美女科学家

硅负极商业化应用的瓶颈硅负极具有极高的理论比容量（＞3500 mAh/g）、较低的充放电电压平台（0.5 V vs. Li+/Li）以及非常丰富的自然储量等优势，被认为是下一代高能量密度锂离子电池最具发展潜力的负极材料之一。然而，在实际应用中，硅负极面临着一个迄今尚未解决的技术瓶颈，即较差的循环稳定性。特别是硅基全电池，其循环性能往往不超过100圈，这主要归功于硅负极的本征缺陷：1）硅负极在嵌锂和脱锂过程中会发生较大的体积变化(300%)，极易导致硅颗粒的破裂和粉化，以及与集流体的剥离；2）由于Li-Si 合金的高反应性，会导致固体电解质界面膜（solid electrolyte interphase, SEI）的不断破裂和重新生成，造成电解液和活性锂的持续消耗，最终造成硅负极的容量快速衰减。针对硅负极存在的问题和挑战，科学家们开发了许多先进的改性策略来缓解容量衰减，如纳米结构设计、探索新型聚合物粘结剂、电解液改性、不同的预锂化策略和硅/石墨复合等等。尽管这些策略均在一定程度上提高了硅负极的循环性能，但是没有一种策略能够同时解决上述所有问题，硅负极的商业化应用之路仍然任重道远。突破瓶颈，新型微硅全固态电池稳定循环500次，容量保持率高达80%2021年9月24日，加州大学圣地亚哥分校的华人美女科学家孟颖（Ying Shirley Meng）教授团队提出了一种全新的方案可以一次性解决硅负极面临的上述问题，即通过使用硫化物固态电解质以及不含碳的99.9 wt.%微硅(μSi)阳极的组合，组装了一种高性能的纯硅阳极全固态电池（ASSB）。所制备的全电池不仅能够在高面电流密度（5 mA cm-2）和宽温度范围内（-20 ℃到80℃）稳定运行，还可以提供高达 11 mAh cm-2 (2890 mAh g-1) 的面积容量。研究表明，该电池可以在5 mA cm-2的电流密度下稳定循环 500 次，容量保持率高达 80% ，且平均库伦效率高达99.9% ，是迄今为止报道的微硅全电池的最佳性能。如此优异的性能主要归因于微硅阳极和硫化物电解质之间理想的界面特性以及锂硅合金独特的化学机械行为，从而彻底解决了硅负极存在的连续的界面生长和不可逆的锂损失等问题。上述研究成果以“Carbon-free high-loading silicon anodes enabled by sulfide solid electrolytes”为题，发表在国际顶级期刊《Science》上。文章的第一作者是加州大学圣地亚哥分校的Darren H. S. Tan博士，通讯作者是孟颖（Ying Shirley Meng）教授和Zheng Chen教授。值得注意的是，早在2017年，Darren H. S. Tan、ERIK A. WU、ZHENG CHEN 和Ying Shirley Meng便共同创立了一家专注于全固态电池技术的初创公司 UNIGRID Battery。其中，Darren H. S. Tan为公司的CEO，ERIK A. WU担任公司的CTO，ZHENG CHEN 和Ying Shirley Meng教授担任公司的技术顾问。目前，该公司已经获得文章所开发的技术的使用权。微硅全固态电池的设计思路和创新之处1）选择基于硫化物的固态电解质(SSE)可以保证优异的界面特性。由于硅负极的稳定性问题主要来自阳极与液体电解质的界面，因此作者选择使用SSE，因为它能够形成稳定且钝化的 SEI。同时，与传统的液态电池结构不同，SSE 不渗透多孔 μSi 电极（图 1），且将SSE 和 μSi 电极之间的界面接触面积减少到二维（2D）平面。在 μSi 锂化后，尽管体积膨胀，但二维平面仍被保留，从而防止了新的SEI界面产生。2）制备出由99.9 wt% μSi 和0.1%PVDF组成的纯硅阳极，去除阳极中碳导电添加剂，可以减少SSE的分解和不必要的副反应。碳的消除显着减少了与固体电解质的界面接触（和不需要的副反应），避免了液体电解质通常发生的连续容量损失。同时，如图 1 所示，负极 μSi 颗粒保持彼此直接的离子 (Li+) 和电子 (e-) 接触，确保了 Li+ 的快速扩散和 e- 在整个电极中的传输，不受任何电子绝缘成分（如 SEI 或电解质）的阻碍。