博士阿曼达·巴纳德,计算物理学

计算物理学

阿曼达·巴纳德出生于1971年,2001年,她从技术(RMIT)大学墨尔本皇家学院毕业,与一流的荣誉科学学位,在应用物理专业。巴纳德被授予RMIT博士学位(2003年)为她的计算机建模工作,预计在大小不同解释的各种形式的纳米碳。

Barnard then began a distinguished postdoctoral fellowship at the Center for Nanoscale Materials in Argonne National Laboratory, USA (2003-05). She was then awarded a Violette & Samuel Glasstone Fellowship and an Extraordinary Junior Research 奖学金 that allowed her to purse research at the University of Oxford, UK (2005-08). During this time, Barnard was using computer simulations to determine what environments were needed to engineer specific types of nanoparticles. This line of research led her to investigate the potential risks of nanoparticles outside the laboratory environment. This is an ongoing theme in her research. Since 2009, Barnard has been working as a research scientist at CSIRO Material Science and Engineering.


博士塞西莉·奥克利在2010年接受采访。

内容


在物理的早期研究

让我们在您的科研生涯的起点开始。那你在大学里学习?

我决定研究应用物理,我喜欢与物理有关的数学,而不是其他一些科学的。应用物理学,特别是关系到现实世界的问题,我发现相当有吸引力的。

所以你做你的学士学位,在应用物理。你改变的时候你做你的博士?

我没有在理论凝聚态物理博士学位。但是这确实是工作的只是工具;无论你是在做实验物理或理论物理学就是你如何去解决这个问题。的应用对基本概念真是我们是否是在一些假设可能导致一些伟大的新技术或新的东西,我们已经知道心中都有一个最终用途的工作。

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极小的微小纳米

为你的博士论文,你看着碳纳米结构的计算模型。也许你能为我们解释一下,什么是碳纳米结构?

当然是。首先,它是由碳制成的,并有一个范围,它可形成不同的结构。一个非常著名的碳纳米结构物是富勒烯,这是在一个英式足球的形状60个碳原子。也有碳纳米管,这是像相对于一个小球形,零维结构,与同种类的化学结合的一维的纤维。然后,如果我们改变化学键合,我们可具有一定范围的其它类型的碳纳米结构,如纳米金刚石小,金刚石纳米棒和其他类型的混合结构中的。纳米金刚石是一样大的,美丽的钻石,但在尺寸毫米的十亿分之一。

多么小的碳纳米结构?也许你可以给我们的规模比较。

一纳米是一毫米的百万分之一。给我们一个想法,一个缝纫针的头部约横跨毫米;所以这是一个百万纳米,将跨针的头部直径适合。现在,DNA是大致直径约2到12纳米,并在新技术中使用的大多数纳米颗粒有关的尺寸。让比人的头发的小股比红细胞小约3000倍,约10,000倍。

确实非常小!

是。我们当然不能看到它们。实际上,只有这样,我们 能够 看他们是不是用光学显微镜或者用我们的眼睛,但用电子显微镜。我们要像他们的电子,而不是光。

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虚拟实验

你怎么办你的电脑实验?你有一个特殊的,大的电脑或者是它的东西,我可以我家里的电脑上呢?

有趣的是,一点点的都有。一些模拟工作,我做的大量使用超级计算机,和我需要使用CPU的全部工作为一体,以完成任务的几十个或数千个。其他类型的工作,我做的是理论性的,它是非常数学的术语和公式,我可以在笔记本电脑上解决。

多久没有考虑到执行的计算机模拟?它是在点击按钮做了什么?

嗯,这取决于是什么样的结构,或者什么样的材料,我正在模拟。有时它可以在几天或几周的发生;有时它会需要几个月的一个模拟运行,你真的不想找到你犯了一个错误,当你到达终点。

没有,或者有一个电源故障。

而失去一切!

什么可以在计算实验告诉我们,湿实验室实验不能?

