Probing Anomalous Nanoparticle Dynamics in Polymer Solutions with Simulation and Experiment

通过模拟和实验探索聚合物溶液中的异常纳米颗粒动力学

基本信息

  • 批准号:
    1705968
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-07-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nanoparticles are used as additives to make composite materials with specific mechanical, thermal, and optical properties. Controlling the transport and distribution of the nanoparticles during processing is critical to obtaining desired properties. This award will support research into the transport and distribution of nanoparticles in polymeric fluids. The project will focus on the diffusion and flow-driven transport of nanoparticles in the case where the nanoparticles are comparable in size to the size of the polymer molecules in the fluid. The research will combine experiments that image particle motions in polymeric fluids with computer simulations that reveal various mechanisms of nanoparticle dynamics and interactions between nanoparticles and polymers. Results of the research will lead to improved predictions of nanoparticle transport, which will enhance a variety of important technological applications, including wastewater reuse, drug delivery, and advanced materials processing for energy storage and generation. The research team will participate in several activities that engage K-12 students and the general public in science and engineering, including a hands-on team-based design program for students in grades 7-10, the GRADE summer camp for women and students from underrepresented groups, and Energy Day and Earth Day festivals for the general public in Houston. In addition, the researchers will disseminate results of the project to local industrial scientists and engineers at the Texas Soft Matter Meeting.This project will deploy particle-imaging experiments and computational models to understand coupling between particle-polymer dynamics in solution. To achieve this objective, advanced simulation techniques will be integrated with imaging and particle synthesis to identify physical mechanisms dictating coupling between particles and similarly-sized polymers in solution, and to determine effects of particle anisotropy on particle-polymer dynamics. Stochastic rotational dynamics simulations will be used to measure the structure and dynamics of particles and polymers on experimentally relevant time scales. Simulation predictions for dynamics will be tested against experimental measurements in carefully chosen nanoparticle-polymer mixtures. This combination of simulation and experiment will elucidate the effects of particle shape, size, and anisotropy on the dynamics of these mixtures and thereby transform understanding of the physical processes controlling coupled transport in multicomponent complex fluids. Results will lead to modifications of existing theories to account for changes in dynamical coupling on these scales and provides the necessary strong foundation for future studies of flow-driven nanoparticle transport
纳米颗粒被用作添加剂,以制造具有特定机械、热和光学特性的复合材料。 在加工过程中控制纳米颗粒的传输和分布对于获得所需的性能至关重要。 该奖项将支持研究纳米粒子在聚合物流体中的传输和分布。 该项目将重点研究纳米颗粒的扩散和流动驱动的运输,在这种情况下,纳米颗粒的大小与流体中聚合物分子的大小相当。 这项研究将结合联合收割机实验,图像粒子运动在聚合物流体与计算机模拟,揭示纳米粒子动力学和纳米粒子和聚合物之间的相互作用的各种机制。 研究结果将改善对纳米颗粒传输的预测,从而增强各种重要技术应用,包括废水再利用、药物输送以及用于能源存储和发电的先进材料加工。 该研究小组将参加几项活动,让K-12学生和公众参与科学和工程,包括7-10年级学生的实践团队设计计划,为妇女和学生举办的GRADE夏令营来自代表性不足的群体,以及休斯顿公众的能源日和地球日节日。 此外,研究人员将在德克萨斯州软物质会议上向当地的工业科学家和工程师传播该项目的结果。该项目将部署粒子成像实验和计算模型,以了解溶液中粒子-聚合物动力学之间的耦合。为了实现这一目标,先进的模拟技术将与成像和粒子合成相结合,以确定物理机制,决定粒子和溶液中类似大小的聚合物之间的耦合,并确定粒子各向异性对粒子-聚合物动力学的影响。随机旋转动力学模拟将用于测量实验相关的时间尺度上的粒子和聚合物的结构和动力学。模拟预测的动态将进行测试,对精心挑选的纳米颗粒聚合物混合物的实验测量。这种模拟和实验的结合将阐明颗粒的形状,尺寸和各向异性对这些混合物的动力学的影响,从而改变多组分复杂流体中控制耦合传输的物理过程的理解。结果将导致现有理论的修改,以解释这些尺度上动力学耦合的变化,并为未来研究流动驱动的纳米颗粒传输提供必要的坚实基础

