美国加州理工学院材料科学系全奖博士招生 | Prof. Faber

导师简介

如果你想申请美国加州理工学院 材料科学系博士，那今天这期文章解析可能对你有用！今天Mason学长为大家详细解析加州理工学院的Prof.Faber的研究领域和代表文章，同时，我们也推出了新的内容“科研想法&开题立意”，为同学们的科研规划提供一些参考，并且会对如何申请该导师提出实用的建议！方便大家进行套磁！后续我们也将陆续解析其他大学和专业的导师，欢迎大家关注！

作为加州理工学院的Simon Ramo材料科学教授，导师是当今材料科学与工程领域最重要的学者之一。教授于1982年在加州大学伯克利分校获得材料科学博士学位，此前分别在宾夕法尼亚州立大学获得陶瓷科学硕士学位和在阿尔弗雷德大学获得陶瓷工程学士学位。她的学术生涯横跨了材料科学的多个前沿领域，从脆性材料的断裂力学到高温极端环境材料，从文化遗产保护科学到航空航天材料应用。

在加入加州理工学院之前，教授曾在西北大学材料科学与工程系担任Walter P. Murphy教授和系主任长达26年，期间她领导了价值超过2500万美元的教师研究项目，并在材料科学教育和研究管理方面积累了丰富经验。她于2014年转入加州理工学院，继续在材料科学前沿开展开创性研究。

研究领域

导师的研究兴趣极为广泛且前沿，主要集中在以下几个核心领域：

1. 脆性材料断裂力学与增韧机制：这是教授最为知名的研究领域，她与Evans教授共同提出的Faber-Evans裂纹偏转模型已成为该领域的经典理论，被引用超过800次。
2. 极端环境陶瓷材料：包括用于发电设备的热阻挡涂层和环境阻挡涂层，以及航空航天应用中的超高温陶瓷材料。
3. 多孔陶瓷的结构设计与功能调控：特别是通过冷冻铸造技术制备具有定向孔隙结构的陶瓷材料，用于过滤、生物医学和能源应用。
4. 文化遗产科学：将先进的材料表征技术应用于艺术品保护和历史文物研究，是该交叉领域的开拓者之一。
5. 形状记忆陶瓷材料：基于氧化锆的马氏体相变机制开发宏观尺度的陶瓷形状记忆和超弹性材料。

研究分析

1. 《Improving molten regolith electrolysis with zirconia-based hollow anode technology》

发表于《Acta Astronautica》（2025年）

这项研究聚焦于月球原位资源利用（ISRU）技术，通过开发基于氧化锆的中空阳极技术来改进熔融月壤电解制氧过程。该研究对于未来月球基地建设和深空探索具有重要意义，展示了导师在航空航天材料应用方面的前沿贡献。研究结果表明，氧化锆基阳极在1600°C的极端条件下表现出优异的耐腐蚀性能和结构稳定性。

2. 《Clear as mud redefined: Tunable transparent mineral scaffolds for visualizing microbial processes below ground》

发表于《PNAS Nexus》（2025年）

这项创新性研究开发了可调控的透明矿物支架，用于可视化研究地下微生物过程。通过改进冷冻铸造技术，制备出光学透明且结构复杂的三维支架材料，解决了传统不透明多孔介质难以直接观察微生物活动的难题。该研究为地球化学循环和生态系统健康研究提供了新的实验工具。

3. 《Shape memory and superelasticity in polycrystalline ceria-stabilized zirconia honeycombs》

发表于《Acta Materialia》（2024年）

这项研究在形状记忆陶瓷领域取得了重大突破，首次在多晶陶瓷蜂窝结构中实现了宏观尺度的形状记忆和超弹性行为。通过精确控制孔隙结构和相变机制，成功克服了块体陶瓷中体积变化导致的开裂问题，在25 MPa压应力和5%应变条件下实现了稳定的形状记忆效应。

4. 《Thermochemical interactions between yttria-stabilized zirconia and molten lunar regolith simulants》

