Active Hybrid Nanocrystal-Carbon Nanotube Structures for Optoelectronic Devices

用于光电器件的活性混合纳米晶-碳纳米管结构

基本信息

  • 批准号:
    1001039
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-07-01 至 2015-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Active Hybrid Nanocrystal-Carbon Nanotube Structures for Optoelectronic DevicesProject SummaryThis proposal presents an integrated research and education plan in the area of active hybrid nanocrystal-carbon nanotube (CNT) structures for optoelectronic applications. The proposed research program aims to advance the fundamental understanding and the optoelectronic device application of the novel hybrid nanostructures. Specific goals of the project are: (1) to produce various hybrid nanocrystal- CNT structures in a controlled fashion; (2) to probe the electronic transduction mechanism between the nanocrystal and the CNT through the characterization of properties of hybrid nanostructures, particularly electronic and physical interactions between the nanocrystal and the CNT under various gas and optical modulations; (3) to explore the use of hybrid semiconductor nanocrystal or quantum dot (QD)-CNT nanostructures for photovoltaic cells.Intellectual Merit: The proposed research is potentially transformative and is based on results from the PI?s earlier exploratory studies. Hybrid nanocrystal-CNT structures represent a new class of nanomaterials that could potentially display not only the unique properties of nanocrystals and those of CNTs, but also additional novel properties due to the interaction between the nanocrystal and the CNT. The availability of controlled hybrid nanostructures and their fundamental properties will open up new opportunities for nanoscience and nanotechnology and will accelerate discoveries and inventions. The hybrid nanostructures can respond to stimuli (e.g., light and gas) and thus are " active." The synergistic response from the nanocrystal and the CNT can be harnessed for various innovative device applications, including photovoltaic cells, gas sensors, and biosensors. The generic electrostatic force directed assembly technique to deposit either aerosol or colloidal nanocrystals onto CNTs is facile and flexible in creating desired hybrid nanostructures. Detailed characterization of the hybrid nanostructure properties through a number of techniques will provide physical insights into electronic/physical interactions and the electronic transduction mechanism between nanocrystals and CNTs. The new architecture for photovoltaic cells will take advantage of the high electron mobility in CNTs, efficient electronic transfer between nanocrystals and CNTs, effective charge separation at the CNT-quantum dot (QD) interface, and many virtues of QDs, such as the potential for fine-tuning optical absorption through judiciously selecting QD materials and sizes, and the possibility of multiple electron-hole pair generation per photon. Therefore, this project will also lead to cost-effective solar cells for harvesting abundant, renewable, clean solar energy to help relieve our global energy problem.Broader Impacts: The broader impacts of this project are far-reaching, as the project results will enable a wide range of innovative applications of hybrid nanocrystal-CNT structures with optimum properties that can be tailored for specific conditions. The new photovoltaic cells will help reduce our dependence on fossil fuels and their associated adverse environmental effects due to greenhouse gas emissions. The proposed research is extensively integrated into educational goals to promote transformative and interdisciplinary engineering education to attract more underrepresented students into science, technology, engineering, and mathematics (STEM) fields, and to broadly disseminate nanotechnology findings. The proposed engineering education plan will help our students to become more adaptive and innovative in rapidly changing environments. The existing NSF REU program and the undergraduate honors in research program at UWM will be leveraged to involve undergraduate researchers. The project will reach the broader student population through a course module on hybrid nanostructures and integration of small nanotechnology projects into existing curricula. Special efforts to inspire underrepresented pre-college students through ?Science Saturdays? and by mentoring science projects will attract more underrepresented students to STEM fields. Additional outreach through a course module to be posted on a high-impact NSF-sponsored National Center for Learning and Teaching Web site, a nanotechnology exhibit in conjunction with Milwaukee Discovery World Museum, and regional science fairs in collaboration with Wisconsin Career Academy, will effectively disseminatenanotechnology to a wide range of audiences.
用于光电子器件的有源混合纳米晶-碳纳米管结构项目摘要该提案提出了用于光电子应用的有源混合纳米晶-碳纳米管(CNT)结构领域的综合研究和教育计划。该研究计划旨在促进对新型混合纳米结构的基本理解和光电器件应用。该项目的具体目标是:(1)以可控的方式制备各种杂化的纳米结构;(2)通过表征杂化纳米结构的性质,特别是在各种气体和光学调制下,纳米结构和CNT之间的电子和物理相互作用,来探测纳米结构和CNT之间的电子转换机制;(3)探索半导体纳米管或量子点-碳纳米管混合纳米结构在光伏电池中的应用。智力优势:拟议的研究是潜在的变革,是基于PI的结果?早期的探索性研究。杂化纳米晶-CNT结构代表了一类新的纳米材料,其不仅可以潜在地显示纳米晶和CNT的独特性质,而且由于纳米晶和CNT之间的相互作用还可以显示额外的新性质。可控混合纳米结构的可用性及其基本特性将为纳米科学和纳米技术开辟新的机会,并将加速发现和发明。混合纳米结构可以响应刺激(例如,光和气体),因此是“活性的”。“从纳米管和碳纳米管的协同反应可以利用各种创新的设备应用,包括光伏电池,气体传感器和生物传感器。将气溶胶或胶体纳米晶体存款到CNT上的通用静电力定向组装技术在产生所需的混合纳米结构中是容易和灵活的。通过多种技术对混合纳米结构特性的详细表征将为纳米晶体和碳纳米管之间的电子/物理相互作用以及电子转换机制提供物理见解。光伏电池的新架构将利用CNT中的高电子迁移率、纳米晶体和CNT之间的有效电子转移、CNT-量子点(QD)界面处的有效电荷分离以及QD的许多优点,例如通过明智地选择QD材料和尺寸来微调光学吸收的潜力,以及每个光子产生多个电子-空穴对的可能性。因此,该项目还将带来具有成本效益的太阳能电池,用于收集丰富的、可再生的、清洁的太阳能,以帮助缓解我们的全球能源问题。更广泛的影响:该项目的更广泛的影响是深远的,因为该项目的结果将使混合纳米陶瓷-CNT结构的广泛创新应用具有最佳性能,可以针对特定条件进行定制。新的光伏电池将有助于减少我们对化石燃料的依赖,以及由于温室气体排放而产生的相关不利环境影响。拟议的研究被广泛纳入教育目标,以促进变革和跨学科的工程教育,吸引更多代表性不足的学生进入科学,技术,工程和数学(STEM)领域,并广泛传播纳米技术的研究成果。拟议的工程教育计划将帮助我们的学生在快速变化的环境中变得更加适应和创新。现有的NSF REU计划和UWM研究计划的本科生荣誉将被利用来吸引本科研究人员。该项目将通过关于混合纳米结构的课程单元和将小型纳米技术项目纳入现有课程,覆盖更广泛的学生群体。特别努力,以激励代表性不足的大学预科学生通过?科学星期六?通过指导科学项目,将吸引更多代表性不足的学生进入STEM领域。通过一个课程模块将张贴在一个高影响力的NSF赞助的国家中心学习和教学网站,与密尔沃基发现世界博物馆,并与威斯康星州职业学院合作区域科学博览会纳米技术展览会,将有效地传播纳米技术到广泛的受众。

