Molecules in 2D h-BN

2D h-BN 中的分子

基本信息

  • 批准号:
    2102643
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NON-TECHNICAL SUMMARY With this project, supported by the Solid State and Materials Chemistry program in the Division of Materials Research, Professor Michael Arnold and his research group at the University of Wisconsin will investigate the creation of ultrathin, sheet-like materials that are only one atom thick. The materials will be created from an electrical insulator, containing the elements boron and nitrogen. Embedded and bonded within the sheets will be ultrasmall islands of carbon atoms. These islands will be as small as molecules, and, like normal molecules, these islands will have an exactly defined number of atoms and precisely defined shapes. The carbon islands will also mimic the electrical and optical properties of normal molecules but be seamlessly integrated and lie flat within the boron-nitrogen sheets. Materials like these, with this precision, have never been created previously. This project will address the challenge of synthesizing these materials and develop the fundamental understanding needed to create them. Atomically well-defined structures like these have the potential to be employed as next-generation filter-like materials with record-efficiency because of the materialsˈ extreme thinness and thus promise to impact applications of societal importance pertaining to the purification of air and water. The resulting materials moreover promise to possess properties needed for next-generation electronics and quantum electronics technologies, important for national defense and prosperity. The impact of the supported research and science, and of research and science in general, will be communicated to the public by the researchers through planned outreach activities, for example via the University of Wisconsin’s Badger Talks initiative. TECHNICAL SUMMARY Molecules are the ultimate nanostructures. Their size, shape, and composition can be nearly infinitely tuned, and exact replicas can be created on a massively parallel scale. Moleculesˈ physical, electrical, and optical properties can be vastly tailored – to realize insulating, semiconducting, and metallic behaviors and manipulate photons from the ultraviolet to the infrared. In this project, supported by the Solid State and Materials Chemistry program in the Division of Materials Research, we will create and explore analogs to molecules – specifically analogs to polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) molecules – that are not free but covalently embedded, in-plane, in crystalline monolayer sheets of insulating hexagonal boron nitride (h-BN). While nanoscale domains of carbon have been fabricated from the top-down in h-BN previously, these domains have been relatively large and/or disordered in shape and size, and none have been defined with molecular precision. Here, atomically precise carbon domains will be realized, from the bottom-up, by using PAH molecules themselves to create them. The embedded PAHs will offer the exactness and tunablility of conventional molecules but in a planar, immobilized, and atomically thin form. Molecularly embedded h-BN sheets promise phenomena not previously possible – including exceptionally thin materials with exact pores of widely tunable size and shape (through selective carbon etching) for molecular sequencing or sieving applications, h-BN sheets (conventionally insulating) with functional semiconducting dopants, and immobilized single molecules that are individually addressable.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.
在材料研究部固态和材料化学计划的支持下,威斯康星大学的迈克尔·阿诺德教授和他的研究小组将研究只有一个原子厚度的超薄片状材料的创造。这些材料将由含有元素硼和氮的电绝缘体制成。在薄片中嵌入和结合的将是超小的碳原子岛。这些岛屿将像分子一样小,并且,像正常分子一样,这些岛屿将具有精确定义的原子数量和精确定义的形状。碳岛也将模仿正常分子的电学和光学性质,但可以无缝集成并平坦地躺在硼-氮层中。像这样的材料,以这样的精度,以前从未被创造过。这个项目将解决合成这些材料的挑战,并发展创造它们所需的基本理解。这种原子定义良好的结构有可能被用作下一代过滤类材料,具有创纪录的效率,因为这种材料ˈ极薄,因此有望影响与空气和水的净化有关的具有社会重要性的应用。此外,由此产生的材料还有望拥有下一代电子和量子电子技术所需的特性,这对国防和繁荣至关重要。研究人员将通过计划的外展活动,例如通过威斯康星大学的獾谈话倡议,向公众传达所支持的研究和科学以及整个研究和科学的影响。技术综述分子是最终的纳米结构。它们的大小、形状和组成几乎可以无限调整,并且可以在大规模平行的规模上创建精确的复制品。分子ˈ的物理、电学和光学属性可以进行大量定制,以实现绝缘、半导体和金属行为,并操纵从紫外线到红外的光子。在这个项目中,在材料研究部固态和材料化学计划的支持下,我们将创建和探索类似分子-特别是多环芳烃(PAH)分子的类似物-这些分子不是自由的,而是共价嵌入在绝缘六方氮化硼(h-BN)的结晶单分子层中。虽然以前已经在h-BN中自上而下地构建了碳的纳米结构域,但这些结构域在形状和大小上都相对较大和/或无序,并且没有一个是以分子精度定义的。在这里,原子精确的碳域将实现,自下而上,通过使用多环芳烃分子本身来创建它们。嵌入的多环芳烃将提供传统分子的精确度和可调性,但以平面、固定化和原子薄的形式存在。分子嵌入型h-BN片材承诺出现以前不可能实现的现象--包括具有可广泛调节大小和形状的精确气孔的超薄材料(通过选择性碳蚀刻),用于分子测序或筛分应用的h-BN片材(常规绝缘),以及可单独寻址的固定单分子。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