发表于《Journal of the American Ceramic Society》（2024年）

该研究系统评估了钇稳定氧化锆（YSZ）与熔融月球土壤模拟物之间的热化学相互作用，为月球原位资源利用技术提供了重要的材料设计依据。研究表明YSZ在极端条件下的化学稳定性使其成为月球环境应用的理想材料。

5. 《Chemical Transformations of 2D Kaolinic Clay Mineral Surfaces from Sulfuric Acid Exposure》

发表于《Langmuir》（2023年）

这项研究揭示了二维高岭土矿物表面在硫酸暴露下的化学转化机理，对理解环境污染条件下矿物材料的稳定性具有重要意义。该研究结合了表面科学和材料化学的多学科方法。

6. 《Gradient-controlled freeze casting of preceramic polymers》

发表于《Journal of the European Ceramic Society》（2023年）

这项研究开发了梯度控制的陶瓷前驱体聚合物冷冻铸造技术，实现了孔隙结构的精确调控。该技术为制备功能梯度陶瓷材料提供了新的加工方法，在生物医学和工程应用中具有广阔前景。

项目分析

1. NASA喷气推进实验室（JPL）合作项目：极端环境陶瓷材料

该项目专注于开发用于深空探索的先进陶瓷材料系统，包括霍尔效应推进器用六方氮化硼-石墨双材料系统的研发。项目通过碳热还原反应在石墨基体表面生长六方氮化硼层，创造出兼具介电性能和热冲击抗性的复合材料。该项目不仅推进了电推进技术的发展，还为未来火星探测和深空任务提供了关键材料技术支撑。

2. 阿贡国家实验室先进光子源（APS）同步辐射研究项目

导师与阿贡国家实验室合作，利用同步辐射X射线技术研究材料的基本性质。该项目采用微计算机断层扫描和高能衍射显微技术相结合的方法，实现了裂纹萌生和扩展过程的原位观察，同时追踪裂纹前端几何形状和周围微观结构的演变。这项研究为脆性材料的断裂机理提供了前所未有的洞察，并为材料设计提供了重要指导。

3. 西北大学-芝加哥艺术学院艺术科学研究中心（NU-ACCESS）

作为该中心的联合创始人和联合主任，教授开创了材料科学在文化遗产保护中的应用。该项目将先进的材料表征和分析技术应用于历史文物的保护科学研究，特别是在迈森瓷器的科学认证方面取得了重要成果。通过X射线衍射、扫描电镜和化学表征等方法，成功解析了18世纪早期博特格金属光泽瓷器的制作工艺和材料组成，为艺术史研究和文物保护提供了科学依据。

研究想法

1.仿生多级结构陶瓷材料设计

• 立意背景：自然界中的生物矿物（如海绵骨架、棘皮动物外壳）展现出卓越的力学性能，这得益于其跨多个长度尺度的精细结构设计。
• 创新点：结合冷冻铸造技术和仿生学原理，设计制备具有多级有序结构的陶瓷基复合材料，实现轻质高强的性能组合。
• 技术路径：通过控制冷冻铸造过程中的温度梯度和溶剂种类，在不同尺度上调控孔隙结构，结合生物模板和添加剂技术实现多级结构的精确构建。

2. 智能响应型环境阻挡涂层系统

• 立意背景：传统环境阻挡涂层在复杂服役环境下易失效，需要开发能够响应环境变化的智能涂层系统。
• 创新点：基于形状记忆陶瓷原理，开发能够响应温度和化学环境变化的自愈合环境阻挡涂层，延长高温部件的服役寿命。
• 技术路径：利用马氏体相变机制和微胶囊自愈合技术，设计多功能涂层体系，实现损伤自修复和性能自调节。

3. 月球原位制造用陶瓷材料体系

• 立意背景：未来月球基地建设需要利用月球本土资源制造建筑和功能材料，传统地球材料体系不适用于月球环境。
• 创新点：基于月球矿物成分特点，开发适用于月球环境的陶瓷材料制备工艺和性能优化策略。
• 技术路径：研究月球矿物的高温相变行为，开发基于太阳能和微波加热的陶瓷烧结技术，实现月球原位陶瓷制造。

