2018休斯敦大学暑期实习项目(2)-华中科技大学启明学院
  • 斯坦福/伯克利第三期暑期学术课程

  • 工程导论:李培根院士

  • 科学思维与研究方法:国家教学名师 余龙江教授

2018休斯敦大学暑期实习项目(2)

作者:时间:2018-08-06点击数:编辑:文芳

综述篇

本周是2018年华中科技大学同学来休斯敦大学进行暑期实习的第二周。在导师们和学长学姐们的指导和带领下,同学们已经逐渐适应了在Houston的生活,开始全身心地投入到实习任务中。这周同学们到实验室的时间普遍早于上一周,有效工作时间显著增加。

个人篇

UH实习日志|李昌

这周是来到休斯顿的第二周。我们在第一周适应这边的生活环境和方式后,一切基本上都settle down了,一天的工作和生活节奏也基本都稳定下来了。


这周的主要科研任务仍然是学习理论计算所需的各种基础知识和计算机技能。我后面2个多月的科研方向可能主要以通过计算材料学的方法来解释和模拟锂离子电池的充放电过程,以及在这些过程中发生的化学反应,离子运动路径,电化学稳定性等涉及到锂离子电池的重要性能。由于之前在学校的科研大多涉及到的是有关电池的实验性科研,因此为了能够在之后独立承担计算任务,我目前所需要补充和学习的东西主要包括作为理论基础知识的量子力学,和作为计算工具的LinuxVasp,同时为了可以将计算材料学应用到电池领域,我需要阅读大量的文献来提升自己对这个全新领域的认知以及思维方式。


 

   

           


基于以上这些东西,我每天的生活大致就是早上9:00到实验室后开始学习Linux操作和Vasp的使用;而中午在实验室吃过饭后开始学习量子力学的理论知识和阅读文献。因此我的工作相对于我的另外两位同伴来讲要轻松很多,因为不需要进行化学合成,装电池等实验过程,只是每天坐在办公室里对着我的laptop看上89个小时。当然,这引起的结果就是每天临近下班的时候,电脑屏幕上的字对我来说就和蚂蚁群一样,而腰因为坐太久也会不太舒服。

                                           


说下这周生活上的事吧。一日三餐依旧是和上周一样,我,张紫荆和北大的小哥三个人一起做饭,偶尔也会去食堂吃饭,或者下饺子面条吃。这周的天气比上周要凉快不少,迟到的雨终于是来了,虽然下的时间不长,但已经很满足了,天空是贼好看!


     

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UH实习日志|张紫荆

来到休斯顿的第二周结束了,生活和学习都走上了正轨。

我和住在一个公寓楼的小伙伴每天晚上一起做饭,吃完晚饭后再准备第二天中午的食物,十分有条不紊。在菜色上,我们亲自动手尝试了香辣炖豆腐,香辣鸡翅,蒜香虾等等颇具挑战的菜品。并且为了向实验室的师兄表示感谢,做了几个拿手的菜带去实验室中午和师兄们一起共同品尝,期间气氛其乐融融,大家不断聊起自己在外求学和生活以及几千在国内的趣事。

在学习上,周五实验室的姚教授在国内的各种会议讲座活动结束了也回国了,实验室的师兄和我们三个实习生都打起十二分的精神迎接姚教授回国。我把自己最近做的实验和阅读的文献总结成PPT以备教授随时检查。也是对自己工作学习的记录和回顾。在实验上,这周完成了电解质的制备和性能测试,同时正在学习怎样科学绘图展示自己的数据分析结果。自己完整组装了一个电池,并且学习其性能测试的软件的应用。学会了怎样测试其电导率,GCPICV

周六的工作结束后师兄驾车带我们去超市兑换Money order来付房租。美国money order的兑换只能用现金或者储蓄卡,用信用卡的手续费十分高。但有些地方坚持使用money order或者check来支付,我觉得十分不方便,不禁感叹国内移动支付的安全和便捷。从超市出来又去了中国城附近吃饭和购买下一周的食材。从超市出来发现天边出现了彩虹,让我们十分惊喜。这就是给本周带来的一个美好的结束吧。