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)
High-Vacuum Chemical Vapor Deposition of Monolayer Hexagonal Boron Nitride on Ge(001) from Borazine
环硼嗪Ge(001)上高真空化学气相沉积单层六方氮化硼
  • DOI:
    10.1149/11102.0097ecst
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Su, Katherine Anna;Li, Songying;Arnold, Michael Scott
  • 通讯作者:
    Arnold, Michael Scott
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Michael Arnold其他文献

Nano-scale Turing Patterns in Electrodeposited Hybrid Thin Films
电镀混合薄膜中的纳米级图灵图案
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Matthew White;Lina Sun;He Sun;Yuta Ogawa;Syu Uno;Yu Jiang;Michael Arnold;Bin Du;Benjamin Himberg;Tsukasa Yoshida
  • 通讯作者:
    Tsukasa Yoshida
Simultaneous ferromagnetic and semiconductor–metal transition in EuO
  • DOI:
    10.1016/j.physc.2007.03.240
  • 发表时间:
    2007-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Michael Arnold;Johann Kroha
  • 通讯作者:
    Johann Kroha
Leisure and Death: An Anthropological Tour of Risk, Death, and Dying.
休闲与死亡:风险、死亡和垂死的人类学之旅。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jonathan Skinner and Adam Kaul (eds.) Maribeth Erb;Keith Egan;Kathleen M. Adams;Adam Kaul;Shingo Iitaka;Cyril Schafer;Ruth McManus;Ray Casserly;Rachel A. Horner Brackett;Tamara Kohn;Michael Arnold;Martin Gibbs;James Meese;Bjorn Nansen;Stavro
  • 通讯作者:
    Stavro
Advancing the Use of Laparoscopy in Trauma: Repair of Intraperitoneal Bladder Injuries
推进腹腔镜在创伤中的应用:腹膜内膀胱损伤的修复
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Michael Arnold;Caroline Lu;Bradley W. Thomas;G. Sachdev;Kyle W. Cunningham;R. Vaio;B. Heniford;R. Sing
  • 通讯作者:
    R. Sing
The impact of abnormal BMI on surgical complications after pediatric colorectal surgery.
BMI异常对小儿结直肠手术后手术并发症的影响。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Angela M. Kao;Michael Arnold;T. Prasad;A. Schulman
  • 通讯作者:
    A. Schulman

