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2019年10月10日 星期四
在锂离子电池研发领域作出贡献
三名科学家 分享诺贝尔化学奖


2019年诺贝尔化学奖新闻发布会现场

    瑞典皇家科学院9日宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。

    据诺贝尔化学奖评选委员会介绍,轻巧、可充电且能量强大的锂离子电池已在全球范围内被应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等各种产品,并可以储存来自太阳能和风能的大量能量,从而使无化石燃料社会成为可能。

    上世纪70年代,惠廷厄姆发现了一种能量丰富的材料,这种由二硫化钛制成的材料可以嵌入锂离子,所以可被用作锂电池中的阴极。古迪纳夫推测,如果用金属氧化物来替代金属硫化物制造阴极,电池将具有更大的潜力。经过系统研究,他在1980年证明了嵌入锂离子的氧化钴可以产生4伏的电压。

    在古迪纳夫研制出的阴极基础上,吉野彰1985年开发出了首个接近商用的锂离子电池。他并未使用活泼的金属锂做阳极,而是使用了焦炭,这种碳材料可以像氧化钴一样提供容纳锂离子的空间。锂离子在阴阳极之间运动产生电流。

    一个轻巧耐用、在性能下降前可充放电数百次的电池由此产生。自1991年首次进入市场,锂离子电池彻底改变了人们的生活。这种电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础,对人类具有极大益处。

    值得一提的是,三位科学家均已70岁以上。其中,1922年出生、现任教于美国得克萨斯大学奥斯汀校区的古迪纳夫已97岁,打破了诺贝尔奖获得者的最大年龄纪录。三人中年龄最小的日本旭化成公司名誉研究员吉野彰今年也已71岁。

    吉野彰在发布会的电话连线中说,“好奇心是驱使我开展研究的动力”,气候变化是当今非常严峻的挑战,锂离子电池能为解决这一问题提供很大帮助。

    今年诺贝尔化学奖奖金共900万瑞典克朗(约合91万美元),将由三名获奖科学家平分。

    成果解读

    寻找地球“近亲” 解码宇宙“成长日记”

    2019年诺贝尔物理学奖获得者“改变了我们对宇宙的看法”

    茫茫宇宙,我们从哪里来?宇宙中还有没有其他类似地球的星球也演化出生命?因为对这两个基本问题的探索成就,三名科学家分享了2019年诺贝尔物理学奖。

    瑞典皇家科学院8日发布新闻公报说,来自美国的詹姆斯·皮布尔斯因宇宙学相关研究获奖,来自瑞士的米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹因首次发现太阳系外行星获奖,今年的获奖者改变了我们对宇宙的看法,帮助“我们理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置”。

    地球之外是否还有生命?

    公报说,皮布尔斯对宇宙学的洞见丰富了整个领域的研究,成为当代宇宙学的基础。马约尔和奎洛兹探索了我们宇宙邻域的未知行星,他们的研究指向一个永恒的问题:地球之外是否还有生命存在?

    许多科学先驱都曾预言,满天繁星中,一定有许多恒星也拥有绕它们旋转的行星。然而那些行星距地球太过遥远,所反射的光又太过微弱,想要“看”到它们并不容易。

    直到1995年,马约尔和奎洛兹基于恒星会因行星引力变化而产生微小摆动的理论,才宣布首次在太阳系外发现一颗行星。这颗绕着约50光年外飞马座内类日恒星“飞马座51”运转的行星被命名为“飞马座51b”,它是一颗与太阳系最大行星木星相仿的气态行星。这项成果发表在国际著名学术刊物《自然》上。有人认为这颗行星的发现为人类寻找宇宙中的伙伴带来了新希望;也有人称马约尔和奎洛兹为“新世界的发现者”,认为这一发现堪比哥伦布发现新大陆。

    “飞马座51b”的发现点燃了系外行星探索的“星星之火”。得益于各类观测技术的突飞猛进,迄今科学家们在银河系发现的行星数量已超过4000颗。各种各样的新天体仍在不断被发现,其大小、形状、轨道之丰富令人难以置信。它们挑战了我们对行星系统的已有认识,迫使科学家们修正行星起源理论。

    我们从哪里来?

