CAREER: Hybrid Approach to Direct-Write Based Micro and Nano Manufacturing

职业:基于直写的微纳米制造的混合方法

基本信息

项目摘要

The research objective of this Faculty Early Career Development (CAREER) award is to investigate the physics of micro/nano droplet formations and the resultant micro/nano structures fabricated using a hybrid manufacturing approach. The approach is to generate droplets at varying length scales (micro to nano) that will be selectively deposited on different substrate designs. Nanoimprint lithography will be used to fabricate nanometer sized patterns of varying topographies that will be deposited using the direct-write inkjet system. The ability to change drop and resultant feature sizes (micro to nano) on-the-fly with multiple material jet heads will create an effective method of building functionally-gradient materials. This research will unravel intriguing multiphysics phenomena that occur within the complex spatio-temporal domains of nanodroplet formation via molecular dynamics modeling. Experimental design and ultra high speed photography investigation will establish relationships among process parameters such as charge potentials and fluid properties for optimal nanoscale feature deposition. The educational objectives include the (1) integration of nano/micro manufacturing and computational modeling coursework into undergraduate and graduate curriculum, (2) implementation of research experiences for a predominantly minority student population and (3) societal dissemination of nanotechnology. If successful, the proposed hybrid approach will enable the selective manufacturing of micro/nano heterogeneous structures with high aspect ratios, overhanging features, and multiple material compositions in a matrix formation. This work will give insight on the structural and functional integrity of nano and micro structures formed. Societal impact initiatives include nanotechnology education to the general public at the local science center and summer outreach camps to under-represented high-school students. A fundamental understanding of the nanoscale droplet dynamics and resultant micro/nano structures will revolutionize the fabrication of a diverse application base including functionally-gradient materials, regenerative tissue scaffolds, and bio-chem sensors that lead to next-generation devices and systems.
该教师早期职业发展(职业)奖的研究目标是研究微/纳米液滴组的物理学以及使用混合制造方法制造的微型/纳米结构。该方法是在不同的长度尺度(微观到纳米)下生成液滴,这些液滴将选择性地沉积在不同的底物设计上。纳米印刷光刻将用于制造纳米尺寸的不同地形图模式,这些图案将使用直接 - 连续喷墨系统沉积。与多个材料式喷气头迅速变化下降的能力和最终的特征大小(微型到纳米)将创建一种有效的构建功能梯度材料的方法。这项研究将通过分子动力学建模在纳米圆形形成的复杂时空结构域内发生有趣的多物理现象。实验设计和超高速摄影研究将在过程参数之间建立关系,例如电荷电位和流体特性,以实现最佳纳米级特征沉积。教育目标包括(1)将纳米/微型制造业和计算建模课程集成到本科和研究生课程中,(2)为主要少数学生人口和(3)纳米技术的社会传播实施研究经验。如果成功,则提出的混合方法将使具有高纵横比,伸出特征和多种材料组成的微/纳米异质结构的选择性生产。这项工作将深入了解纳米和微结构的结构和功能完整性。社会影响力计划包括向当地科学中心和夏季外展营地的公众教育,以提供代表性不足的高中生。对纳米级液滴动力学和由此产生的微/纳米结构的基本了解将彻底改变制造多样化的应用基础,包括功能梯度材料,再生组织支架以及导致下一代设备和系统的生物化学传感器。

项目成果

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