UH实习日志|关晨宇

抵达休斯顿的第二周,经历过了痛苦的倒时差后,正式开始了在这边的暑期研究实习。

我所在实验室的负责人Brankovic教授是国际电化学学会电化学沉积分支的主席,主攻电化学方法沉积尤其是贵金属上的单原子层薄膜沉积,因此其无论是在实验室仪器管理方面还是在设计并进行实验方面都显示出十分高的专业素养。作为实习生的我,按照他的要求,首先也是最重要的就是熟悉电化学沉积的相关原理和化学实验室的操作规范,他还一口气就指派两个mentor来辅导我以使我尽快熟悉这些内容。因此对我而言,正式进入实验室的第一周恐怕也是最艰难的一周。

这样的艰难首先表现在无数的文献资料上。虽然已经了解了基本的电化学原理知识,但在这里我需要学习更多更深入的内容,包括金属晶体学原理,electrodeposition, under potential deposition, electroless deposition以及首先由Brankovic教授发现并成为他的实验室主攻方向的Surface-Limited Redox ReactionSLRR)。理想情况下我应该在一周之内熟悉这些内容并在脑海中形成关于它们之间相互关联的清晰结构。坦白说,这些逻辑内容对于华科的学生来说还不至于太困难,整个学习过程中最大的挑战却反倒是平时忽略太多的元素周期表。简单来讲,因为我们从来没有真正掌握过化学元素和化合物的英文表示方法,在碰到文献上各种纷繁复杂的单词时我们中国学生往往会一头雾水不知所措,而这样的障碍也无形中大大增加了整个过程的工作量。

不得不说每一篇文章和资料都是难啃的骨头

另一个学习过程中的障碍便是无法专心研读文献,因为两位热心的mentor在操作实验仪器时总会喊我在身边以便我能同时熟悉实验仪器的操作。但很快我便意识到这二者矛盾的本质其实是一个时间管理的问题,只要能合理安排使阅读文献和实验操作时间错开的话这个问题完全可以迎刃而解,况且当考虑到他们这样的做法也完全是站在我的立场为我着想时,心里对这种安排的抵触心理也就小很多了。有了这样积极的态度,我便选择每天早上趁他们上班之前抓紧时间读文献,而他们上班之后我会详细询问他们要进行的实验和操作仪器的时间,这样我对他们的实验安排有了充分的了解之后也就能够据此灵活规划我的时间了。这样的结果也是令人欣喜的,第一周下来我便完成了大约80%的文献阅读量,还学习到了Raman spectroscopy Scanning Tunneling Microscopy 两种化合物表征的重要仪器的操作方法,算是收获满满了吧!


实地操作了传说中的扫描隧道显微镜

UH实习日志|赵隽逸


由于我到美国的时间比较晚,为了赶上先到同学的科研进度,我基本上没有给自己留倒时差的时间就直接去找老师面谈,希望能够确定科研方向了。

我的导师是哈佛大学的博士后,师从应用物理学界大师级人物 Prof. Capasso。面谈刚开始,我还是挺紧张的,尽管老师还是蛮nice的。老师先问了我的之前的研究方向,我大体说了一下。当他听到我做过电喷印的时候,他竟然楞了一下,貌似不知道是什么意思,然后我就解释了一下,他好像听懂了。奥对,再去他实验室的路上,我还跟他聊了一下我之前有关利用智能材料的一些想法,大概是利用一种能够对外界光刺激做出反应的材料,再加上老师擅长的光催化领域,进而来模拟一个植物光合作用的过程。然后就是做一个通过改变光强弱,方向等方式,来驱动软材料从而做一个软体机器人的idea

