Mahendra Kumar Sunkara

Direttore del Conn Center per la ricerca sulle energie rinnovabili
Professore di Ingegneria Chimica  
Università di Louisville
Louisville, Kentucky, Stati Uniti

Formazione scolastica:

• Ph.D., Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio, Stati Uniti
• MS, Università Clarkson, Potsdam, New York, Stati Uniti
• B.Tech., Università di Andhra, Waltair, AP, India

Consigli agli studenti:

"Esplora la formazione con la microscopia elettronica a scansione e inizia a fare osservazioni."

Collegamenti:

Conn Centro per la ricerca sulle energie rinnovabili

Focus del lavoro:

Mahendra Kumar Sunkara dirige un centro di ricerca e sviluppo per affrontare le grandi sfide nel campo del solare fotovoltaico, dei combustibili solari, dei biocarburanti, dello stoccaggio dell'energia e dei materiali energetici avanzati. Il Conn Center ha uno staff principale di 12 persone, di cui otto eminenti ricercatori, che guidano vari temi e quattro membri del personale amministrativo/tecnico per supportare le varie attività del centro. Conn Center dispone inoltre di strutture di ricerca e sviluppo uniche che si estendono su oltre 20.000 piedi quadrati di spazio di laboratorio che includono caratterizzazione avanzata dei materiali, produzione di materiali, prototipazione e test di dispositivi energetici e impianti di produzione scalabili per energia solare, stoccaggio di energia, biomassa e biocarburanti. Il centro svolge anche un ruolo fondamentale nella definizione dell'innovazione nel prossimo parco di ricerca e nell'istituto per la realizzazione dei prodotti.

Colloquio:

D: Quando hai scoperto per la prima volta che il tuo percorso professionale si concentrava sulle nanotecnologie?
Sunkara: Durante i miei studi universitari, sono rimasto affascinato dai meccanismi di nucleazione e crescita dei cristalli nella galvanica e nella deposizione chimica da vapore. Durante il mio dottorato, ho esaminato la nucleazione dei cristalli di diamante dalla fase vapore e ho iniziato a osservare i piccoli cristalli e il ruolo dei difetti e dei meccanismi di crescita sulla morfologia finale, sulla cinetica di crescita e sulla capacità di far crescere cristalli singoli di grandi dimensioni. Ciò ha portato a un interesse significativo nello studio della struttura e della morfologia dei cristalli di diamante su scala nanometrica. Quando ho iniziato la mia carriera accademica nel 1996, ho avviato un programma di ricerca su nanofili e nanoparticelle utilizzando processi di deposizione di vapori chimici assistiti da plasma e ho iniziato a studiare processi di produzione scalabili per materiali unidimensionali e le loro prestazioni con varie applicazioni di conversione e stoccaggio dell'energia.

D: A quali attuali applicazioni della nanotecnologia stai lavorando?
Sunkara: Siamo probabilmente uno dei pochissimi gruppi di ricerca al mondo che si concentra sull’aumento della produzione di nanofili: polveri su una scala di diversi chilogrammi al giorno e array verticali su vaste aree. Grazie a queste capacità uniche, siamo attualmente concentrati sul loro utilizzo per combustibili solari, elettrocatalizzatori e applicazioni di catalizzatori eterogenei e adsorbenti di anidride carbonica. Il nostro gruppo ha svolto un lavoro unico sulla simulazione cinetica Monte-Carlo della crescita unidimensionale, nuovi materiali 2-D, crescita proposta e razionalizzata di cristalli unidimensionali utilizzando processi non convenzionali come l'autocatalisi, crescita utilizzando processi non catalitici metalli e meccanismi vapore-solido e hanno inoltre sviluppato processi unici altamente scalabili con tempi di reazione dell'ordine di pochi secondi.

D: Qual è la cosa più gratificante nel lavorare con la nanotecnologia? 
Sunkara: Non c'è mai una giornata noiosa in laboratorio quando si lavora con i nanomateriali e la loro integrazione in varie applicazioni. L’uso di materiali monodimensionali ingegnerizzati ci ha permesso di migliorare le prestazioni di diverse applicazioni di conversione e stoccaggio dell’energia di un ordine di grandezza rispetto allo stato dell’arte. Inoltre, la sintesi di materiali su scala nanometrica ci ha permesso anche di sintetizzare alcuni materiali unici che altrimenti sarebbero considerati metastabili e non potrebbero essere realizzati utilizzando tecniche tradizionali. Ad esempio, lo studio di piccole strutture di carbonio ci ha portato a fornire informazioni sulla struttura della fase n-diamante. Allo stesso modo, ci sono molti altri esempi di nuovi materiali formati durante la trasformazione di materiali unidimensionali da una composizione all'altra. Le opportunità sembrano quindi infinite ed è possibile pensare a una serie di applicazioni che utilizzano materiali e processi su scala nanometrica.