项目成果

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Effects of metal particle material on surface flashover performance of alumina-filled epoxy resin spacers in SF6/N-2 mixtures under DC voltage
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MRI Consortium: Development of Dynamic PicoProbe for Multi-Modal, Multi-Dimensional HyperSpectral Imaging of Soft/Hard Matter and Interfaces in Environmental Media
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  • 批准号:
    2117896
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
FMRG: Manufacturing ADvanced Electronics through Printing Using Bio-based and Locally Identifiable Compounds (MADE-PUBLIC)
FMRG:使用生物基和本地可识别化合物通过印刷制造先进电子产品(公开)
  • 批准号:
    2037026
  • 财政年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    Continuing Grant
SNM: Customized Inkjet Printing of Graphene-Based Real-time Water Sensors
SNM:基于石墨烯的实时水传感器的定制喷墨打印
  • 批准号:
    2039268
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
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    Standard Grant
SNM: Customized Inkjet Printing of Graphene-Based Real-time Water Sensors
SNM:基于石墨烯的实时水传感器的定制喷墨打印
  • 批准号:
    1727846
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
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RAPID: Rapid and Low-cost Detection of Lead Ions in Flint Water Using a Handheld Device
RAPID:使用手持设备快速、低成本地检测火石水中的铅离子
  • 批准号:
    1631968
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
I-Corps: Low-cost Real-time E. coli Bacteria Sensor
I-Corps:低成本实时大肠杆菌传感器
  • 批准号:
    1523470
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Graphene-based Sensing Platform for Chemicals and Microorganisms in Water
基于石墨烯的水中化学品和微生物传感平台
  • 批准号:
    1128158
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: I/UCRC for Water Equipment and Policy
合作研究:I/UCRC 水设备和政策
  • 批准号:
    0968887
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NUE: Enhancing Undergraduate Student Learning and Research Experience through Hands-on Experiments on Novel Nanohybrid Devices and Systems
NUE:通过新型纳米混合器件和系统的实践实验增强本科生的学习和研究经验
  • 批准号:
    0939331
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Symposium on Nanomaterials for Energy Applications at the 2009 American Association for Aerosol Research (AAAR) Annual Conference
2009年美国气溶胶研究协会(AAAR)年会纳米材料能源应用研讨会
  • 批准号:
    0938308
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