有几个不同的事情,我们可以在一个超级计算机,我们不能在试管湿实验室做实验做。一个是,为了让我们在处理过程中表征湿实验室系统,我们必须停止再取发生了什么股票。这是我们停止实验并对其进行测试,停止实验和测试。我们不能连续观看的机制或过程 原位 整个系统的整个演变。在超级计算机,我们实际上可以看路上的每一步不大,而不必不断地停下来检查我们要如何。

另一件事,我们可以计算实验做的是看单个粒子。在试管里有几百万和亿万纳米粒子,它的隔离一个和它的属性只是看起来非常困难的;在超级计算机,我们能够做到这一点很容易。我们也可以做一两件事,那就是看各种有危险的人在工作和危险的实验室极端环境,并在超级计算机它们是绝对安全的;我从来没有得到任何我。

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环境决定的尺寸和形状

我前面提到的,你是看着你的博士论文碳纳米结构。你是怎么发现?

AS I所提到的,有多种不同类型的碳纳米结构的,与自然有一个惊人的能力来选择它会形成自然在给定的大小或在不同类型的条件哪一个。所以我的博士试图解开为什么是这样的秘密:如何性质决定什么结构类型将不同尺寸或不同条件下形成。我是能够显示首次类富勒烯结构和金刚石状结构,其具有非常不同的特性和化学粘合之间的实际尺寸依赖相转变。

什么样的事情影响的大小和形状?

能够缓和可形成结构的类型属性包括温度,压力和化学环境的类型,基本上是其他种类的分子都存在。

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从工作和在家的灵感

在那里任何一所大学的教授或启发你其他的导师?

在整个职业生涯我已经有很多的灵感,和它的一些肯定已经从大学教授来了。但我不得不说,我刚刚从我自己的学生很多灵感和我自己的工作人员。和我的很多灵感都来自人甚至不是科学。有时我得到的是刚刚从我的朋友,我的家人和我的丈夫的同事,并试图拿出这些问题的答案惊人的问题,这让我想以不同的方式科学。

你的博士学位后,你去哪儿下?

实际上,这是我博士期间,当我在波士顿会议上,我被美国阿贡国家实验室,这是一个美国政府实验室走近时,他们问我来面试的位置在那里。面试后,我提供这个位置。我没有在那个时候完成了我的博士学位,所以他们足够好的等我​​半年,直到我完成了它,这样我就在那里开始工作。

你完成你的博士在创纪录的时间,我明白了。

17个月。

平均而言,我想,大概是接近四到五年?所以祝贺这一成就。

谢谢。这是在极端条件下。我住在多伦多和我的博士是通过在澳大利亚皇家墨尔本理工大学。所以我不得不心无杂念,没有人进来,问我是否愿意去咖啡。当有绝对没有分心拉你远离工作,这是惊人的,你可以得到做了什么。

那么你花费在波士顿的博士后?

它实际上是在芝加哥;在对芝加哥郊区的实验室。它是在曼哈顿项目了。

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匀称的二氧化钛

哦,那是非常酷。你是如何选择哪些问题研究你的博士后?

这是一个有趣的故事。当我采访,我还以为他们希望我的技能和专业知识的碳。他们在碳纳米结构有一个大计划,我认为就是我想要上工作;这就是他们让我相信。当我到达时,然而,他们脑子里有一个新的项目。所以我没有去选择;我得到了一个给定的项目工作。这是经常发生的情况是,当你得到你的第一份工作,他们已经有了一个项目,他们已经资助,他们把它给你的工作。你没有得到这么多的时间来选择你的博士做的。

究竟是什么项目?

它是在二氧化钛。他们有一些工作那里看着二氧化钛纳米粒子的不同属性和理解尺寸依赖性特性。我在那个角色是帮助我们理解形状相关属性。

你进行你的研究之前,人们所说;和怎么您的研究结果有助于我们理解?

我没有在这个项目上我的工作之前,我们的理解是一个依赖于大小的相变。这意味着,二氧化钛纳米颗粒的结构是从大颗粒不同的,有一个交叉,其中一个将翻转到另一个。我们知道有很多的不确定性围绕我们提供了这个翻转点。我是能够表明,很多不确定性的是关系到颗粒的形状和不确定性的另一部分是与不同类型的化学处理的不同pH周围溶液。如果我们能控制的形状和使用pH值,我们可以非常准确地确定何时转变将发生。

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在环境建模纳米粒子

你能告诉我们你在牛津的时间?