他问我是不是对软的东西感兴趣,我回答是的。然后他就提到课题组一个博士最近的项目是有关流体的,然后就打电话把那个师兄叫来了。然后询问了一下他这个有关ferrofluids项目的进展。师兄向老师展示了几张实验的照片,大概就是说用激光可以在ferrofluids上写字。老师说看看能不能做啥应用,让我想想有没有啥好的应用方式。另外,老师提了一下,他打算和kent state universityQuan Li老师,一个做液晶技术技术很有名的老师的实验室,进行合作。也是让我们想想有没有啥比较新颖的应用方式,然后两个实验室合作搞一下。

所以,总结一下,目前,老师给了我三个任务:1、学习使用Diamond Anvil Cell2、和师兄一起做有关ferrofluids的项目;3、结合肯特州立大学那个做液晶技术的老师的项目,我们想一个好的应用方式,从而两个实验室进行合作。

1  ferrofluids 受磁场作用实验图  图2 ferrofluids 的流体特性


这几天遇到的最头疼的问题 DAC设备的操作。最难操作的就是将高压腔的上下两个cell配合好。原理大体设这样的:由于要在这个高压腔里施加高压(最高压力可达30GPa,所以这两个合金制的cell必须要充分密封好,防止漏气;而该设备采用的密封方式是配合密封方式,也就是说,依靠上下两个金属cell的充分贴合来实现密封。按照我们互换性与技术测量的原理,必须采用过渡配合方式,甚至是过盈配合方式,这样才能保证两个cell充分贴合,不能漏气,进而才能实现高压环境。由于需要承受30GPa之高的压力,可想而知,这两个金属cell的公差要求是非常之高的,这也为我的装配过程带来了极大的麻烦。由于两个cell都是圆柱体,所以必须保证两个cell完全同轴才能够安装进去,所以对转配过程的同轴度要求非常高。而且,由于是过渡甚至是过盈配合,我必须要两个cell的接触面上抹上vacuum greese才能配合上。然而,即便这样,我花了一整个上午的时间也没有装进去。期间,我有过一个idea,就是拿绳子把上半部分吊起来,这样整个装置可以在重力的作用下,保持竖直状态,但是这个想法又被我否定了,因为该装置没有很合适的悬挂孔位。

下午去实验室,我尝试多抹了一些vacuum greese。果然效果还不错,尝试了几次之后,果然放进去了。之后,又成功了一次,感觉稍微有了一点手感。

3  光学实验

4 DAC实验装置


UH实习日志|梁子云

我在27号乘飞机到美国休斯敦,在第一周中,完成报到,参加orientation,与导师见面沟通工作和进行初步的学习准备工作。

与导师商量后,决定用一半的时间进行机器学习和深度学习的研究和python语言的强化训练。另一半时间参与到实验室现有的项目中。目前实验室的项目包括肺部肿瘤检测,免疫系统细胞检测和脑部细胞疾病诊断等。采用深度学习训练的的方式进行医疗图像识别。在进行了学习规划后,我们开始在实验室的工作。

实验室的氛围愉快,设备先进,环境优美。这一周中,学习了线性回归等机器学习方法。

本周的活动十分丰富,在周末中,我们去赫尔曼公园划船,并用Dr. Becker实验室的传感器监测了湖中的鱼。


接着我们去了动物园,休斯敦动物园有着将近900种动物,美国动物园与中国动物园中的动物种类差别很大,也让我看到了很多电影动画片的动物设计原型。

在这之后,我们参观了休斯敦的莱斯大学。这座有着悠久历史的庄园式学校让我感受到了贵族学校的富丽堂皇。


希望在适应新生活之后能进一步提高学习效率,充分利用这三个月的学习时间。


UH实习日志|熊雨琴

我在722日到达美国休斯顿,下午就去超市买了一些日常生活用品,在超市附近的墨西哥餐馆吃了墨西哥菜。

第二天周一我就去了休斯顿大学,参观了一下校园并报到。因为我的导师并不在美国国内,我用邮件和导师交流了一下今后我要做的事。周二我先和实验室的博士学长交流了一下,他建议我先在网络coursera上学习人工智能的课程,先对机器学习有初步的了解,然后再学习深入学习,最后可以做一个简单的小项目。然后,我就开始了人工智能课程的学习。


