Collaborative Research: Bulk synthesis of stishovite near ambient pressure and temperature

合作研究:接近环境压力和温度的石英石的批量合成

基本信息

  • 批准号:
    1463974
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-07-01 至 2018-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NON-TECHNICAL DESCRIPTION: The project targets synthesis of stishovite, a form of SiO2 (silica) and one of the hardest materials known to mankind at hydrothermal conditions. Presently, this precious form of silica can only be attained at extremely high pressure (ca. 100,000 times atmospheric pressure) in a technically very difficult and expensive process that yields only small quantities. The new approach of this project mimics geological conditions, and grows the crystals from aqueous solutions in bulk quantities. The process occurs close to ambient pressure and temperature conditions, and consequently, will be inexpensive and scalable. This facilitates new applications of stishovite as an abrasive, in cutting tools, and as a hard ceramic material in other applications. TECHNICAL DETAILS: Stishovite, a polymorph of silica (SiO2), is - together with cubic boron nitride - only second in hardness to diamond. Moreover, among the hardest materials known it is the only oxide, thus naturally resistant against degradation through oxidation. Despite these outstanding properties, stishovite is not used as an engineering material, because it can be synthesized only at pressures above 8 GPa. Although technically feasible, the high-pressure route is not scalable and rather expensive. In this project, a kinetically controlled hydrothermal synthesis approach for stishovite is being developed. The process occurs near ambient pressure and temperature conditions and is similar to the industrial production of quartz crystals. The difference to industrial quartz growth is that instead of quartz seed crystals, stishovite seed crystals are employed. The temperature gradient in the autoclave system allows for the supersaturation of the silicate solution in the growth chamber and the kinetically controlled growth of the stishovite seed crystals from the supersaturated solution. The experiments are guided by computations that explore and predict optimal synthesis conditions. The research is a seminal approach to synthesize high pressure phases near ambient conditions from solution which suggests a transformational impact on the synthesis of high-pressure phases. The project is training graduate students in high-pressure and hydrothermal synthesis techniques and computational materials chemistry. The results from the research are part of the graduate level course "Solid State Chemistry".
非技术描述:该项目的目标是合成辉石,一种二氧化硅(二氧化硅)的形式,也是人类在热液条件下已知的最坚硬的材料之一。目前,这种珍贵形式的二氧化硅只能在极高的压力(大约100,000倍大气压)下获得,这是一种技术上非常困难和昂贵的过程,只能产生少量的二氧化硅。这个项目的新方法模拟了地质条件,并从水溶液中大量生长晶体。该工艺在接近环境压力和温度的条件下进行,因此成本低廉且可扩展。这促进了辉石作为磨料、刀具和硬质陶瓷材料在其他应用中的新应用。技术细节:辉石是二氧化硅(二氧化硅)的一种多晶型,与立方氮化硼一起,其硬度仅次于钻石。此外,在已知的最坚硬的材料中,它是唯一的氧化物,因此天然地抵抗氧化降解。尽管有这些优异的性能,辉钛矿并没有被用作工程材料,因为它只能在8 Gpa以上的压力下合成。虽然高压路线在技术上是可行的,但它不可扩展,而且相当昂贵。在本项目中,正在开发一种动力学控制的水热合成辉石的方法。该过程在常压和温度条件下进行,类似于工业生产石英晶体。与工业石英生长的不同之处在于,使用的不是石英种子晶体,而是辉钛矿种子晶体。高压灭菌系统中的温度梯度允许硅酸盐溶液在生长室中过饱和,并从过饱和溶液中动力学地控制辉钛矿晶种的生长。这些实验以探索和预测最佳合成条件的计算为指导。这项研究是一种开创性的方法,可以在环境条件附近从溶液中合成高压相,这表明这对高压相的合成具有变革性的影响。该项目正在培训研究生高压和水热合成技术以及计算材料化学。这项研究的结果是研究生水平课程“固体化学”的一部分。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Paving the way for cristobalite TiO2 and GeO2 attainable under moderate tensile stress: A DFT study of transformation paths and activation barriers in cristobalite-rutile transformations of MO2 (M = Si, Ge, Ti)
为在中等拉伸应力下获得方英石 TiO2 和 GeO2 铺平道路:MO2 (M-=-Si、Ge、Ti) 方英石-金红石转化过程中转化路径和活化势垒的 DFT 研究
  • DOI:
    10.1016/j.commatsci.2019.109170
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Haseen, Shariq;Kroll, Peter
  • 通讯作者:
    Kroll, Peter
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Peter Kroll其他文献

