CAREER: Ring-Opening Polymerization-Induced Crystallization-Driven Self-Assembly

职业:开环聚合诱导结晶驱动的自组装

基本信息

  • 批准号:
    2238834
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.93万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-01 至 2028-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PART 1: NON-TECHNICAL SUMMARYPolymers are essential for our everyday lives. However, the problem of global plastics waste is a critical one. In addition, the polymer industry generates a large amount of greenhouse gases due to its high energy demand. This project will aid our transition towards a sustainable polymer industry by developing and studying energy-efficient chemistries to create biodegradable, biocompatible, and renewably sourced polymeric materials. To achieve this goal, this project will study how polymer molecules assemble and organize themselves into different structures as they are created through polymerization methods. This is important because the properties of polymeric materials are dependent on how they organize at the nano-, micro- and macro- scales. Highly advanced electron microscopic techniques will be utilized in this project to watch the polymers organize into structures in real time. This knowledge will help us to understand why different chemistries and different polymers form into different types of structures. Ultimately, this knowledge will help us to design polymers with useful properties using sustainable chemistries. Through this project, the next generation of polymer scientists will be trained on advanced analytical tools to provide a fundamental understanding across the field. Furthermore, the diversity and retention in polymer science will be impacted by using inclusive teaching and mentoring practices throughout the project.PART 2: TECHNICAL SUMMARYThe objective for this CAREER project is to develop methods to understand and control the mechanisms that drive ring-opening polymerization-induced crystallization-driven self-assembly of block copolymers. Investigation of the mechanisms and structures will be achieved by developing reactions to control the thermodynamics and kinetics of polymerization and self-assembly and by utilizing liquid and cryogenic electron microscopy and X-ray scattering methods. To provide a link between the polymer chemistry and the formation of hierarchical structures, the project will study the relationship between reaction rates and self-assembly mechanisms. The research themes are tightly integrated into educational activities, including the development of a new, joint graduate-undergraduate level course, which will be developed into an online course through the UCI OpenChem program. Additionally, active learning methods in general chemistry and K-12 polymer-based outreach modules will be developed. The integrated educational and research plans meet the urgent needs of transitioning towards a sustainable materials economy and training diverse students in the fundamentals of analytical polymer science, preparing them to enter and lead the future STEM workforce.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.
第1部分:非技术总结聚合物是我们日常生活中必不可少的。然而,全球塑料垃圾问题是一个关键问题。此外,聚合物工业由于其高能源需求而产生大量温室气体。该项目将通过开发和研究节能化学品来帮助我们向可持续聚合物行业过渡,以创造可生物降解,生物相容和可再生来源的聚合物材料。为了实现这一目标,该项目将研究聚合物分子如何通过聚合方法组装和组织成不同的结构。这一点很重要,因为聚合物材料的性质取决于它们在纳米、微米和宏观尺度上的组织方式。高度先进的电子显微镜技术将用于该项目,以观察聚合物组织成真实的时间结构。这些知识将帮助我们理解为什么不同的化学物质和不同的聚合物形成不同类型的结构。最终,这些知识将帮助我们使用可持续化学方法设计具有有用特性的聚合物。通过该项目,下一代聚合物科学家将接受先进分析工具的培训,以提供对该领域的基本理解。此外,在聚合物科学的多样性和保留将受到影响,通过使用包容性的教学和指导的做法在整个project.PART 2:技术总结这个CAREER项目的目标是开发方法来理解和控制的机制,驱动开环聚合诱导结晶驱动的自组装嵌段共聚物。机制和结构的调查将通过开发反应来控制聚合和自组装的热力学和动力学,并通过利用液体和低温电子显微镜和X射线散射方法来实现。为了提供聚合物化学和分级结构形成之间的联系,该项目将研究反应速率和自组装机制之间的关系。研究主题紧密结合到教育活动中,包括开发一个新的研究生-本科生联合课程,该课程将通过UCI OpenChem计划开发成在线课程。此外,将开发普通化学和K-12聚合物外展模块的主动学习方法。综合教育和研究计划满足了向可持续材料经济过渡的迫切需求,并在分析聚合物科学的基础上培训多样化的学生,为他们进入并领导未来的STEM劳动力做好准备。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值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

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