    人类还有一个永恒命题就是“从哪里来”。正是以皮布尔斯为代表的一批科学家从上世纪60年代开始奠定的基础,让宇宙学成为一门现代科学,并迎来了长达50年的“黄金时代”。

    皮布尔斯不断完善他提出的理论框架,最终帮助塑造了我们对于大爆炸以来宇宙形成和演化的基本认知。

    大约140亿年前,宇宙在大爆炸之初是炙热而密实的。自那以后,宇宙开始不断扩张、变冷。大爆炸约40万年以后,宇宙开始变得“透明”,光线得以穿梭其中。就在这早期辐射中,记录着关于宇宙诞生和演化的秘密。

    利用他创建的理论工具和运算方法,皮布尔斯将宇宙诞生之初留下的“蛛丝马迹”成功“解码”。根据他的理论可以推算出,宇宙中95%都是神秘的暗物质和暗能量,而我们通常观测到的普通物质只占5%。

    如今,暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性课题之一。了解暗物质才有机会深入认识浩瀚宇宙及其起源。因此,全球科学家长期以来一直孜孜不倦地寻找暗物质,并启动了许多相关大型实验项目,如阿尔法磁谱仪、大型强子对撞机等。

    2015年升空的中国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”也被寄予厚望。中国项目团队近日在美国《科学进展》杂志上公布第二批科学成果,“悟空”在国际上首次利用空间实验精确绘出高能质子宇宙射线能谱,并观察到能谱新结构,有助于“捕捉”暗物质。

    幕后故事

    诺奖获得者

    曾经也是懒学生?

    德媒刊登诺贝尔医学奖得主小传

    斯德哥尔摩诺贝尔奖委员会10月7日上午宣布,威廉·凯林、格雷格·塞门扎和彼得·拉特克利夫因发现细胞如何感知并适应人体氧气水平的变化,被共同授予2019年诺贝尔生理学或医学奖。德新社10月7日分别刊登了三位诺奖获得者的个人小传。

    凯林:

    曾经是懒惰的学生

    诺贝尔奖得主威廉·凯林的研究生涯可以追溯到他的童年。

    这位出生于纽约的研究人员在2016年的拉斯克奖颁奖仪式上回忆说:“我是在太空竞赛时期长大的,所以在我的整个童年,科学和工程都得到赞美和支持。我们家里有培养好奇心和创造力的玩具,包括一台显微镜和一些化学实验玩具。”

    但在上学期间,他承认自己却很懒惰。上高中时,他参加了为具有数学天赋的学生开设的暑期课程,这让他大开眼界。

    凯林开始发奋进取,他的职业方向也逐渐明朗。他曾做过临床医生,后来成了研究人员。

    他在癌症研究领域的工作以及有关细胞对环境中氧气水平的变化所作反应的发现,使他获得了2019年诺贝尔生理学或医学奖。

    塞门扎:

    一切始于高中生物课

    诺贝尔医学奖得主格雷格·塞门扎对科学的痴迷始于高中生物课。

    在美国学术期刊《国家科学院学报》月刊编写的一篇简介文章中,塞门扎表示,他的老师罗斯·纳尔逊“传播了生物学的奇妙之处和初步了解这门学科的兴奋之情”。

    塞门扎1956年出生于纽约,父母分别是心理治疗师和小学老师,他是5名子女中的长子。高中毕业后,塞门扎进入著名的哈佛大学学习遗传学。从哈佛毕业后,塞门扎进入宾夕法尼亚大学研究隐性遗传病β地中海贫血症。

    他最终于1990年来到马里兰州的约翰斯·霍普金斯大学从事研究工作,并在此遇到了他的妻子劳拉。两人育有三个孩子。

    塞门扎发表了400多篇署名学术文章,获奖无数。

    拉特克利夫:

    头衔众多的医学权威

    诺贝尔医学奖获得者之一彼得·拉特克利夫是世界上研究人体细胞如何使用氧气的主要专家之一,也是研究治疗癌症、中风和其他疾病的新疗法领域的先驱。

    拉特克利夫是牛津大学临床医学教授,现任纳菲尔德医学部标靶研究所所长、马格达伦学院研究员以及路德维希癌症研究所的主要成员。

    现年65岁的拉特克利夫20多年来一直领导着牛津大学的缺氧症实验室。拉特克利夫在牛津大学的团队正在研究缺氧和“相关的代谢压力在导致侵袭性癌症表型方面的作用”。

    1990年,他获得了研究细胞缺氧反应的高级研究员职位。2003年至2016年,拉特克利夫担任牛津大学纳菲尔德医学部主任。2014年,他因临床医学方面的工作被英国女王伊丽莎白二世封为骑士。 

    本版文图均据新华社

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