D: C'è un esempio che puoi fornire che mostra come qualcosa su cui hai lavorato ha avuto un impatto positivo sul mondo? 
Sunkara: Ci sono molti esempi. Un esempio principale che fornirò è la nostra invenzione del concetto di utilizzo di metalli non catalitici (ad esempio il gallio) per la crescita di materiali unidimensionali come i nanofili di silicio che ha portato a una serie di processi scalabili per la crescita di nanofili. Fino ad allora, i ricercatori ritenevano che fosse essenziale disporre di metalli catalitici come l’oro e il ferro per far crescere materiali 1-D. Le nostre invenzioni e concetti di processo hanno portato a processi di produzione scalabili per produrre polveri di nanofili in grandi quantità e array su vaste aree. Uno dei prodotti catalizzatori basati su nanofili di ZnO viene reso disponibile in commercio attraverso la startup (Advanced Energy Materials, LLC) per rimuovere lo zolfo nel diesel e in altri combustibili da diverse centinaia di ppm a 1 ppm. Questo prodotto sarà implementato in tutto il mondo nei prossimi uno o due anni.

D: Qual è secondo te l'impatto più grande che la nanotecnologia ha avuto finora sul mondo?
Sunkara: È difficile individuare un'applicazione o un'area in cui la nanotecnologia abbia avuto un impatto. Piuttosto, la nanotecnologia ha avuto un impatto onnipresente in molte applicazioni che vanno dai film sottili per display, compositi, conversione e stoccaggio di energia, sensori chimici e biomedici e terapie mediche.

D: Per favore, fornisca un esempio di ciò che prevede che le applicazioni nanotecnologiche porteranno in futuro.
Sunkara: Le applicazioni future riguarderanno dispositivi e sensori ingegnerizzati che coinvolgono materiali e processi su scala nanometrica su piattaforme flessibili e la fabbricazione di dispositivi su richiesta e in base alle necessità su scala globale.

D: Ti ritrovi a lavorare di più in una situazione di squadra o più da solo? 
Sunkara: Ho guidato un team all'Università di Louisville. In alcuni casi, ho collaborato con diversi scienziati di altre istituzioni come il Dr. Meyya Meyyappan della NASA Ames, il Dr. Madhu Menon dell'Università del Kentucky, il Dr. Miran Mozetic/Dr. Uros Cvelbar dell'Istituto Jozef Stefan, ecc.

D: Se lavori di più in squadra, quali sono le altre aree di competenza dei membri del tuo team? 
Sunkara: I miei collaboratori dell'Istituto Jozef Stefan avevano una grande esperienza con il plasma e i processi al plasma; il collega della NASA Ames aveva una grande conoscenza dei nanofili per sensori e dispositivi; e un collega dell'Università del Kentucky avevano una grande esperienza nell'uso di tecniche computazionali per la previsione di nuovi materiali come i nuovi materiali 2-D.

D: Da bambino eri interessato alla scienza o all'ingegneria? Qual è stata la tua esperienza allora? 
Sunkara: Fin dall'infanzia sono sempre stato il primo della classe e sono sempre stato interessato alla carriera scientifica e ingegneristica. Naturalmente, non ho avuto molta esposizione alla ricerca durante i miei giorni di scuola. Sono sempre stato affascinato dalla ricerca e dalle scoperte tecniche.

D: La tua formazione universitaria ti ha aiutato nel tuo lavoro sulle nanotecnologie? 
Sunkara: Durante il mio dottorato di ricerca presso la Case Western Reserve University, ho ricevuto un ottimo tutoraggio e formazione sotto la supervisione del professor John Angus. Mi ha insegnato a pensare in termini di meccanismi atomistici per la crescita dei cristalli e ha accresciuto il mio interesse nell'esplorazione della nucleazione e della crescita dei solidi. Mi ha ispirato a mettere in discussione l’ovvio e mi ha incoraggiato a pensare in modo diverso.

D: Se dovessi rifare tutto da capo, ti concentreresti ancora sulle applicazioni delle nanotecnologie? 
Sunkara: Sì. Mi concentrerei ancora sulle applicazioni delle nanotecnologie. Questa scala di lunghezza è interessante sia per i materiali che per i processi. Collega il mondo molecolare al mondo macroscopico influenzando notevolmente il comportamento di materiali e dispositivi.

D: Se uno studente delle scuole superiori o universitari fosse interessato alle nanotecnologie, che consiglio gli daresti per prepararsi ad assumere quei ruoli?
Sunkara: Nel mio ruolo di professore universitario, molti studenti delle scuole superiori e universitari si avvicinano a me con interesse per le nanotecnologie. Consiglio loro di esercitarsi prima con la microscopia elettronica a scansione e di iniziare a fare osservazioni. Se stanno conseguendo una laurea, consiglio vivamente loro di seguire una varietà di corsi tra cui la caratterizzazione dei materiali, la fisica dello stato solido, le proprietà ottiche ed elettriche e, se possibile, la scienza dei materiali computazionali.