鉴于此，作者使用由 99.9 wt% μSi 组成的 μSi 电极、硫化物SSE和锂镍钴锰氧化物 (NCM811)组装了一种纯硅μSi||SSE|| NCM811全固态电池。在锂化过程中，在 μSi 和 SSE 之间形成钝化 SEI，然后在界面附近对 μSi 颗粒进行锂化。然后，高反应性的 Li-Si 与其附近的 Si 颗粒发生反应。反应在整个电极中传播，形成致密的 Li-Si 层。值得注意的是，得益于 Li-Si 和 μSi 颗粒之间的直接离子和电子接触，在 μSi 锂化过程中，Li-Si 的形成可以在整个电极中传播（图 1）。而且，这个过程是高度可逆的，不需要任何过量的锂。图 1.ASSB 全电池中 99.9 wt% μSi 电极的示意图。无碳纯硅阳极减少了SSE的分解，Si-SSE界面的钝化阻止了不必要的副反应为了证明消除阳极中碳的重要性，以及 Si-SSE 界面的钝化性质，研究人员制备了两种有20wt%碳添加剂和无碳添加剂的硅阳极，并表征和量化了 SSE 分解产生的 SEI 产物。CV曲线显示，不含碳的电池表现出大约 3.5 V 的初始电压平台，这是 μSi||NCM811 全电池的典型特征（图2A）。然而，含 20 wt % 碳的电池却在2.5 V 处出现电压平台，这说明在达到 3.5 V 以上的锂化电位前发生了SSE 电化学分解。XRD表征同样证实，在使用碳的电池中，大部分原始 SSE 的衍射信号不再存在（图2B），表明电解质严重分解。XPS分析进一步表明，碳的存在会导致更大程度的 SSE 分解。与不含碳的电极（图 2C 中间）相比，含碳电极（图 2C，底部）的 PS43-硫代磷酸盐单元信号的峰值强度下降幅度更大。因此，与传统的含碳电极相比，无碳电极将大大减少 SSE 分解，从而提高电池的首次循环库仑效率 (CE%) 和倍率性能。图 2. Si-SSE 界面SI成分的表征。同时，研究人员还采用滴定气相色谱 (TGC) 来量化 SEI 增长并确定其钝化和稳定性质。通过组装五个 μSi||SSE||NCM811 全电池，并分别进行 1 到 5 次循环（图 3A）发现：所有电池的首次库伦效率均大约76%，第二圈就迅速上升至 99%。结果表明，在第一次循环后，发现形成的 SEI 总量为电池容量的 11.7%，而在第二次循环中这一数量略有增加至 12.4%。在随后的循环中，发现累积的 SEI 和活性 Li+ 均保持稳定且相对不变，表明界面钝化可防止 Li-Si 与电解质之间发生不必要的连续反应。为了评估延长循环期间的 SEI 稳定性，研究人员制造了一个 Li-Si 对称电池，并在 5 mA cm-2 下循环，每次循环使用 2 mAh cm-2 的容量（图 3C）。电化学阻抗谱 (EIS) 测量发现阻抗在 200 次循环后保持稳定（图 3D），证实 SEI 在本质上是钝化的。图 3. SEI 增长的量化效应。(A) 滴定气相色谱中使用的全电池的电压曲线， (B) Li-Si 和 SEI 相对于电池容量的相对含量， (C) Li-Si 对称电池的电压曲线，和 (D) EIS奈奎斯特图。Li-Si 和 SSE独特的化学和机械性能保证了良好的界面接触为了可视化 Li-Si 的形态演变，研究人员采用聚焦离子束SEM技术表征了在原始、锂化和脱锂状态下三个单独的 μSi 电极的横截面形貌：1）在原始状态下（图 4A），观察到离散的 μSi 颗粒（2 至 5 μm），压延后电极孔隙率为 40%；2） 锂化后（图 4B），电极变得致密，大部分孔隙在原始 μSi 颗粒之间消失。此外，单独的 μSi 颗粒之间的边界已经完全消失，整个电极已成为相互连接的致密锂硅合金；3）脱锂后（图 4C），μSi 电极并没有恢复到其原始的紧密微粒结构，而是形成了大颗粒，且大颗粒之间存在空隙。能量色散 X 射线 (EDS) 成像证实孔隙确实是空隙，没有证据表明每个脱锂颗粒之间存在 SEI 或 SSE。相比之下，由于整个颗粒表面形成了SEI，液态体系下的锂化 μSi 颗粒不会合并并保持分离。为了进一步量化循环过程中的厚度增长和孔隙率变化，研究人员还制备了质量负载约为 3.8 mg cm-2 的 μSi 电极，并在充电和放电状态下测量了它们的厚度。