Laser Chip Lithography-Patterned Nanomembranes for Wastewater Treatment
用于废水处理的激光芯片光刻图案化纳米膜
基本信息
- 批准号:1635026
- 负责人:
- 金额:$ 25万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-09-01 至 2020-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Growing concerns over the environmental impact of hydraulic fracturing of oil and gas wells have prompted stringent regulations on wastewater management. Polymeric membranes offer an attractive approach to recover and reuse the wastewater due to high energy efficiency, small footprint, and low cost. However, the membranes are often subjected to surface fouling by the contaminants in the wastewater, severely limiting their wide adoption. It is imperative to develop an energy-efficient membrane nano patterning technology that can effectively control the membrane surface properties to achieve excellent antifouling properties for wastewater recovery and reuse. This award is to develop a laser chips-based nanoscale photolithography approach for flexible and high-throughput membrane surface nano patterning for wastewater treatment. This research involves multiple disciplines of science and engineering including nanomanufacturing, optical design, modeling, fabrication and characterization, polymer science and processing, and membrane development. These disciplines will be integrated into curriculum development and existing outreach educational activities to provide hands-on research opportunities for graduate, undergraduate, and K-12 students, especially for those from underrepresented groups.Printing nanoscale patterns on membranes with high throughput photolithography is an effective approach to mitigate surface fouling. Nevertheless, the intrinsic inflexibility and requirement of UV light sources lead to high production cost and low energy efficiency for the nanomanufacturing process. The primary focus of this research project is to develop a novel low-cost and energy-efficient nanomanufacturing process by directly using laser chips for photolithography. A single blue-light laser chip consisting of millions of individual micro-laser cavities will be designed and utilized to transfer the nanoscale laser mode patterns to the surface of polymeric membranes. These surface nanopatterns can be flexibly controlled by manipulating the cavity resonant modes to optimize the membrane surface antifouling properties. The interdisciplinary team of engineers brings expertise in optoelectronic devices, nanomanufacturing, polymer processing and membrane antifouling applications to address the various aspects of the technology. The laser chips-based lithography developed in this project will represent an important technological breakthrough in flexible and high throughput nanoscale patterning, creating robust nanoscale-patterned membranes for wastewater treatment and enabling an environmentally responsible way for energy production.
对油气井威尔斯水力压裂的环境影响的日益关注促使了对废水管理的严格规定。聚合物膜提供了一种有吸引力的方法来回收和再利用废水,由于高能源效率,占地面积小,成本低。 然而,膜经常受到废水中污染物的表面污染,严重限制了它们的广泛采用。因此,迫切需要开发一种高效节能的膜纳米图案化技术,能够有效控制膜的表面性质,以获得优异的可再生性能,用于废水的回收和再利用。该奖项旨在开发一种基于激光芯片的纳米级光刻方法,用于废水处理的灵活和高通量膜表面纳米图案化。这项研究涉及科学和工程的多个学科,包括纳米制造,光学设计,建模,制造和表征,聚合物科学和加工以及膜开发。这些学科将被整合到课程开发和现有的推广教育活动,为研究生,本科生和K-12学生,特别是那些代表性不足的groups.Printing纳米级图案上的膜与高通量光刻是一种有效的方法,以减轻表面污染的实践研究机会。然而,UV光源的固有可吸收性和要求导致纳米制造过程的高生产成本和低能量效率。本研究计划的主要重点是开发一种新的低成本和节能的纳米制造工艺,直接使用激光芯片进行光刻。一个单一的蓝光激光器芯片组成的数百万个单独的微型激光腔将被设计和利用,以转移纳米激光模式图案的聚合物膜的表面。这些表面纳米粒子可以通过操纵腔谐振模式来灵活地控制,以优化膜表面的介电特性。跨学科的工程师团队带来了光电器件、纳米制造、聚合物加工和膜分离应用方面的专业知识,以解决该技术的各个方面。该项目开发的基于激光芯片的光刻技术将代表灵活和高通量纳米级图案化的重要技术突破,为废水处理创造坚固的纳米级图案化膜,并实现对环境负责的能源生产方式。
项目成果
期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Self-cleaning membranes for water purification by co-deposition of photo-mobile 4,4′-azodianiline and bio-adhesive polydopamine
- DOI:10.1016/j.memsci.2018.02.068
- 发表时间:2018-05
- 期刊:
- 影响因子:9.5
- 作者:Sankara N. Ramanan;Nima Shahkaramipour;Thien N. Tran;Lingxiang Zhu;Surendar R. Venna;Chang‐Keun Lim;Ajay-Vikram Singh;P. Prasad;Haiqing Lin
- 通讯作者:Sankara N. Ramanan;Nima Shahkaramipour;Thien N. Tran;Lingxiang Zhu;Surendar R. Venna;Chang‐Keun Lim;Ajay-Vikram Singh;P. Prasad;Haiqing Lin
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- DOI:10.1021/acsami.0c14210
- 发表时间:2020-10-21
- 期刊:
- 影响因子:9.5
- 作者:Chen, Xiaoyi;Deng, Erda;Lin, Haiqing
- 通讯作者:Lin, Haiqing
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- DOI:10.1016/j.memsci.2018.12.059
- 发表时间:2019-03
- 期刊:
- 影响因子:9.5
- 作者:Thien N. Tran;Chen Lin;Shabdiki B. Chaurasia;Haiqing Lin
- 通讯作者:Thien N. Tran;Chen Lin;Shabdiki B. Chaurasia;Haiqing Lin
Tunable topological charge vortex microlaser
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- 作者:Zhifeng Zhang;Xingdu Qiao;B. Midya;Kevin Liu;Jingbo Sun;Tianwei Wu;Wenjing Liu;R. Agarwal
- 通讯作者:Zhifeng Zhang;Xingdu Qiao;B. Midya;Kevin Liu;Jingbo Sun;Tianwei Wu;Wenjing Liu;R. Agarwal
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- 通讯作者:Feng, Liang
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