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dynamics of polydisperse hard-spheres under strong confinement
强约束下多分散硬球的动力学
  • DOI:
    10.1080/00268976.2020.1728407
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Roberts, Ryan C.;Marioni, Nico;Palmer, Jeremy C.;Conrad, Jacinta C.
  • 通讯作者:
    Conrad, Jacinta C.
Coupling of Nanoparticle Dynamics to Polymer Center-of-Mass Motion in Semidilute Polymer Solutions
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.7b02441
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Ren-peng Chen;R. Poling-Skutvik;A. Nikoubashman;Michael P. Howard;J. Conrad;J. Palmer
  • 通讯作者:
    Ren-peng Chen;R. Poling-Skutvik;A. Nikoubashman;Michael P. Howard;J. Conrad;J. Palmer
Tracer transport in attractive and repulsive supercooled liquids and glasses
示踪剂在吸引和排斥的过冷液体和玻璃中的传输
  • DOI:
    10.1063/1.5121851
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Roberts, Ryan C.;Poling-Skutvik, Ryan;Conrad, Jacinta C.;Palmer, Jeremy C.
  • 通讯作者:
    Palmer, Jeremy C.
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示踪输运探测吸引和排斥玻璃状液体的弛豫和结构
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.8b01074
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Roberts, Ryan C.;Poling-Skutvik, Ryan;Palmer, Jeremy C.;Conrad, Jacinta C.
  • 通讯作者:
    Conrad, Jacinta C.
Local Confinement Controls Diffusive Nanoparticle Dynamics in Semidilute Polyelectrolyte Solutions
局部限制控制半稀聚电解质溶液中的扩散纳米粒子动力学
  • DOI:
    10.1021/acs.langmuir.0c01402
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Slim, Ali H.;Poling-Skutvik, Ryan;Conrad, Jacinta C.
  • 通讯作者:
    Conrad, Jacinta C.
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Jeremy Palmer其他文献

Metabolic Dysfunction in Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome Not Due to Anti-mitochondrial Antibodies
肌痛性脑脊髓炎/慢性疲劳综合征的代谢功能障碍并非由抗线粒体抗体引起
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    2020
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    I. Nilsson;Jeremy Palmer;E. Apostolou;C. Gottfries;M. Rizwan;C. Dahle;A. Rosén
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2025-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.400
  • 作者:
    Raya Vinogradov;Oisín N. Kavanagh;Jeremy Palmer;Paul Murphy;Emma Curtis;Farhad Kamali;Stephen Robson
  • 通讯作者:
    Stephen Robson
FRI-331 - Identification of potential targets amenable to novel therapeutics to treat symptoms in primary biliary cholangitis
  • DOI:
    10.1016/s0168-8278(23)01079-6
  • 发表时间:
    2023-06-01
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  • 作者:
    Aaron Wetten;Ben Barron-Millar;Laura Ogle;George Mells;Steven Flack;Vinod Hegade;Richard Sandford;John Kirby;Jeremy Palmer;Sophie Brotherston;Laura Jopson;John Brain;Graham Smith;Steve Rushton;Rebecca L. Jones;Simon Rushbrook;Douglas Thorburn;Stephen Ryder;Gideon Hirschfield;David Jones
  • 通讯作者:
    David Jones
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海军陆战队基础训练期间补充维生素D对唾液免疫反应的影响
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  • 发表时间:
    2023-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Ruth Walker;Maria Emilia Dueñas;Jeremy Palmer;Jose Luis Marin-Rubio;Quentin Anstee;Matthias Trost;Olivier Govaere
  • 通讯作者:
    Olivier Govaere

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    2018
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    2016
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    0812942
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    2008
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