丹尼

丹尼尔℃。弗雷德里克森

电子邮件地址: 丹尼@chem.wisc.edu

房间号: 
6329
电话号码: 
608-890-1567
组关系: 
弗雷德里克森组
职位名称: 
教授
路径: 
无机
物料
物理
教育: 

理学士2000年,华盛顿大学
博士2005年,康奈尔大学
斯德哥尔摩大学博士后,2005-08

丹尼's picture

研究说明

固态化学 - 结晶学 - 化学键理论 - 物料

我们的研究的重点是该基本形式uponing合金金属一起固态化合物的结构的化学原理的说明:金属间化合物。在1923年,鲍林的NACD的X射线衍射检查2 发现金属间化合物是令人难以置信的复杂的领域。而Na(一个或多个)和CD(一个或多个)两者形式在典型金属的晶体结构(体心立方和六方最密堆积晶格,各自分别与仅有2每单位细胞数),将它们混合以简单的1:2比产生一个巨大的31“立方晶胞,含有超过1000个原子(顶部,右侧)。金属间化合物的广泛家庭提供媲美复杂,至今已发现,并且作为X射线衍射技术,晶体学方法继续推进,我们继续发现复杂的新的层中的金属间化合物的结构的实例包括诺沃特尼烟囱阶梯阶段,一个家庭选自Sn,Ga或通过过渡金属螺旋的内部其他主族元素的螺旋的螺纹形成的化合物的;和二十面体的准晶,如ybcd5.7,其结构可能是最容易通过模型理解的6D空间。

我们的宗旨是揭示这些美丽的建筑化学的起源,与获得某种程度的这种结构多样性的综合防治技术的最终目标。有了这些知识在手,我们希望用这些阶段的原子结构作为各种材料的性能的能源技术,包括超导,热电,和催化重要的优化参数。

在我们的研究中,我们结合了固态合成和先进的晶体学方法量子力学计算。学生在我们的工作组可以调整这些理论和实验的部件之间的平衡,以最适合他们的利益和目标。下面你会发现每一个的更详细的描述我们工作的这些方面。

金属间化合物的理论研究

经验观察和更早量子力学计算已引起金属间相和分子化学之间有趣的连接。电子计数规则,原子尺​​寸效应和电负性的差异都表现出在这些化合物中的工作。我们正在探索这些连接时,使用电子结构计算 - 从所述基于轨道扩展H“休克尔方法密度泛函计算 - 建立理论方案对于理解化学驱动力的金属间化合物的结构后面为此,我们“重新寻求提取从电子结构计算得出的数目的庞大阵列化学故事的新方法。

我们的理论努力正在指向探索已经出现了结构的几个家庭的计算过程中一个共同的主题:复杂的结构从片段或以新的方式融合在一起简单那些砖的电子水平仪内置。该NACD2 结构是这样的闪闪发光的例子。模型计算表明它由匹配MGCU的更简单结构的纳米尺寸块2。 NACD2 是,在根本上,所述MGCU的纳米尺寸微晶的晶体2 结构(下图)。我们现在正在努力开发复杂性,简单的周期性扰动的这个主题为预测的理论框架。

结构解析和复杂的合金相的描述
新的金属间结构的合成和结构测定提供两个输入,用于我们的理论计算和我们的其粘合的新概念的理解表达的模式。合成这些美丽结构如下的固态合成标准途径,常常需要比金属的熔融混合物的冷却更小。

它们的结构决定,而另一方面,姿势令人兴奋的结晶问题:上层建筑,不适应调制,结对帮扶,并准晶秩序只是一些我们在揭示这些化合物的原子排列面临的问题。面对这些挑战,我们使用状态的最先进的晶体学方法,如超空间建模,其中复杂的结构被看作是在4个或更多维度更简单的结构的横截面。在这方面的一个项目是十二边形准晶体的结构测定。的这些结构中的几何特征的提示与由鞋匠和鞋匠先前解决了逼近结构如下图所示。

通过结构变化的材料特性的优化
在addtion它们往往惊人的结构,金属间化合物是用于它们的材料性质有吸引力的。复杂的磁有序,超导,热电,和储氢在这个化合物家族中观察到的属性的示例。不幸的是,参展的这些现象的一个新材料的发现很大程度上是意外发现的问题。这意味着,一旦一个已用尽了

用于优化通过元素substitions和添加剂的现有材料possiblities,必须在寻求具有改进特性的材料从头开始。一个我们工作的长期目标是研究如何在金属间化合物的结构变化可以补充成分调整。在掌握几何的综合控制,我们希望引入一个新的变量 - 结构 - 在材料性能的优化。我们的第一个企业到这个之一将是尝试引入结构变化到超导体NB3GE。

奖项和荣誉

埃克森美孚固态化学教师相交,无机化学的ACS分裂 2014
总统奖的科学家和工程师 2011
能量早期的职业生涯奖的美国能源部 2010
美国国家科学基金会的事业奖 2009
美国国家科学基金会杰出MPS国际研究奖学金 2005