在原始状态下，电极的厚度为约 27 μm，在锂化为 Li3.35Si 后，厚度增加到约 55 μm，脱锂后厚度达到约 40 μm，计算出的孔隙率为约 30%。与原始 40% 相比，脱锂状态下的孔隙率较低。尽管厚度和孔隙率变化相对较大，但在多次循环后观察到相似的形态和厚度，SSE 层和脱锂的 Li-Si 的多孔结构之间仍然保持良好的接触（图 4C）。这表明 Li-Si 和 SSE 的机械性能在保持界面完整性以及沿 2D 界面保持与阳极的接触方面起着至关重要的作用。图 4. 99.9 wt % 微硅负极的锂化和脱锂的可视化。(A) μSi 电极的原始多孔微结构， (B) 锂化后具有致密互连 Li-Si 结构， (C) 脱离后形成大而致密的 Si 颗粒，且颗粒之间形成空隙。纯硅阳极全电池性能得益于上述的 组合优势，该μSi||SSE|| NCM811全固态电池可以实现高达 5 mA cm-2 的电流密度、-20° 和 80°C 之间的工作温度范围以及高达 11 mAh cm-2 (2890 mAh g-1) 的面积容量（图5）。同时μSi||SSE|| NCM811在 5 mA cm-2 下进行500 次循环后仍然可提供 80% 的容量保持率，证明了纯微硅阳极全固态电池具有优异的循环稳定性。图 5. μSi||SSE||NCM811 全固态电池性能：(A) 高电流密度测试， (B) 宽温度范围测试， (C) 高面积容量测试， (D) 室温下的循环寿命。总体而言，这种方法为解决μSi阳极存在的基本界面和性能问题提供了新的解决方案，对推进硅负极商业化具有重要的意义。作者简介通讯作者：孟颖 (Ying Shirley Meng)孟颖教授在中国杭州出生并长大，在新加坡接受高等教育。2005 年获得新加坡-麻省理工学院联盟微纳米系统高级材料博士学位，随后进入麻省理工学院从事博士后研究。2011 年获得美国国家科学基金会 (NSF) CAREER 奖，2013 年获得加州大学圣地亚哥分校校长跨学科合作奖，2014 年巴斯夫和大众汽车电化学科学奖，电化学学会 CW Tobias 青年研究员奖（2016 年），IUMRS-新加坡青年科学家研究奖（2017 年）、国际储能与创新联盟（ICESI）首届青年职业奖（2018 年）、美国化学学会 ACS 应用材料与界面青年研究员奖（2018 年）和 Blavatnik 国家奖（2018 年）入围者。孟颖教授目前是加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) 纳米工程和材料科学教授， Zable Endowed 能源技术讲座教授，UCSD可持续电力和能源中心 (http://spec.ucsd.edu) 的创始主任。主要从事能源转换与储存设备（锂离子电池，锂金属电池，锂空气电池，钠离子电池，全固态电池，太阳能电池）的研究，在Science，Nature，Nature Energy等学术期刊上总共发表论文500余篇，h-index 86，被引用25400余次。参考文献：Tan et al., Carbon-free high-loading silicon anodes enabled by sulfide solid electrolytes. Science 373, 1494–1499 (2021). DOI: 10.1126/science.abg7217

p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 20177132114314050.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/noimg/8678124c-25b8-473c-bc30-4f66383b3abb.jpg" / /p p 　　在这个竞争日益激烈、节奏不断加快的时代，很多人的生活都被工作占去了大量的时间，科学家当然也不例外。 /p p 　　一些科学家希望改变这种现状。今年5月31日，《自然》杂志发表了一篇探讨科学家工作时间的文章《科学家职场习惯：全职已经足够了》。文章列举了几位青年女科学家对职场工作时间的看法，她们主张合理用时，认为“工作到晚上六点都没必要”。 /p p 　　但实际上，在许多领域，漫长的工作时间仍然是科学研究人员的常态。2016年《自然》杂志曾进行过一项关于全球青年科研人员的民意调查，结果有38%的人反馈他们一周工作的时间超过60小时，其中9%的人称每周工作超过80小时。同时也有研究表明，科学家的工作时间存在着明显的地域差异。 /p p 　　世界各地的科学家们如何看待自己的工作时间?他们的工作时间是否确实存在差异?如果存在，那么产生差异的原因又可能是什么?带着这些问题，《中国科学报》记者采访了在美国、澳大利亚和中国工作的几位科学家。 /p p strong 　　忙碌的状态：讨厌还是享受? /strong /p p 　　“美国密歇根大学的生态学家梅根· 达菲有一件事要坦白：一般下午5点一到，她就已经准备好下班回家了。晚上，她更希望陪着丈夫和三个孩子，而不是与显微镜和水样待在一起。”《科学家职场习惯：全职已经足够了》一文中写道。 /p p 　　文中介绍，早在2014年，达菲就发表过一篇博文《在学术界取得成功并不需要每周工作80个小时》，坦白自己每周一般工作40～50小时，“只是个全职科学家”。 /p p 　　这篇博文在相关领域的科学家群体里引起了不小的反响。有一位女科学家告诉达菲，这篇博文改变了她的生活。“之前，她一直有负罪感。一个人应该长时间工作的想法十分普遍。如果每周工作时间不到60～80小时，你做的就是不够的。这让人们感到焦虑。”达菲说。 /p p 　　今年早些时候，达菲获得了美国湖沼和海洋学会的Yentsch Schindler青年科学家奖。“这些科学家会充分利用自己的工作时间，避免不必要的时间消耗。通过平衡优先事项、坚持自我，他们获得了更多实验室外的生活时间。”文章说。 /p p 　　实际上，在全球范围内，“全职科学家”都并非科研人员的常态。《自然》杂志曾在2016年做过一项全球青年科学家调查，结果显示有38%的受访者报告每周工作时间超过60小时，其中9%的人表示工作时间超过80小时。2013年一项针对欧洲研究者学术工作习惯的调查显示，德国资深学术工作者报告的每周平均工作时间为52小时，高于所有其他被调查的国家。2014年一项针对英国大学和学院工会(UCU)教师职业压力的调查显示，41%的全职大学教师表示自己的每周工作时间在50小时以上。 /p p 　　“我现在每周工作差不多60个小时。”美国纽约大学的脑神经科学家温蒂· 铃木告诉记者，这已经比几年前自己的工作时间少多了。此前，温蒂· 铃木信奉“只有投入100%的时间来做科研，工作才能做得优秀”的观点，直到她发现自己得到的除了亮眼的工作成绩外，还有10公斤的赘肉和贫乏的社交生活。 /p p 　　此后，温蒂· 铃木对工作时间做出了调整。“我为自己在闲暇时间安排了丰富的活动，包括不同形式的运动。我还重新安排了我的工作生活，丢掉了一些杂事，花费更多时间来探索我喜欢的科学问题，所以它现在似乎也不太像是‘工作’了。”温蒂· 铃木说。 /p p 　　也有科学家享受这种忙碌的工作状态。悉尼科技大学教授金大勇管理着一个拥有几十人的实验室。“我的工资单上写着每周按照35个小时来付我薪酬。但实际上，在现在如此激烈的竞争环境下，如果我真的每天早九晚五做科研，绝对是无法生存的。”金大勇说，“更重要的是，如果你仅仅把科研当作一份‘工作’，是无法作出真正优秀的成果的。做科研需要兴趣和激情，更何况现在是纳税人在资助你完成自己感兴趣的科学探索，从这个角度看，就更无所谓工作时长多少了。” /p p strong 　　科学家能打卡工作吗? /strong /p p 　　事实上，讨论科研人员的每周工作时间可能是个伪命题，因为他们的工作时间常常无法准确计算。 /p p 　　“科学这种创造性的工作，是无法打卡计时的。”中科院物理研究所研究员曹则贤对记者说，“很多卓越的科学家，比如法国科学家庞加莱，他们的大脑一直在不断创造着科学成果。庞加莱说，随时能睡着的人才是天才，强调挤时间来工作。对于这样的科学家来说，一周多少工作时间都不够。” /p p 　　当然，较之过去，如今整个科学研究的方式正在发生变化，专业细分程度逐渐增强，科研从小科学走向了大科学，向着组织化、复杂化的方向发展。 /p p 　　“在这些庞大的科研综合体里，可能有些科研人员承担的不是创造性的工作。