30歲轉行是失敗者?97歲諾獎得主的一生
誰說改變世界的都是年輕人?
今年的諾貝爾化學獎獲得者John B. Goodenough以他的傳奇經歷給出了答案。30歲入行,年過半百才正式研究電池材料,97歲時收穫諾獎,依舊活躍在科研一線。
今天與大家分享他的勵志故事。
來源丨量子位(ID:QbitAI)
97歲,他還奮戰在科研一線。
John B. Goodenough,人稱“足夠好”老爺爺,近日加冕諾貝爾獎。
10月9日,2019年諾貝爾化學獎頒向鋰電池領域。
Goodenough與M. Stanley Whittingham,以及日本科學家吉野彰(Akira Yoshino)共用了這一獎項。
以表彰他們在鋰離子電池領域作出的貢獻。
諾貝爾評獎委員會稱,三人的研究使鋰電池的使用方式更加穩定,從而開啟了電子設備便攜化進程,為打造一個無線互聯的社會奠定基礎。
引用果殼更科普化的解釋,如果沒有他們,我們每天形影不離的手機就是個隨時可能點燃的炸藥包。
而且Goodenough今年加冕,也刷新諾貝爾獎新紀錄——以97歲高齡,成為最年長的諾貝爾獎得主。
在此之外,他還是美國國家工程院、美國國家科學院、法國科學院、西班牙皇家科學院、英國皇家學會會員,撰寫了超過550篇文章、參與85本著作的編寫,是2009年費米獎得主、2017年威爾齊化學獎得主,還獲得了英國皇家學會的科普利獎章。
但這還不是Goodenough令人稱奇、敬佩的全部。
當他獲獎,外界關注他的履歷,才發現其充滿坎坷和跌宕的一生,簡直就是傳奇的一生、榜樣的一生,勵志的一生。
很難想像,這位鋰電池之父患有閱讀障礙症,成長家庭並不和睦,大學歷經二戰,30歲才拿下博士學位,年過半百才正式研究電池材料。
之後一路開掛,58歲發明鈷酸鋰電池改變世界,75歲以磷酸鐵鋰電池再度改變世界,90歲以後開始研究全固態電池。
至今如此高齡,依舊每週上班5天,仍舊有新研究成果問世。
如果你會有“現在做XX是不是太晚”的疑惑,一定要看看Goodenough這傳奇的一生。
┃如何成為鋰電池之父?
我們先從Goodenough如今成名作說起,看看他的科研之路。
Goodenough的博士本身讀的是固態物理,30歲從芝加哥大學博士畢業,之後去了MIT林肯實驗室,研究記憶體的材料物理和固態陶瓷。
24年之後,Goodenough進行了人生第一次“跳槽”。
那年,牛津大學需要一位能教無機化學,同時也能管實驗室的教授。
Goodenough雖然研究的是物理,但他本科的時候為了湊學分學了兩門化學課,就因此意外的被選中了,進入牛津大學任教,並成為無機化學研究負責人。
正是這一次跳槽,讓Goodenough終於在54歲的年紀開始了一項改變世界的研究。
Goodenough在牛津主要研究的課題是可用於能量轉換的新材料。當時他初到英國,英國化學家、和他一起獲得諾獎的Stanley Whittingham發明了最早的可充電鋰電池,借助鋰能嵌入二硫化鈦層間這一特性,用二硫化鈦做正極,用鋰做負極。
當時的消費電子產品只能使用不可充電的碳鋅電池,雖然已經有了可充電的鉛酸電池,但畢竟用在電動車上的鉛酸電池那麼笨重,是沒法拿來做消費電子產品的。
而Whittingham的這項研究,不僅可以靠鋰離子的運動進行充電,還能用在小型設備上,並在室溫下運行,解決了兩種電池的痛點。
但Whittingham的研究是沒法直接用的,因為有一個大bug:安全問題。
正極,二硫化鈦,在空氣中是非常不穩定;
負極,鋰,這種金屬是易燃;
而且,在充放電過程中,鋰會快速沉積產生枝晶,這樣就容易讓電池短路,這也是現在電動車自燃的元兇之一。
所以Whittingham發明的這種電池雖然原理可行,但容易爆炸,是個危險品,完全沒法應用,需要把正負極的材料都換掉才行。
這個時候,學了30年物理的Goodenough有了一個大膽的想法:把鋰換成氧化物吧。
他判斷,氧化物可以讓電池在更高的電壓下進行充電和放電,根據物理學原理,這種電池會產生更多的電量,並且揮發性會更小。
於是他測試了各種氧化物,發現如果把鈷這種元素放進去會比較穩定。