一种经心房覆膜血管支架植入 Hybrid Fontan 手术的 临床新技术研究
  • 批准号:
    20Y11910600
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于深度压缩技术的Hybrid像素探测器读出系统原型机研制
  • 批准号:
    11875146
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
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    面上项目
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    81770777
  • 批准年份:
    2017
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    81601499
  • 批准年份:
    2016
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    17.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
穿戴式步行辅助的Hybrid控制体系及其据需辅助效应研究
  • 批准号:
    51505048
  • 批准年份:
    2015
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于Hybrid数据的复杂系统辨识与优化设计及在低渗透油井中的应用
  • 批准号:
    61572084
  • 批准年份:
    2015
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    面上项目
波-流-植被耦合环境下射流Hybrid RANS/LES数值模拟研究
  • 批准号:
    51509075
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    20.0 万元
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    青年科学基金项目
Hybrid加速结构的理论及预制研究
  • 批准号:
    11475201
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    100.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
    41205073
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
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  • 批准号:
    51205392
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Physics of degRadation in Organic,nanoCrystal, and hybrid solar cEllS (PROCES)
有机、纳米晶体和混合太阳能电池的降解物理学 (PROCES)
  • 批准号:
    391347809
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Research Grants
Development of drug amorphous/nanocrystal hybrid formulation based on the molecular-level evaluation by solid-state NMR
基于固态NMR分子水平评价的药物非晶/纳米晶混合制剂的开发
  • 批准号:
    16K18859
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Hybrid Polymer-Nanocrystal Multilayered Heterostructures for Low-Cost Optoelectronics
用于低成本光电器件的混合聚合物-纳米晶体多层异质结构
  • 批准号:
    418096-2012
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Hotcarrier and Multicarrier Transfer Dynamics and Charged Excitons in Semiconductor Nanocrystal Hybrid Systems
半导体纳米晶体混合系统中的热载流子和多载流子传输动力学和带电激子
  • 批准号:
    15H03773
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Hybrid Polymer-Nanocrystal Multilayered Heterostructures for Low-Cost Optoelectronics
用于低成本光电器件的混合聚合物-纳米晶体多层异质结构
  • 批准号:
    418096-2012
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Harnessing Asymmetry in Hybrid Metal Nanocrystal Assemblies
利用混合金属纳米晶体组件中的不对称性
  • 批准号:
    DP140103011
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
Hybrid Polymer-Nanocrystal Multilayered Heterostructures for Low-Cost Optoelectronics
用于低成本光电器件的混合聚合物-纳米晶体多层异质结构
  • 批准号:
    418096-2012
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Doped-nanocrystal/graphene hybrid structure for noble metal-free photocatalytic hydrogen production
用于无贵金属光催化制氢的掺杂纳米晶体/石墨烯杂化结构
  • 批准号:
    1264840
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Hybrid Polymer-Nanocrystal Multilayered Heterostructures for Low-Cost Optoelectronics
用于低成本光电器件的混合聚合物-纳米晶体多层异质结构
  • 批准号:
    418096-2012
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
ACC-F: Investigating the Energy Levels of Semiconductor Nanocrystal-Polymer Hybrid Materials
ACC-F:研究半导体纳米晶体-聚合物混合材料的能级
  • 批准号:
    0836096
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 27万
  • 项目类别:
    Fellowship Award
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