但对于那些有创造性的科学家来说，他的工作不可能限定在工作时间里。他虽然下班了，但头脑仍在工作。对于那些天才更是如此，因为他们工作的每一刻都是有成效、有产出的。科学工作的特殊性就在于动脑。” /p p 　　对此，金大勇也有同感。“科研是一种特殊的工作，是不能用时间来计量的。”金大勇说，自己有时早上5点多就会起床，处理邮件，虽然坐在家里，但这时已经开始工作了。到了学校跟学生聊天询问进展、跟团队成员一起吃早饭时讨论科研话题，还有出差、写申请、参与会议等等，其实都是在工作。甚至在假期，脑子里仍想着科研问题。 /p p 　　调查数据印证了科研工作的这种灵活性。美国波士顿大学的生态学家理查德· 普里马克曾对生物学家在正常工作时间之外完成了多少工作进行过实证研究。在2013年发表于《生物保护》期刊的一项研究中，普里马克与合作者分析了2004年～2012年期间该期刊收到投稿的时间。结果显示，超过1/4的论文投稿时间都是周末，或者工作日的晚7点～早7点之间 周末投稿率每年增长5%～6%。 /p p 　　“很显然，对于科研工作来说，只花费常规的工作时间是无法脱颖而出的。但我同时也觉得，拼命工作、完全没有业余时间，也不一定就能成为非常有创造力、多产的成功科学家。”温蒂· 铃木说，“我们知道，真正的创造力需要思考的空间。如果你每天只是忙于申请基金、编辑论文、管理学生等工作，何来这种创造性的空间呢?相反，你需要空间，甚至假期，去思考你的学术领域、产生创新性思维。对我自己而言，相比于刚开始工作的时候，我现在更有创造力，也更大胆，原因之一就是我给自己留出了思考的时间，创造了能涌现新想法的环境。” /p p strong 　　来自地域的差异 /strong /p p 　　理查德· 普里马克对科学家投稿时间的研究同样发现了明显的地域差异。相较于比利时和挪威的研究者，中国和印度研究者在周末投稿的可能性要高出5倍。在日本，30%的论文原稿都是在工作日的下班时间后投出的。北美科学家在下班时间提交论文的比例处于平均水平。 /p p 　　“地域差别确实存在，比如在澳大利亚做科研相对更悠闲一点，因为人少，竞争也相对小一些。另外，由于澳大利亚对科研工作的考核机制不是很量化，当然申请升职时也要写材料，你的工作会被评估，但不是计算发多少论文、加多少分这么绝对。所以整体来说，澳大利亚的科学家工作状态相对更从容一些，探索性更强一些。”金大勇说，“但有一点，我所看到的优秀科学家，无一例外全都是很享受科研工作的，他们对科研有激情，他们的头脑在一刻不停地思考，这一点是没有国界的。” /p p 　　曹则贤曾在德国学习和工作多年。他的德国导师带着41个博士生，但并未看到他异常紧张地工作。“当你不从容的时候，一定是因为你不会。”曹则贤说，“科学研究从来不是通过赶工、勉强得来的。” /p p 　　在曹则贤看来，科学家工作状态的不同缘于各国科学文化背景的差异。“我国科学研究受美国、日本影响较深，更为功利化，而以法、德、英为代表的欧洲科学研究更注重思想创造的过程。”曹则贤分析说，对于欧洲国家来说，科学是在本土一点一滴产生的，他们知道科学的重要性，也知道科学创造要经历怎样的过程。所以，一旦对科学家的身份进行了确认，对其工作就不会再多加干涉。 /p p 　　“而我们是把西方成熟的科学成果直接拿来，对于如何创造、如何试错、如何建立价值观判断对错等，则知之甚少，所以我们创造性不强，又太过于强调数量上的产出。”曹则贤说道，“科学创造，就像画画一样，你看到一幅成功的画，可没看到的是那些之前不成功的。那些不成功的，恰恰才是创造的过程，才是最有价值的。科学研究就像淘金一样，是从一筐一筐的沙子里面找金子。如果把科学研究都当作工程来做，要求目标清楚、细节详细、结果能预知，那还是科学吗?” /p p strong 　　谁动了科学家的时间? /strong /p p 　　对于科学家来说，时间是珍贵的，时间利用更需要高效。 /p p 　　两个多月前，金大勇赴美国斯坦福大学访问，在与物理学家朱棣文的交谈中，对方的一段话让他印象深刻。“他说如果他的学生今天做完实验没有及时整理，他就觉得这不是一种好的工作状态，因为这表明他对实验结果没有渴求。” /p p 　　在金大勇的实验室中，有些新来的学生在等实验结果时，会玩手机或上网。“我觉得这是极大地浪费时间。