CAREER: Multi-Functional Particle Assemblies in Polymer Nanocomposites

职业:聚合物纳米复合材料中的多功能颗粒组件

基本信息

  • 批准号:
    1048865
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.03万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-08-01 至 2015-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

TECHNICAL SUMMARY:The PI will design multi-functional polymer composites displaying self-assembled nanostructures with tunable mechanical and electrical properties in this CAREER project. The project aims to construct equilibrium magnetic nanostructures in which their multi-functional properties can be varied and optimized with the intermolecular forces. Polymer decorated iron oxide nanoparticles are a comprehensive model system offering both anisotropic and isotropic interactions that can be tuned with particle size, particle functionality (e.g. length and density of grafted chains, ions or bioligands) and external magnetic fields. This research plan will explain the role of various interactions and elucidate the formation of thermodynamically equilibrium self-assembled structures through non-linear rheology, scattering and microscopy. The PI proposes to investigate the fundamentals of the self-assembly mechanism for three-dimensional structures and their novel reversible self-assembly behavior. The role of conformational entropy of polymer chains on the assembly mechanism will be also examined. In addition, the phase diagram for a mixture of particles with different sizes will be studied to achieve complex novel structures other than obtained from monomodal particle sizes. Cluster organization kinetics and transition from disordered to ordered structures will be measured in-situ to underpin the stability of equilibrium states and reversibility of complex architectures.NON-TECHNICAL SUMMARY:The proposed research will offer a promising and simple synthesis and processing method to make multi-functional nanomaterials which can be used for applications requiring enhanced mechanical and electrical properties. This CAREER project will open new routes to the self-assembly of magnetic nanoparticles which can be applied to self-healing membranes and composites with tunable properties. The results will have an impact on design of new polymeric composites as they behave akin to smart materials, such as stimuli-responsive copolymers sensitive to pH and temperature or materials in which the conductivity and transduction properties change with the arrangement of particles. Moreover, the reversible self-assembly concept will have potential applications in biocompatible materials, mechanical sensors, highly reinforced compounds and new energetic materials. The fundamental nanoscale interactions and their impact on the mesoscale properties (e.g. combined mechanical and conductive properties in one material) of flexible polymer nanocomposites will be explored. Within the course of this project, the PI plans to educate and train high school science teachers by offering research experiences in her laboratory to develop a collaborative science project for high school science curricula. To foster the interest of underrepresented students in science, research and engineering, she will work with the Society of Women Engineers and disseminate her research findings in their local and regional meetings and outreach activities. The PI will integrate her research activities into teaching of polymer science and will also actively engage undergraduate students in research.
技术概要:PI将在这个CAREER项目中设计多功能聚合物复合材料,显示具有可调机械和电气性能的自组装纳米结构。该项目旨在构建平衡磁性纳米结构,其中它们的多功能特性可以通过分子间力进行变化和优化。聚合物修饰的氧化铁纳米颗粒是一个综合的模型系统,提供各向异性和各向同性的相互作用,可以调整与粒径,颗粒功能(如接枝链,离子或生物配体的长度和密度)和外部磁场。这项研究计划将解释各种相互作用的作用,并通过非线性流变学,散射和显微镜阐明化学平衡自组装结构的形成。PI建议研究三维结构自组装机制的基本原理及其新颖的可逆自组装行为。高分子链的构象熵对组装机制的作用也将被研究。此外,将研究具有不同尺寸的颗粒的混合物的相图,以实现不同于从单峰颗粒尺寸获得的复杂的新颖结构。团簇组织动力学和从无序到有序结构的转变将被原位测量,以支持平衡态的稳定性和复杂architecturs.NON-TECHNICAL摘要的可逆性:拟议的研究将提供一个有前途的和简单的合成和加工方法,使多功能纳米材料,可用于需要增强机械和电气性能的应用。这个CAREER项目将为磁性纳米粒子的自组装开辟新的途径,这些纳米粒子可应用于具有可调特性的自修复膜和复合材料。这些结果将对新型聚合物复合材料的设计产生影响,因为它们的行为类似于智能材料,例如对pH值和温度敏感的刺激响应共聚物或电导率和转导特性随颗粒排列而变化的材料。此外,可逆自组装概念在生物相容性材料、机械传感器、高增强化合物和新型含能材料方面具有潜在的应用前景。基本的纳米级的相互作用和它们对柔性聚合物纳米复合材料的介观性质(例如,在一种材料中的组合的机械和导电性能)的影响将被探索。在这个项目的过程中,PI计划通过在她的实验室提供研究经验来教育和培训高中科学教师,为高中科学课程开发一个合作科学项目。为了培养代表性不足的学生对科学、研究和工程的兴趣,她将与女工程师协会合作,在其地方和区域会议及外联活动中传播她的研究成果。PI将把她的研究活动整合到聚合物科学的教学中,并积极让本科生参与研究。

项目成果

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