終於,在Goodenough到達牛津的四年後的1980年,57歲的他和水島公一、Philip Jones、Philip Wiseman共同發現了鈷酸鋰這種物質,讓Whittingham的鋰電池變得穩定多了。
在他的實驗室外面,英國皇家化學學會樹立了這塊藍色的牌子,紀念鈷酸鋰的發現。
不過,鈷酸鋰中的鋰和金屬鋰的化合價是不同的,鈷酸鋰在電池裡是一種正極材料,為了湊成一塊電池,還需要找一種負極材料。
這個時候,日本的索尼出現了,他們發現了石墨可以拿來做負極材料。
然而在英國,因為此前發生過爆炸事故,大家聞鋰電池色變,甚至Goodenough工作的牛津都不願意幫忙申請專利,而是讓英國原子能研究機構申請到了這個專利,後來被索尼買走。
於是,索尼成功接下了這個“燙手山芋”,並和自己研發的負極材料放在一起,創造了新的電池,並將之商業化,用在了各種各樣的電子產品中。
而Goodenough,甚至沒有從如今這價值350億美元的鋰電池市場中賺到錢。不過他本人後來在接受c&en採訪的時候反而很淡定:“我當時並不知道它會值這麼多錢。”
雖然在57歲才發現了讓他名聲大噪的鈷酸鋰,但Goodenough似乎就是一個耐久型選手,後來還發現了許多種電池材料:1983年,61歲的他發現錳尖晶石正極材料;1997年,75歲的他發現磷酸鐵鋰正極材料,這些都是電池正極的升級替代品。
甚至,為了持續做研究,他還打了牛津退休政策的擦邊球。
本來,牛津大學要求65歲強制退休的,但Goodenough不想退休,於是他在64歲的時候又跳槽了。
這次,他回到了美國,在德州大學奧斯丁分校當機械工程和材料科學教授,繼續做研究。
┃閱讀障礙症患者,文學少年讀物理PhD
Goodenough出生於1922年,這是一個科學蓬勃發展的時代。
在這一年,法國醫生卡雷爾發現白血球,加拿大科學家班廷製成人造胰島素。
波爾因關於原子結構以及原子輻射的研究獲得諾貝爾獎。
之後,費米、薛定諤等量子物理領域的大佬開始展露鋒芒。
兒時的Goodenough,雖然家就在耶魯附近,不過出生在了一個學文科的家庭,似乎離這些自然科學家們有些距離。
但數十年後,他也將成為他們中的一員。
當時,擺在他面前的,是怎麼克服自己的閱讀障礙症。因為閱讀障礙症,在小學和中學時代,他受到了不少同學的戲弄。
但在求學過程中,他也慢慢從大自然,以及詩歌和宗教哲學中獲得了力量,贏得了學校的獎學金。
1940年,18歲的Goodenough考入了耶魯大學。
對於他來說,這種對家庭的逃離讓他松了口氣,因為他父母關係並不好。
就在考入耶魯大學之前,他的父母離婚了。他父親(歷史教授)很快就與自己的研究助手成婚。
這個環境讓他頗感壓抑,而且他與自己父親的關係並不怎麼好。
他去耶魯讀書的時候,只從家裡拿到了35美元的資助,而耶魯的學費至少每年900美元。
好在他有獎學金,校長還幫忙安排他去給有錢人家的孩子當家教,靠著半工半讀養活自己,他再也沒問家裡要一分錢。
用Goodenough的原話說,就是“每週工作21個小時掙自己的21頓飯。”
進入耶魯之後,Goodenough還是遵循著自己的興趣,先是選了古典文學,後來轉到了哲學,期間還學習過化學。
之後,在一名教授的建議下選擇了數學專業,並堅持了下去。
但這一路也頗為坎坷,就在讀大學的第二年,珍珠港事件爆發了。
Goodenough選擇了主動申請服役,三年後才回到耶魯大學完成了學業。
畢業之後,他再度返回戰場,加入了美國空軍。
本打算和朋友一樣去報海軍陸戰隊,中途被數學老師叫去說“不要當大兵,我們需要懂數學的人做戰爭氣象預報”,於是沒有上前線,而是負責在一個太平洋的海島上收集資料。
1946年,Goodenough迎來了命運的轉折。當時,美國政府出資,選派軍人去深造,獲得了耶魯大學教授推薦的Goodenough就在其列,他可以選擇在芝加哥大學或西北大學學習物理或數學。
經過重重考慮,他決定前往芝加哥大學攻讀物理學博士。
之前就想過考物理研究生,但被管學生註冊的人告知,物理學裡所有厲害的東西,人家在你這個年紀都已經搞完了,你現在才想著開始啊?
