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加州大学圣芭芭拉分校新闻

NSF主要研究仪器计划推动科学研究飞速发展

lab equipment

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员及其合作者正在以共享仪器的形式大大提高他们的研究能力,这些仪器增强了采样、成像、测量以及他们工作的总体效率和有效性。得益于美国国家科学基金会的主要研究仪器(MRI)计划,校园将获得最先进的设备,供来自各个学科的研究人员使用。

“全国各地的机构都在激烈地争夺MRI资金,但并非所有提案都获得批准,”UCSB工程学院院长Umesh Mishra说。“但UCSB在2023年提交的所有四项提案都获得了总计370万美元的资助。由于UCSB高度发展的合作文化,来自许多部门的教师和学生将能够为他们的项目使用最先进的新设备。

这些仪器预计将于今年抵达校园。

 激光烧蚀和质谱分析
地质年代学是地球科学家约翰·科特尔(John Cottle)、马修·杰克逊(Matthew Jackson)、马修·里乌(Matthew Rioux)和罗伯塔·鲁德尼克(Roberta Rudnick)的游戏名称,他们的工作广泛关注地质特征是如何以及在什么环境中形成的。集成的激光烧蚀飞行时间电感耦合等离子体质谱仪实际上是两种仪器:一种激光系统可以在极细的尺度上对材料进行采样 – 小于人类头发的直径 – 以及在6,000开尔文(与太阳表面相同)下工作的等离子体质谱仪,将样品转化为单个原子,然后可以进行分析。

“我们有开发新的分析技术来解决地质问题的历史,我们认为这种从未真正用于地球材料的新型仪器将使我们能够回答新问题,”科特尔说。他补充说,虽然研究人员长期以来一直有能力确定材料的年代和特征,但通过碳酸盐的代理记录从地球深处获取环境测量值将是研究的一个新维度。“这代表了技术的重大进步,因此具有巨大的潜力,并使UCSB保持在分析地球化学的最前沿。

同位素比质谱法
气候变化意味着地球环境的化学转变,影响所有生物体。 来自生态学、进化和海洋生物学系的研究人员 Alyson SantoroMorgan RavenDavid Valentine Gretchen Hoffman 以及 SBC LTER 首席研究员 Robert Miller 对海洋中这种情况的发生方式很感兴趣。 同位素比质谱仪使他们能够测量海洋和陆地上各种样品中碳、氮、氧和硫等元素不同同位素的相对浓度。

“我们将首次能够测量氨基酸等特定分子中的同位素比率,”Santoro说。“这种测量可用于帮助更好地了解食物网,这是UCSB在莫雷阿圣巴巴拉海岸的两个长期生态研究项目的主要目标。这些设备将使来自各个部门的研究人员能够提出和回答基本和新颖的问题,从海带如何支持沿海食物网和渔业,到污染如何影响海洋环境的地点和方式,再到硫化学如何影响海洋中碳的长期保存。

氦气回收
世界上氦气严重短缺,这可能会对磁共振设施产生严重影响,其中包括UCSB的两个设施:材料研究实验室的MRSEC光谱设施和太赫兹设施。为了解决这个问题,Raphaële Clément材料)和Mark Sherwin(物理)提议购买一个中压氦气回收系统。

“这将降低运行成本,”克莱门特谈到该仪器时说,“这将允许捕获和回收设施中使用的高达95%的氦气,并确保我们的八个超导磁体不会因氦气供应不可靠而淬灭 – 失去超导性和线圈的快速加热。这种仪器的目的不是允许新的研究,而是确保当前的研究能够在持续的氦气供应短缺的情况下持续下去。

3D显微镜
在材料世界中,无论是合成的还是生物的,功能都遵循形式,了解组成它们的微小单元的三维结构使研究人员能够预测它们的行为并设计新材料。这些信息通常需要数月到数年的时间才能获得,但材料教授 Tresa PollockAngela PitenisAnanya BalakrishnaSriram Krishnamoorthy 希望比这更高效地实现它。

进入 TriBeam 显微镜。由于电子、聚焦离子和飞秒激光束协同工作,研究人员可以准确地切片材料的极小切片,并获取化学、结构和晶体学信息,然后对其进行处理以创建 3D 多模态集,所有材料信息合并并准备好在几天到几周内进行研究。新的TriBeam“将大大提高我们解决电子,磁性,结构和软材料系统中具有挑战性的科学问题的能力,”Pollock,她在赛默飞世尔科技商业化之前在她的实验室开发了TriBeam这些数据将被用于设计用于电池电极、增材制造、耐磨涂层和高功率半导体器件的新材料,以及深入了解生物材料。Pollock表示:“我们非常高兴能够利用商业仪器的改进功能继续构建PB级3D材料数据库,我们非常感谢NSF主要研究仪器计划的支持。

新闻旨在传播有益信息,英文版原文来自https://news.ucsb.edu/2024/021344/scientific-research-soars-nsfs-major-research-instrumentation-program