Twist-3 contribution to deeply virtual electroproduction of pions
Twist-3 对π介子深度虚拟电生产的贡献
  • DOI:
    10.1103/physrevd.109.034008
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    G. Duplanvci'c;Peter Kroll;K. Passek;L. Szymanowski
  • 通讯作者:
    L. Szymanowski
Modeling Amorphous Ceramic Structures
非晶陶瓷结构建模
  • DOI:
    10.1002/9783527631926.ch2
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Peter Kroll
  • 通讯作者:
    Peter Kroll
Shell‐like structure of valence band orbitals of silicon nanocrystals in silica glass
石英玻璃中硅纳米晶价带轨道的壳状结构
  • DOI:
    10.1002/pssb.200642104
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Peter Kroll;Hendrik J. Schulte
  • 通讯作者:
    Hendrik J. Schulte
High-pressure high-temperature synthesis of novel binary and ternary nitride phases of group 4 and 14 elements
高压高温合成第4族和第14族元素的新型二元和三元氮化物相
  • DOI:
    10.1088/1742-6596/121/6/062003
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dmytro A. Dzivenko;Elisabeta Horvath-Bordon;Andreas Zerr;Gerhard Miehe;Peter Kroll
  • 通讯作者:
    Peter Kroll
First principles study of C3N4 carbon nitride nanotubes
C3N4氮化碳纳米管的第一性原理研究
  • DOI:
    10.1039/b821569c
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jose Gracia;Peter Kroll
  • 通讯作者:
    Peter Kroll

Peter Kroll的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Peter Kroll', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Integrated Design of Ultrahigh Surface Area Conductive Materials
合作研究:超高比表面积导电材料集成设计
  • 批准号:
    1634448
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NanoDomain Structure and Multifunctional Properties of Polymer Derived Ceramics
合作研究:聚合物陶瓷的纳米域结构和多功能性能
  • 批准号:
    0907117
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

Research on Quantum Field Theory without a Lagrangian Description
  • 批准号:
    24ZR1403900
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Cell Research
  • 批准号:
    31224802
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
Cell Research
  • 批准号:
    31024804
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
Cell Research (细胞研究)
  • 批准号:
    30824808
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
Research on the Rapid Growth Mechanism of KDP Crystal
  • 批准号:
    10774081
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    45.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: GEM--Multi-scale Magnetosphere-Ionosphere-Thermosphere Coupling Dynamics Driven by Bursty Bulk Flows
合作研究:GEM——突发体流驱动的多尺度磁层-电离层-热层耦合动力学
  • 批准号:
    2349872
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: GEM--Multi-scale Magnetosphere-Ionosphere-Thermosphere Coupling Dynamics Driven by Bursty Bulk Flows
合作研究:GEM——突发体流驱动的多尺度磁层-电离层-热层耦合动力学
  • 批准号:
    2349873
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Exploiting Nanoscale Interfaces to Enhance Bulk Mechanical Response of Additively Manufactured Boron Nitride Nanotube-Metal Composites
合作研究:利用纳米级界面增强增材制造氮化硼纳米管金属复合材料的整体机械响应
  • 批准号:
    2009684
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Exploiting Nanoscale Interfaces to Enhance Bulk Mechanical Response of Additively Manufactured Boron Nitride Nanotube-Metal Composites
合作研究:利用纳米级界面增强增材制造氮化硼纳米管金属复合材料的整体机械响应
  • 批准号:
    2009134
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Beyond the Bulk Flow: Developing More Powerful Analysis Methods to Test Consistency of Large-scale Flows with the Standard Cosmological Model
合作研究:超越整体流动:开发更强大的分析方法来测试大规模流动与标准宇宙学模型的一致性
  • 批准号:
    1907404
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
RUI: Collaborative Research: Beyond the Bulk Flow: Developing More Powerful Analysis Methods to Test Consistency of Large-scale Flows with the Standard Cosmological Model
RUI:协作研究:超越整体流动:开发更强大的分析方法来测试大规模流动与标准宇宙学模型的一致性
  • 批准号:
    1907365
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Relating Bulk Composition to Seismic Properties in Crustal Rocks
合作研究:将地壳岩石的块体成分与地震特性联系起来
  • 批准号:
    1844340
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Applicability Limits of Aqueous pKa Values for Bulk and Surface Nanoparticle Processes
合作研究:本体和表面纳米颗粒过程中水相 pKa 值的适用性限制
  • 批准号:
    1710691
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Relating Bulk Composition to Seismic Properties in Crustal Rocks
合作研究:将地壳岩石的块体成分与地震特性联系起来
  • 批准号:
    1722935
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Development of Colloidal Group IV Doped and Alloyed Nanocrystals and Bulk- heterojunctions
合作研究:胶体 IV 族掺杂合金纳米晶体和体异质结的开发
  • 批准号:
    1710652
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了