最終,他還是考上了芝大物理系,當時是恩裡克·費米在管,據說費米一上來就給新生安排了一個32小時的超級大考試,每天8小時,連考4天。
第一次考掛了,於是又考了第二次才過,總計64小時。
其後師從著名物理學家齊納,他30歲時發明齊納二極體。
在芝加哥這幾年,他主要的研究固態物理學,並打下了堅實的理論基礎,對於自己人生方向也有了新的思考。
在他求學期間,齊納也給他提供了很大的幫助,他曾對Goodenough說:“你有兩個問題,第一個問題是找到問題,第二個問題是解決問題……”
這一理念,對Goodenough產生了很大的影響。
30歲獲得物理學博士學位之後,經過在MIT的工作以及自身的理解,在牛津大學他選定了自己的方向——電池材料,並一直堅持了下去。
┃還能再戰,不想退休等死
直到現在,他還在科研一線繼續解決“問題”。
2018年,Goodenough接受媒體採訪時也談到了自己的問題,他說:
“我想解決汽車的問題,我想讓汽車尾氣從全世界的高速公路上消失。我希望死前能看到這一天,我今年 96 歲,還有時間。”
而且,解決問題並不僅僅只是靠口號。
Goodenough仍舊活躍在科研前線,就在最近,他和自己的團隊還發現了一種用於鈉離子電池的新型安全正極材料。
並仍舊有作品發表,比如這篇:
J.B. Goodenough, Personal journey into solid state chemistry, Journal of Solid State Chemistry 271 (2019) 387–392.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022459618305607 )
就在幾個月前,他還在採訪中說:
我不想退休等死,我想努力奮鬥,我相信我們正在做的事情是非常重要的。
這些重要的事情有很多,比如他嘗試用自然界中存量更多的鈉代替鋰作為電池材料,以降低電池的成本。
再比如,如何用金屬鋰做正極,製造出更強大的電池。
還有電解質方面,Goodenough也在嘗試用玻璃固態電解質做出更安全的電池。
據說,“足夠好”老先生現在依舊精力充沛,有人在知乎上回答說,整個走廊都能聽到他爽朗的笑聲。
嗯,足夠好,還會更好。
過錳酸根氧化數 在 Dr. Ivan 6 用科學研究美學 Facebook 八卦
【Dr.6成分小教室開張】
抗老神物-SOD
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因為最近不知道為什麼滿多人來詢問SOD是什麼
好像又可以吃、又可以擦
#甘安捏?
所以決定來說明一下SOD這個我很愛的東西
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SOD全名是"超氧化物歧化酶"(Superoxide dismutase)
它不是"一個"成分,而是"一類"成分
是約50年前才被發現的
它存在於諸多生物體內
是用來 #清除活性氧及自由基的
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我們都知道活性氧跟自由基是老化的關鍵
也是諸多發炎、癌症等疾病成因
因此我們體內的SOD便會偕同過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)
將活性氧跟自由基轉變為無害的代謝物(如H2O水)
甚至有一大派科學家認為,人類之所以會較其他動物長壽,是在於人類體內SOD酵素較多的緣故。
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一般"健康"的人每天可製造約五百萬單位的SOD
對,"健康"的人
無奈現在很多人都不太健康
所以廠商才開始研發、製造、應用SOD
但其實這條路上困難重重
因為有學過化學及生物的人都知道一個自然界定律
#越高的活性物往往表示越不穩定
SOD其實就是如此
它雖然擁有最高效率的清除自由基能力
但它只要一接觸空氣或水,就會非常快失效
如何將SOD的活性保存一直都是科學家這50年來的研究重點
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聽到這你是不是覺得
那市面上那些主打SOD的保健品跟保養品
是不是從一打開罐子開始,就開始失效了?
