊跑得特别快，但它们跑得比博尔特还快。”“我们的袋熊在安装时是世界上同类乐器中速度最快的，今天仍然如此。由于它的工作速度非常快，可以用来实时观察原子分辨率的结构。”

彼得森现在正在使用中子粉末衍射来研究存储、传输和传递能量的功能能材料。化石燃料有许多缺点，但与大多数可再生能源不同的是，它们便于携带。但社会需要廉价、安全的方法来储存和运输绿色能源。彼得森正在使用实时中子粉末衍射来了解可充电电池电极的原子结构，以及在充放电的非平衡条件下原子结构是如何变化的。¹

锂离子电池是一种最常见的可充电电池，它已经彻底改变了我们的生活。每部手机都有这样的电池，但电池的充电时间有限，这就使得电池的用途仍然有限:例如，它们不适合用于太空或军事用途。锂也相对稀少;用钠(地球上含量第六多的元素)取代它，将大幅降低电池价格，同时为改善其他性能提供空间。彼得森的中子衍射实验使得钠离子电池原型中的电极的原子级结构和机制可以直接与锂离子电池中的电极进行比较。

那么，彼得森接下来要做什么?中子粉末衍射是监测和理解功能材料结构变化的理想技术，该技术为她的团队在未来几年提供了大量工作。