卡内基梅隆大学雪莉·斯托克斯 如果你仔细看这张照片的中间，你会看到价值30美元的微波炉，它是Reeja Jayan为了开始她的早期实验而重新设计的
信用:Reeja Jayan 微波炉是我们家庭烹饪用具的主要来源
五年前，当里贾·贾扬还是卡内基·梅隆大学的新教授时，她对利用微波来种植材料的想法很感兴趣
她和其他研究人员已经表明，微波辐射能够实现陶瓷氧化物的高温结晶和生长
微波到底是如何做到这一点的还不太清楚，这个谜激发了贾延重新设计一个30美元的微波炉，这样她就可以研究微波辐射对材料生长的动力学影响
今天，现在是机械工程副教授的贾延，在我们对微波如何影响材料化学的理解上取得了突破
她和她的学生内森·中村将氧化锡(一种陶瓷)暴露在2
45千兆赫的微波辐射，并找出了如何监测(原位)原子结构变化的方法
这一发现很重要，因为她证明了微波通过在局部原子结构中引入的扭曲影响氧化锡的氧亚晶格
这种变形在传统的材料合成过程中是不会发生的(在传统的材料合成过程中，能量以热的形式直接施加)
与以前的研究不同，以前的研究在应用微波时无法监测结构变化，贾延开发了新的工具(一种定制设计的微波反应器，能够原位同步辐射x光散射)，用于研究这些动态的、场驱动的局部原子结构变化
通过揭示微波在合成过程中如何影响特定化学键的动力学，贾延正在为具有新的电子、热和机械特性的特制陶瓷材料奠定基础
“一旦我们知道了动力学，我们就可以利用这些知识来制造远离平衡的材料，并为现有材料设计新的节能工艺，比如陶瓷的三维印刷，”她说
金属和塑料的添加剂制造的商业化是普遍的，但陶瓷材料却不是这样
陶瓷的三维打印可以推进从医疗保健——想象人工骨骼和牙科植入物——到工业工具和电子技术——陶瓷可以经受金属无法经受的高温
然而，将陶瓷材料与当今的三维印刷技术相结合是困难的，因为陶瓷易碎，需要超高温，并且我们不知道如何在印刷过程中控制它们的性质
贾延的研究取得了进展，导致一个定制的微波反应器被集成到位于美国能源部布鲁克海文国家实验室的x光粉末衍射(XPD)束线中
信用:美国能源部布鲁克海文国家实验室 Jayan的发现来自非常规实验，这些实验依赖于工具的组合
她使用x光对分布函数分析来提供氧化锡暴露于微波辐射时的实时原位结构信息
她将这些结果与未经电磁场照射合成的氧化锡进行了比较
比较表明，微波通过干扰氧亚晶格影响原子尺度结构
“我们第一个通过设计一种方法在化学反应过程中实时观察微波来证明微波产生了这种局部相互作用，”贾扬说
这些实验极难进行，需要定制的微波反应器
(与最初的家用烤箱相比，这代表了成本和工程上的重大升级)
该反应堆是与格尔林应用工程公司合作设计的，实验是在美国能源部布鲁克海文国家实验室(BNL)进行的
医生
桑吉·高斯和博士
BNL的首席科学家白建明在帮助贾延的团队将微波反应堆集成到束线方面发挥了重要作用
“这项研究的另一个收获是，微波不仅仅可以加热
他们可以有非热效应，这可以像拼图一样重新排列材料的结构，”贾扬说
基于这一概念，她正在研究如何利用微波来制造新材料
贾延的研究结果发表在《材料化学杂志》上，在“原位同步加速器对分布函数分析以监测电磁激发下的合成路径
“这篇论文被认为是2020年《新兴研究者》杂志的一部分
贾恩的工作得到了美国青年研究员基金的支持
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国防部，空军科学研究办公室
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