嘿嘿.... 我不能告訴你這麼多
但的確有滿多商品只是利用SOD的噱頭罷了
每次一拿到實驗室測,就會發現根本是加心酸的....
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其中又以擦的保養品最多心酸品XD
吃的藥品及保健品倒是以現在的技術來說較好保存
(還記得2年前我的異位性皮膚炎影片中就有談到服用SOD治療)
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除此之外,由於SOD必須結合金屬離子才能發揮作用(ex.錳)
所以如何在配方中穩定結合不將重金屬釋放出來
也是諸多技術門檻之一
太多的困難我們就先不提了,不然會睡著
總之, #SOD一定是未來的抗老化關鍵成分
現在我們就拭目以待它的發展
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目前其實已經有不少SOD類的抗氧化物在市面產品中出現
未來我們有機會再談談有哪些
以及該如何使用?
今天先談到這,以介紹SOD這個超氧化物歧化酶為主
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如果你對於我開這個成分小單元有興趣
記得 #按讚 #留言 支持一下
如果互動寥寥可數那我可能要把心思花在做其他事情上了🤣
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#Dr6成分小教室
FB粉專限定
過錳酸根氧化數 在 Facebook 八卦
COVID-19 的兒科急診日記
今天新增127名本土病例,新增20人死亡,確診病例中已累計538例死亡,致死率也上升至3.87%。
疫情持續穩定,但絕不能大意,畢竟還有其他變種病毒正在國際間大流行。
今天來看看維生素及礦物質……
「維生素和礦物質在COVID-19戰役中的角色扮演」
COVID-19疫情時間,全世界研究人員及醫療專家都在努力想開發針對 COVID-19 病患臨床有效的療法,例如前些時候大家注意的高流量氧氣鼻導管,這項治療對COVID-19中度及重度的病人是相當重要。
我們都知道SARS-CoV-2感染會透過多種炎症反應和細胞因子風暴對免疫系統產生重大影響,因此研究人員的注意力也會到增強人體免疫系統的方法上。
當我們人體血液中維生素和礦物質的缺乏時,這會導致免疫系統表現不佳,進而導致免疫狀態失調,甚至是危及生命!
日常生活中一些常見維生素和礦物質,包含維生素 A、B、C、D、E 和 K 以及鈉、鋅、鉀、氯化物、鈣和磷等微量營養素。
如果這些均衡攝取,可能有助於維持我們整體健康和增強免疫系統,進而減少感染。
最近發表在Inflammopharmacology期刊上的一項研究,研究人員回顧了與維生素和礦物質在治療 COVID-19 患者中的作用相關的最新數據。
這篇研究內容的簡單摘要如下:
「維生素作為免疫增強劑」
最近的證據表明,營養補充劑可能有助於降低 COVID-19 患者的病毒載量和住院率。
維生素具有抗氧化特性和免疫調節作用,其中一些調節免疫細胞中的基因表達並幫助免疫細胞成熟和分化。
維生素 A (視黃酸)可控制參與先天性和適應性免疫反應的各種基因。
綜合 B群維生素對身體的正常生理功能至關重要,因為它們有助於身體利用碳水化合物、蛋白質和脂肪等營養物質。
維生素B1 (硫胺素)是一種輔酶,對神經和免疫系統的功能很重要,並具有抗發炎作用,但它的缺乏會影響免疫系統,導致炎症和氧化反應增加。
足夠水平的維生素B1有助於增強對 SARS-CoV-2 的免疫力,因為它通過觸發體液和細胞介導的免疫來消除 SARS-CoV-2 病毒。