你的脑子要跟着实验走，思考实验不成功怎么办、可能会有哪些原因导致实验不成功、实验结果会有几种可能、下一步要采取什么方法等等。你要一直在动脑，要用巧力。”金大勇说。 /p p 　　对于金大勇来说，管理整个实验室的经费、人员等各个方面，事情多而杂。如何提高效率，他的方法就是“专注”。“我会想我这周、这个月、这一年需要什么，然后砍掉其他不必要的事情，只专注于做这些最重要的事。” /p p 　　温蒂· 铃木在提到时间管理的方法时也说，首先要明确哪些事情是需要优先去做的，然后给这些事情分配足够的时间。“这听起来简单，但如果你的优先事项与部门的优先事项相冲突，那执行起来就会很难。作为一名科研人员，要学会对有些事情说不。” /p p 　　对于国内的科学家来说，对有些事情说不貌似更难。 /p p 　　“我们对教授、研究员的评审是宽进严出的，因此我们设计了很多制度来对科研人员进行考核，而这大大增加了科学家的时间成本。有些科学家就像热锅里的炒豆一样，一刻不得消停。所以，我们的科学家每天非常忙，但有很多时间其实是无效的。”曹则贤无奈地说，“比如种种考核，比如财务报账工作。在西方，大学、研究所是没有财务部门的，由第三方机构来管理，你要是敢贪污，警察直接来找你。” /p p 　　曹则贤办公室的书架上贴着一张A4纸，上面打印着四个大字“大块时间”。“科学本就是思想性的工作，需要大块的时间静下心来思考。有些杂事仅占用一个小时，但却打乱了你整个工作的节奏。”曹则贤说，“我们需要对科学精神、科学研究的工作方式、科学回馈社会的时间和方式等问题有清楚认识，从而在科学家的遴选、资助方式等方面，建立更加成熟和高效的制度。” /p

日前，霍华德休斯医学研究所(HHMI)向全球公布首届国际青年科学家奖获得者，中国有7名青年科学家当选，分别为南开大学教授胡俊杰，中科院武汉数理所研究员唐淳，清华大学教授颜宁和北京生命科学研究所高级研究员邵峰、王晓晨、张宏、朱冰，他们将获得HHMI为期5年的资助，奖金总额为65万美元。 　　据悉，获得首届霍华德休斯医学研究所国际青年科学家奖的28名科学家来自12个国家，是从760名候选者中脱颖而出。来自非美国的12个国家的28名青年生物医学科学家将分享2000万美元的实验室启动资金。我国成为获奖人数最多的国家。随后是葡萄牙和西班牙(均为5人)。有1/3的获奖者为女性科学家。 　　这些研究人员将在5年的时间里每年接受10万美元的资金，HHMI同时还将为他们的实验室提供价值15万美元的仪器设备。他们还将赴美国参加由约300位HHMI研究人员举行的会议。而在5年后，他们将能够申请新的奖项。 　　HHMI所长Robert Tjian认为：“这些人10年后将成为所在国家的科学领袖。”Tjian表示，他没有想到南欧会有如此之多的科学家获奖。但他认为这反映了过去20年中，这些国家在训练科学家以及设立研究机构等方面的大量投入。 　　霍华德休斯医学研究所是全球规模最大的非盈利性私立医学研究所，成立于1953年。该研究所每年从来自全美大学和研究机构的提名人选中，通过严格选拔，遴选出若干最杰出的生命科学家成为HHMI研究员，无偿为其提供研究支持和资助。目前该研究所在美国共有330位研究员，其中13人是诺贝尔奖得主，147人是美国国家科学院院士。 　　同时，为鼓励美国之外的科学家从事科研事业和科学创造，HHMI还设立了国际青年科学家奖，拟资助美国以外的17个国家的杰出科学家。入选人员是已经或者具有潜力成为科研领军人的科学家，而且正处于开展独立科研的初始关键阶段。该资助将仅颁发给能够纯粹支持基金获得者进行科研工作的科研机构。基金为期5年，从2012年开始，第1年25万美元，后4年每年10万美元。 　　据悉，国际青年科学家项目候选人须在美国接受过博士、医学或博士后水平的训练，并且在2004年1月1日之后建立了独立实验室。候选人应成绩优异，拥有很强的独立研究能力。申请人还必须符合其它要求，如“作为第一作者或高级作者，在同行评议的英文原创科研杂志上发表两篇以上的文章”，“能自己掌握科研方向，实验室空间和经费 绝大多数工作时间放在科研、指导学生和教学上，不担任主要的行政职务”，“在基础生物、病发机理方面开展基础生物医药科学研究 也可涵盖直接与生物或医药相关的化学、物理、计算科学或工程领域”，等等。