Multifunctional 2D Polymers and Hybrids via Crystal Engineering

通过晶体工程实现多功能二维聚合物和杂化物

基本信息

  • 批准号:
    1762626
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-06-01 至 2022-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project advances the manufacture of crystalline polymer materials, promoting both the progress of science and advancing national prosperity. Crystallization as a materials processing technique is widely used in today's industry to manufacture fine chemicals, pharmaceuticals and semiconductors. However, in polymer engineering, the utilization of crystallization for processing purposes is limited because it is challenging to control polymer crystallization and even more difficult to grow polymer single crystals. Recent work demonstrated that polymer single crystals-based two dimensional polymers and hybrids have great potential in applications such as nanoparticle synthesis and patterning, surface enhanced Raman spectroscopy, artificial nanomotors and catalyst support. Uniform, functional, and controllable two-dimensional polymer single crystals must be produced at large scale for principal commercial applications, which is a major challenge to the community. This project develops two processing platforms called continuous evaporative solution crystallization and evaporative interface crystallization to produce these polymer crystals meet this challenge. The educational component of the project includes developing class modules, mentoring graduate and undergraduate students, and involving high school students in the research activities. The overarching goal of this research is developing a versatile processing approach to synthesize polymer single crystal-based, two dimensional polymers and hybrids. The major research activities of the work include: 1) Developing a library of homo-crystal and hetero-crystal seeds to control the polymer single crystal size and size distribution; 2) Improving the yield of polymer single crystal growth using a continuous evaporative solution crystallization method; 3) Developing an evaporative interface crystallization method to grow wafer-size two dimensional polymer single crystals; 4) Better understanding the growth control of multi-component, end-dissimilar polymers in order to achieve two dimensional polymer single crystals with nanoscale chemical heterogeneity. It is anticipated that such an exquisite morphological control directly leads to two dimensional hybrids with controlled nanoparticle type, loading, and spatial distribution, which are critical for their intended applications in catalysis, nanomotors and nanoparticle patterning.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目推进了结晶高分子材料的制造,促进了科学的进步和国家的繁荣。结晶作为一种材料加工技术,广泛应用于当今工业中制造精细化学品、药品和半导体。然而,在聚合物工程中,结晶用于加工目的的利用是有限的,因为控制聚合物结晶是具有挑战性的,并且甚至更难以生长聚合物单晶。近年来的研究表明,基于聚合物单晶的二维聚合物及其杂化物在纳米颗粒合成与图案化、表面增强拉曼光谱、人工纳米马达和催化剂载体等方面具有巨大的应用潜力。均匀、功能性和可控的二维聚合物单晶必须大规模生产才能用于主要的商业应用,这是对社区的主要挑战。本项目开发了连续蒸发溶液结晶和蒸发界面结晶两种工艺平台来生产这些聚合物晶体,以应对这一挑战。该项目的教育部分包括开发课程模块,指导研究生和本科生,并让高中生参与研究活动。 本研究的总体目标是开发一种通用的加工方法来合成聚合物单晶基,二维聚合物和杂化物。本论文的主要研究工作包括:1)开发了一个控制聚合物单晶尺寸和尺寸分布的同质和异质晶种库; 2)利用连续蒸发溶液结晶法提高了聚合物单晶生长的产率; 3)开发了一种生长圆片尺寸二维聚合物单晶的蒸发界面结晶法; 4)更好地理解多组分、末端不同聚合物的生长控制,以获得具有纳米级化学异质性的二维聚合物单晶。预计这种精致的形态控制直接导致具有受控纳米颗粒类型、负载和空间分布的二维混合物,这对于它们在催化、纳米马达和纳米颗粒图案化中的预期应用至关重要。该奖项反映了NSF的法定使命,并被认为值得通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估来支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Polymer crystallization at liquid‐liquid interface
  • DOI:
    10.1002/pcr2.10045
  • 发表时间:
    2014-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Mark C. Staub;Christopher Y. Li
  • 通讯作者:
    Mark C. Staub;Christopher Y. Li
Structure and Morphology of Poly(lactic acid) Stereocomplex Nanofiber Shish Kebabs
  • DOI:
    10.1021/acsmacrolett.9b00953
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.015
  • 作者:
    Xie, Qing;Chang, Xiaohua;Li, Christopher Y.
  • 通讯作者:
    Li, Christopher Y.
Biomimetic Mineralization of Hierarchical Nanofiber Shish-Kebabs in a Concentrated Apatite-Forming Solution
  • DOI:
    10.1021/acsabm.0c01133
  • 发表时间:
    2021-01-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Gleeson, Sarah E.;Kim, Seyong;Li, Christopher Y.
  • 通讯作者:
    Li, Christopher Y.
Towards shape-translational symmetry incommensurate polymer crystals
  • DOI:
    10.1016/j.polymer.2020.122407
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Mark C. Staub;Christopher Y. Li
  • 通讯作者:
    Mark C. Staub;Christopher Y. Li
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  • DOI:
    10.1016/j.polymer.2020.123150
  • 发表时间:
    2020-12-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li, Christopher Y.
  • 通讯作者:
    Li, Christopher Y.
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Christopher Li;Ricardo Pique
  • 通讯作者:
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  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
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