我在我的时间在2005年加入牛津大学,于2008年离开了那里,我是在材料上的紫罗兰和塞缪尔·格拉斯通研究奖学金部门的高级研究员,我也是在皇仁书院非凡初级研究员。

祝贺。什么是你工作,而你在那里?

那段时间我在实际工作使用模拟和计算机模拟来预测各种环境中,我们可以用什么来设计特定类型的纳米粒子。但是当我在那里的教授乔治·史密斯,谁是英国皇家学会的研究员介绍我的想法,我是用完全相同的方法可以用来真正了解实验室的自然环境,外面发生什么事,所以说话。

这样我们就可以计算出,当纳米粒子钻进环境会发生什么。

那就对了;工作了,当我们把它们带出实验室和他们暴露在空气或水中会发生什么。我已经开发同样的方法可以用于这一目的。我认为这是一个很好的主意。

你找到了什么?当你把东西走出实验室,进入什么环境都发生的呢?

这是正在进行的研究领域。它实际上是在我研究的一个大主题现在。因此,在各种不同类型的粒子是我学习的,我在看,不仅是哪些方面,他们都有,而且当他们暴露于空气,水等会发生什么合成环境

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成本和纳米技术的好处

是什么一些纳米粒子的危险?

在自己的纳米粒子可能会或可能不会有危险,这取决于什么类型,我们在谈论什么。我认为这里的最大问题是,很多它是未知的。我们身边有很多东西可能是危险的。温度,例如:如果你超过50摄氏度时,导致细胞死亡;如果你去到零下50摄氏度,这也有不好的影响。温度不是问题,因为我们知道这些边界条件是,我们知道如何适度和保护自己。纳米颗粒是相同的。当然,在极端的情况下,它们也可能是危险的。这里的问题是,我们不知道我们的边界条件是,我们不知道什么是他们的理想选择工作环境是,或存储,以及什么样的,我们应该设置暴露限值。

和你正在做的工作将有助于确定这些边界?

那就对了。它是帮助确定这些界限是:什么是理想的存储和纳米粒子的运行环境。我的大部分工作的重点是了解当他们移动从一个环境到另一个粒子如何变化。一旦我们确立正确类型的条件下,我们需要知道,如果他们属于这些条件发生了什么。例如,如果我们转移出来的地方,他们的控制和稳定的某处,他们是完全不可控的和不稳定的,就像一条河的东西。

是什么的一些好处或纳米技术的用途?

有三种方式,我认为纳米技术将帮助我们。首先,它会让情况变得更便宜。很多技术,我们使用包含了一些非常昂贵的材料;例如,黄金和铂金。铂金是一种稀土和它被称为“稀土”是有原因的;这是一个昂贵的商品。现在,纳米颗粒可以提供我们同种性质的,但由于颗粒的尺寸,而不是更大毫米的百万分之一,我们所需要的材料要少得多。在铂催化剂的情况下,例如,我们需要少得多的铂把工作做好。因此,这将是更便宜。

其次,纳米颗粒可以提供我们更高的效率。在某些情况下,他们将有一个是相同的,我们所熟悉的,但有一个更大的提高比我们习惯于在散装物料的那些特性。我们可以有,例如,提高能源效率,即使我们只是将它们用于相同类型的东西。

第三个是,他们将会有一个范围,我们以前从未见过的属性。因此,我们将会有新的技术,我们还没有在过去的了;一个例子是自清洁表面和眼镜等

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科学作为一个群体的努力

你有没有其他人,你在你的研究工作?

目前我有两个学生和两名博士后和组仍在增长。我也有很多很多的合作者。调研组,我目前所面对的,我们有一系列不同的项目和,即使我们的工作是理论和计算,每个项目有几个实验的合作者是它的一部分太。在科学中最重要的事情之一,我认为,就是要建立强有力的合作关系和工作作为一种联锁人网络的一部分。

所以你真的在未来的问题,从多个不同的角度呢?