通过学习了几天的机器学习课程,我了解到了许多有关人工智能的基础知识。比如,训练一个线性回归或者逻辑回归的函数、通过计算它的代价函数并经过梯度算法把代价函数减少到最小即得到全局最低值、然后这个通过拟合的函数就能够根据输入的变量进行预测或者判断来达到机器学习的目的。比如下图的房价预测。


在周末,我们一起去了赫尔曼公园划船。这是因为同住的同学有一个鱼类探测器要在较空旷的的水域进行测试,我们就来到了离家较近的赫尔曼公园。这里有个小湖,我们就在小湖上拽着探测器进行了实验。

拽着探测器绕着湖转了几圈,收集好了足够的数据,我们就去了公园旁边的莱斯大学。莱斯大学的校园氛围和休斯顿大学的完全不一样,莱斯大学校园很小,但是每一栋楼都很精致,很有艺术氛围,我们都感叹其浓厚的校园氛围。

我的课程现在已经进行到第六周,已经通过了整个课程的一半,预计将会在八月中旬完成所有课程进入下一阶段。

休斯顿大学图书馆


UH实习日志|李宛泽

周一上午我给Becker教授汇报了周末对传感器的测试结果,他看上去挺高兴的,应该是对于我的工作还比较满意吧。之前3D打印的零件也完成了,另外还从一个同组人手里弄了一个O型圈,组装了一下,应该是由于3D打印机的精度问题,零件的配合有点问题,中间还滑丝了一个螺钉,明天打算干脆用螺栓连接试一下。

另外,为了准备周五的一个活动,我还要设计出三种不同结构的盒子,用以测试其溶解速率的不同。熟悉了一下3D打印软件cura


另外,这周另外一位教授来我们的实验室做了一个检查,Becker教授也跟他说了我现在正在做的项目,他认为之前测试的那个效果不好的传感器不应该杯放弃,要做进一步的测试,因为GPS可能没有完全进入能够正常工作的状态。之后又把昨天的对照实验的盒子进行了优化设计,进一步提高了内表面积,Becker教授对这一个设计比较满意,下午新设计进行了3D打印。

周四上午我们的实验室接待了一群参加夏令营的高中生,实验室的一位博士学长讲解了目前他们正在搞的一个医疗机器人。其实之前Becker教授也向我介绍过,但是当时听的并不是十分明白,现在才算知道。这个机器人是通过电磁力驱动微型机器人在人体中按着设定好的路线进行运动,从而起到检查身体,运送药物的目的。这个项目已经进行了一年多的时间但是短期内还不能投入使用。

后来我还去听了组内一位学长的硕士答辩,不过由于英语水平所限,再加上专业知识不够,并没有怎么听明白。

周五我去参加了UH一年一度的robotic day,即各个学校的老师,同学将他们在机器人方面上的作品拿出来做展示,听了他们的presentation以及之后的海报展示。在这之中,最让我震撼的不是教授们的作品,而是一组由高中生和初中生组成的团队,他们的作品是一部可以将立方体磊在一起的机器人。与之前华科航空飞豹杯的赛题很像。整个机器人的机构部分,到用java语言编写的控制部分,都是由这些最大不过高二的学生们完成的。这一点的确让人十分震撼。

下午我利用3D打印出来的零件进行了溶解实验,但是效果并不十分理想。首先,PVA材料很软,3D打印的时候很容易就会在形状改变处断裂。应该要更该设计。其次,PVA溶解速度很慢,13g材料在水中放了将近6个小时还是没有完全溶解。也许是水温和溶解度的问题。还有,PVA溶解之后会变粘,这也就导致了之前设计的十分密集的提升表面积的结构很快就粘在了一起。而且,PVA在溶解过程中会吸水,导致原本设计的定时称重的实验无法进行,因为样品重量越来越重。总之,需要提高的地方还有很多。




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