Michael Arnold的其他文献

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I-Corps: Novel Aligned Carbon Nanotube Arrays for Radiofrequency Technologies
I-Corps:用于射频技术的新型对齐碳纳米管阵列
  • 批准号:
    2313213
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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将嵌段共聚物薄膜定向自组装成微电子和纳米制造有用的组织图案。
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  • 资助金额:
    $ 23万
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    Standard Grant
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  • 批准号:
    1705503
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    2017
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    Standard Grant
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SNM:碳纳米管晶圆
  • 批准号:
    1727523
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 23万
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    Standard Grant
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  • 批准号:
    1462771
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 23万
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    Standard Grant
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职业:克服异质性:具有百万分之一和十亿分度多分散性的超单分散半导体碳
  • 批准号:
    1350537
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 23万
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    Continuing Grant
Fabrication of Large-Area and Large-Bandgap Semiconducting Graphene Materials
大面积、大带隙半导体石墨烯材料的制备
  • 批准号:
    1129802
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Proposal: Genetic architecture of reproductive isolation and introgression in experimental and natural hybrid zones in Louisiana Irises
合作提案:路易斯安那鸢尾实验区和自然杂交区生殖隔离和基因渗入的遗传结构
  • 批准号:
    0949479
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 23万
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    Continuing Grant
Functional Atomic Membranes for High-Performance Organic Photovoltaic Materials
用于高性能有机光伏材料的功能原子膜
  • 批准号:
    1033346
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 23万
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    Standard Grant
RAPID: Evolutionary Effects of the Deepwater Horizon Oil Spill on Coastal Louisiana Iris Populations
RAPID:深水地平线漏油事件对路易斯安那州沿海鸢尾种群的进化影响
  • 批准号:
    1049757
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

卟啉基2D MOF纳米片用于乏氧肿瘤的高 效光动力治疗研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    10.0 万元
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    省市级项目
小立碗藓2D向3D发育转变的分子基础及作用机制研究
  • 批准号:
    JCZRQN202501035
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    2025
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基于深度学习与数字图像处理从2D微结构预测3D扩散迂曲度
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  • 批准年份:
    2024
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    省市级项目
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  • 批准年份:
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    2024
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    2024
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    2024
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  • 批准年份:
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    0.0 万元
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  • 批准号:
    12364032
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Bioinspired 2D nanocatalysts for inorganic nitrogen cycle
用于无机氮循环的仿生二维纳米催化剂
  • 批准号:
    DE240101045
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
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    Discovery Early Career Researcher Award
Electric and optical manipulation of 2D excitons for room temperature polariton blockade and valley qubits
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  • 批准号:
    EP/Y021789/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Research Grant
Precision Dry Etching of 2D Materials: 2DETCH
2D 材料的精密干法蚀刻:2DETCH
  • 批准号:
    EP/Z531121/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Research Grant
2Dフローサイトメトリー技術の確立と子宮頚がん細胞診への応用
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    2024
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    $ 23万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
データ同化技法で拓く適応照射のための2D-X線透視像からの実時間的3D体内動態の推定
使用数据同化技术从 2D-X 射线透视图像实时估计 3D 身体动力学以进行自适应照射
  • 批准号:
    24K10778
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
2Dマテリアルの転送機構の微視的機構を解明するin-situ TEM観察
原位 TEM 观察阐明二维材料转移的微观机制
  • 批准号:
    24K07286
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Assembly of Novel Branched Ionic Polymers: Chirality Induction and 2D Heterostructures
新型支化离子聚合物的组装:手性感应和二维异质结构
  • 批准号:
    2404081
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: RUI: Wave Engineering in 2D Using Hierarchical Nanostructured Dynamical Systems
合作研究:RUI:使用分层纳米结构动力系统进行二维波浪工程
  • 批准号:
    2337506
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Standard Grant
A strategy to exfoliate layered transition-metal borides into 2D nanocrystals (MBene) through alloying the transition-metal sites
通过过渡金属位点合金化将层状过渡金属硼化物剥离成二维纳米晶体(MBene)的策略
  • 批准号:
    24K08211
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
CAREER: Towards 3D Omnidirectional and Efficient Wireless Power Transfer with Controlled 2D Near-Field Coil Array
职业:利用受控 2D 近场线圈阵列实现 3D 全向高效无线功率传输
  • 批准号:
    2338697
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
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知道了