維生素 B2(核黃素)是一種具有免疫調節作用的神經活性化合物,可以減少 COVID-19 患者血液中的病原體,從而降低 COVID-19 的輸血傳播風險。
維生素 B3(菸酸,泛酸)具有抗發炎作用,最近的研究表明,它可以幫助減輕 COVID-19 患者的炎症,甚至可以用作輔助療法。
維生素 B6(吡哆醇)影響先天、適應性免疫和免疫細胞的增殖。最近的一項研究表明,維生素 B6補充劑可通過減少促炎細胞因子、改善免疫反應和預防高凝血狀態來緩解COVID-19 症狀。
維生素 B9(葉酸)對 DNA 和蛋白質合成至關重要,並且在適應性免疫反應中起著至關重要的作用。根據最近的一項研究,葉酸抑制furin蛋白酶並阻斷 SARS-CoV-2刺突蛋白的結合,這有助於控制 COVID-19 的呼吸道疾病。
維生素 B12(鈷胺素/氰鈷胺素)可以調節趨化因子/細胞因子的形成並介導病理生理途徑中免疫細胞之間的通訊,從而防止各種細菌和病毒感染,包括 COVID-19。
維生素 C 以其抗病毒特性而聞名,例如增加干擾素-α 的產生、調節細胞因子、減少炎症、改善內皮功能障礙和恢復線粒體功能,維生素 C可以支持免疫系統對抗細菌和病毒感染。
維生素 D 具有抗氧化和抗發炎特性,可抑制炎症細胞因子 IL-1α、IL-1β 和腫瘤壞死因子-α 的過度表達。據有研究報導,它有調節肺組織中 ACE2 的表達。
維生素 E 是一種有效的抗氧化劑,在調節免疫系統功能方面起著至關重要的作用。研究表明,增加維生素 E 的攝入量有助於保持老年人的免疫力。
維生素 K 是一種天然存在於某些食物中的脂溶性維生素,是一種參與止血的輔酶。維生素 K1 參與肝凝血因子的激活,因此有助於對抗 COVID-19 患者的血栓併發症。
「礦物質在 COVID-19 中的作用」
礦物質補充劑已被證明可以對病毒感染的免疫力產生積極影響,並預防和減少心腦血管疾病,這是嚴重 COVID-19 感染的特徵。
早期的 COVID-19 研究表明,長期礦物質缺乏可能導致下呼吸道細胞中 ACE2 水平升高,進而可能增加 SARS-CoV-2 感染的嚴重程度。
研究表明:
COVID-19 患者的鈉水平顯著降低。
低鉀水平可導致 ARDS 和急性心臟損傷風險增加,這是 COVID-19 的常見併發症。
鈣可以消除細胞中的病毒,報告顯示,與病情較輕的患者相比,嚴重的 COVID-19 患者的鈣濃度較低。
研究還報告了嚴重 COVID-19 患者的低磷水平,這表明監測關鍵 COVID-19 患者血清磷水平的重要性。
鎂是常被遺忘的陽離子,補充鎂可能有助於處理COVID-19 倖存者和醫療人員在COVID-19 大流行和創傷後壓力症候群引起的壓力。
它還調節各種免疫功能,並在對病毒感染的免疫反應中起著至關重要的作用。
鋅、銅、錳和硒等微量元素也通過抑制宿主細胞中的病毒複製顯示出抗病毒活性。
鋅可作為針對 H1N1 流感的免疫活性劑,並且有證據表明補充鋅後大鼠肺中 ACE2 活性下降。因此,補鋅可能是 COVID-19 治療的輔助療法。
體外數據顯示,Zn2+ 陽離子通過抑制 SARS-CoV-2 RNA 聚合酶的複制來抑制其複製。
結論,維生素和微量營養素補充劑可能會對 COVID-19 的預防或治療結果產生正面作用。
但還是要注意‼️
我們應該要注意維生素和礦物質相關攝取是否足夠,不是吃一大堆喔!
記得攝取愈多並不是愈好!
文獻資料:
Role of vitamins and minerals as immunity boosters in COVID-19
Inflammopharmacology (2021)
圖:謝謝長庚醫院王董事長贈送給我們員工的補給物資。