4. 数字化文化遗产保护材料技术

• 立意背景：传统文物保护方法往往破坏性较大，需要开发非破坏性的材料保护和修复技术。
• 创新点：结合人工智能、先进表征技术和材料科学，建立文物材料的数字化分析和虚拟修复技术平台。
• 技术路径：利用机器学习算法分析历史文物的材料特征，开发兼容性保护材料，实现精准修复。

5. 超高温形状记忆陶瓷基复合材料

• 立意背景：航空航天和能源领域需要能在极端高温下工作的智能材料，现有金属基形状记忆合金无法满足要求。
• 创新点：开发工作温度超过1000°C的陶瓷基形状记忆复合材料，拓展形状记忆材料的应用领域。
• 技术路径：基于高温稳定的陶瓷基体和纤维增强体，利用马氏体相变和孪晶变形机制实现高温形状记忆效应。

申请建议

1. 学术背景要求与准备

• 强化基础学科知识：申请者需要具备扎实的材料科学、物理化学、固体物理和机械工程基础。特别是要深入理解陶瓷材料的相图、相变机理、烧结理论和力学行为。建议申请者在本科或硕士阶段选修相关课程，如《陶瓷材料学》、《材料热力学》、《固体力学》等。
• 掌握先进表征技术：教授的研究大量依赖先进的材料表征技术，包括同步辐射X射线技术、电子显微镜、原子力显微镜等。申请者应主动学习这些技术的原理和应用，最好有相关实验经验。
• 培养交叉学科思维：导师的研究涉及材料科学、机械工程、化学工程、地质学等多个学科。申请者需要具备跨学科的知识背景和研究视野，能够从不同角度思考和解决材料科学问题。

2. 研究经历与技能准备

• 冷冻铸造技术经验：这是导师课题组的核心技术之一，申请者如果有相关经验将大大增加申请成功率。可以通过参与相关研究项目或者独立开展小型研究来获得经验。
• 高温材料研究背景：由于导师的研究重点是极端环境材料，申请者应具备高温材料制备、表征和性能评价的经验。包括高温炉操作、高温力学测试、热分析技术等。
• 计算机模拟能力：现代材料研究越来越依赖计算机模拟，申请者应掌握有限元分析、分子动力学模拟、相场模拟等计算工具，如ABAQUS、LAMMPS、COMSOL等软件。

3. 学术研究方向匹配

• 深入了解导师研究方向：申请者应仔细研读导师近5年的重要论文，理解其研究思路和技术路线。特别关注导师在《Acta Materialia》、《Journal of the American Ceramic Society》等顶级期刊上的最新发表。
• 制定明确的研究计划：在申请时提出具体可行的研究计划，最好能与导师现有项目产生协同效应。例如，如果申请者有航空航天背景，可以重点关注环境阻挡涂层或月球材料相关研究。
• 关注前沿热点问题：材料科学发展迅速，申请者应关注能源材料、生物材料、智能材料等前沿方向，思考如何将导师的核心技术应用到这些新兴领域。

4. 软技能与综合素质

• 国际化视野和合作经验：导师与NASA JPL、阿贡国家实验室等机构有密切合作，申请者如果有国际合作经验或者对航空航天应用有深入了解，将具有显著优势。
• 跨学科沟通能力：导师的研究涉及艺术保护、生物医学等交叉领域，申请者需要具备与不同背景专家沟通合作的能力。可以通过参与跨学科项目或学术会议来培养这种能力。

博士背景

Felix，美国top10学院数学系博士生，专注于代数拓扑和高维数据分析的交叉研究。擅长运用持续同调理论和拓扑数据分析方法，探索复杂网络结构和高维数据集的几何特性。在研究拓扑机器学习算法及其在材料科学中的应用方面取得重要突破。曾获美国数学协会青年研究员奖，研究成果发表于《Annals of Mathematics》和《Journal of the American Mathematical Society》等顶级期刊。