Collaborative Research: Novel 3D Nanocomposites for Optical and Solar Applications: A First Principles Approach to Cost-Effective Design, Nanomanufacturing and Characterization.

合作研究:用于光学和太阳能应用的新型 3D 纳米复合材料:经济高效设计、纳米制造和表征的首要原则方法。

基本信息

  • 批准号:
    0757589
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-05-01 至 2008-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this multidisciplinary activity is to design, make and characterize nanocomposites consisting of multiple metals in a dielectric. The approach will be to use theory and experiments to design and discover novel optical nanomaterials. Optical theory will be utilized to understand the superior absorption of light by plasmons in metal nanoparticles. Hydrodynamic theory and computer simulations based on first principles will be used to guide a knowledge-based approach to the design of functional nanocomposites consisting of specific concentrations and types of metals in dielectrics. The resulting three-dimensional nanocomposite structures will be manufactured by utilizing thin-film deposition in conjunction with laser-based pattern formation. These nanomaterials will be characterized by structural and optical techniques in order to test and verify the design as well as the manufacturing processes.If successful, this integrated research activity will advance the science and technology of cost-effective manufacturing of nanomaterials for applications in optics, plasmonics and nanophotonics. The innovative use of self-organized patterns with a theoretical and practical understanding of nanostructure-optical property correlation will enable multi-functional nanocomposites. These nanocomposites will find use as broadband solar absorbing coatings for energy harvesting in photovoltaics, as materials for light waveguides in length scales below the optical diffraction limit, and in integrated silicon photonics. The broader impact from this research will include the training and education of undergraduate and graduate students in interdisciplinary science and engineering areas of optics, hydrodynamics, materials science and nanotechnology.
这项多学科活动的研究目标是设计,制造和表征由电介质中的多种金属组成的纳米复合材料。该方法将使用理论和实验来设计和发现新的光学纳米材料。光学理论将用于理解金属纳米颗粒中等离子体激元对光的上级吸收。流体力学理论和基于第一原理的计算机模拟将用于指导基于知识的方法来设计由特定浓度和类型的金属组成的功能纳米复合材料。所得到的三维纳米复合材料结构将通过利用薄膜沉积结合基于激光的图案形成来制造。这些纳米材料将通过结构和光学技术进行表征,以测试和验证设计以及制造过程。如果成功,这一综合研究活动将推动成本效益高的纳米材料制造科学和技术,用于光学、等离子体和纳米光子学。 创新性地使用自组织图案,并对纳米结构-光学性质相关性有理论和实践上的理解,将使多功能纳米复合材料成为可能。这些纳米复合材料将被用作宽带太阳能吸收涂层,用于光电子学中的能量收集,用作长度尺度低于光学衍射极限的光波导材料,以及集成硅光子学。这项研究的更广泛影响将包括在光学,流体力学,材料科学和纳米技术的跨学科科学和工程领域的本科生和研究生的培训和教育。

项目成果

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