那就对了。理论和实验之间的合作是很好的一对夫妇的原因;我发现,最难能可贵的是,他们想出了一系列的逼近问题的办法。他们可能有东西,他们不理解,并会向我们寻求帮助;我们将拿出预测。但我们不知道,如果他们是很好的预测,除非我们的实验合作者很高兴回到实验室和测试他们对我们。

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人体建模

有没有科学的其他问题,你通过使用计算机建模工作?

我们大部分的资助工作是在纳米技术领域。不过,我有一个小方的项目,我希望做一些与今年晚些时候推出。它使用相同类型的模拟方法,我在看着原子和粒子模型人类的相互作用使用。例如寻找妇女在科学或在不同的员工任何形式的少数群体的问题,了解我们如何可以排序的扭转这些数字。我可以模拟什么样的环境因素,我们可以引入增加妇女在人数科学,但它也可能是男人在护理或在员工那里有一种性别或种族或类似的东西差距的任何地方。

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着眼于过去和未来

你在哪里看到自己在10年的时间?

我不能回答就是我会用10年时间,我会很失望,如果我能做到这一点,因为很多将由上,科学是在10年的时间来确定。甚至通过过去10年我的职业生涯迄今为止,这么多的改变。有各种各样的事情,现在是前沿科学,是没有人会曾经预期的10年前。并且,如果没有发生在未来10年内,所有我从选择是正确的,现在存在的东西,我认为这将是相当令人失望的不仅仅是我一个。

什么是你的职业生涯迄今为止的最有意义的还是令人兴奋的方面?

很多我在过去10年的工作,断断续续,一直用碳。和一对夫妇几年前,我却发现,使用一些计算机模拟,金刚石纳米粒子表现出不同的表面静电势。这是很多大的话是这么说,他们的一些方面的带正电荷,部分负电荷,而这会影响他们如何与其他各种分子和相互交流。我能计算,并表明他们自组装。这是所有的粒子,这些肯定和否定,吸引的方式,磁极吸引或排斥,而他们自己安排成非常不同的模式。我们可以通过控制充电,例如随着pH值的变化和类似的东西控制这些模式。这是被用于对抗癌症的斗争中,这是非常对我奖励了一些新的化疗给药系统。它是一个已经20年了存在我走过来之前,现在的解决方案是在我们一些伟大的新技术问题。

我可以看到,这将是非常有益的,使人们的健康产生影响!

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至理名言

你对小小科学家有什么建议?

走进科学:我的建议是,你需要尽量保持你的心胸开阔。从来不说一句话“从来没有”。所以往往在整个职业生涯我听到人们说的话,“它永远不会来衡量,”“它永远不会出现,”和“我们将永远无法做到这一点,”他们看起来都像一些白痴点。所以尽量保持你的头脑开放的想法,只要你能。

作为科学界的女人,你认为什么是建立一个科学的职业生涯的挑战是什么?

计算机模拟实际预测,在员工队伍中的性别的任何差异最大的挑战是在进入初始号码;所以我们需要开始投身科学事业的女性数量更多。那么,如果有一个额外的磨损或任何女人留下任何科学道理,它并不一定只是家庭是;它可以以任何理由可言,如果他们不回来,我们永远不会从转身。数字继续往下走,不管是什么。

现在,这是说,我一直住在四个国家,这是在他们每个人非常不同的,并且是在科学女人是完全不同的。在澳大利亚,这不是太糟糕了。这是在欧洲中部和英国差多少,但它是更好的在北美。所以对女性的机会,如果他们准备承担风险和移动周围的世界,试图建立在各种不同场所的职业生涯,并把所学内容与他们,回澳大利亚。

这是真正的好建议。最后,你觉得什么样的技能,你今天在科学需要什么?

我认为你需要脸皮厚。我认为,越来越多的科学变得非常有竞争力。我们都在竞争中期刊的同一页,同样的资金,所以我们需要学习的脸皮厚。它也是工作非常非常努力。我认为当我年轻时,我的印象是一个学术或科学的生活是不是太紧张;这是令人难以置信的压力。所以我也觉得有些建议是准备自己的工作非常非常努力,并下了很大的竞争压力。

非常感谢你,阿曼达,今天你的时间。它是一个很高兴与你交谈。再次对你的奖品,并为您的所有惊人的发现表示祝贺。我敢肯定你会取得很多人。

谢谢。

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