Diamond Rotors

钻石转子

基本信息

  • 批准号:
    10299171
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-10 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary The research in this proposal focuses on the development of methods for fabricating magic-angle spinning (MAS) rotors from single crystal diamond logs for applications (1) in ambient temperature MAS experiments, and (2) dynamic nuclear polarization (DNP) MAS experiments. In particular, there is an ever- increasing push towards rotors that attain higher spinning frequencies for MAS NMR in order to improve sensitivity and resolution. However, the spinning frequencies currently obtainable (~100 kHz) are limited by the strength of the material from which the rotors are fabricated – typically ZrO2 with flexural strength of ~800 MPa. Above ~120 kHz the ZrO2 rotors explode. Diamond is one of the strongest materials on earth with flexural strengths of 2-5 GPa for single crystal samples and therefore an ideal material to manufacture MAS rotors. Furthermore, diamond is transparent to terahertz radiation, so it is ideal for DNP experiments. Finally, it has excellent thermal properties – it thermal conductivity is 10x better than Cu. Thus, it is easy to compensate for the aerodynamic heating associated with MAS. Machining diamond cylinders to high tolerance required for rotors requires a novel laser machining processes which we have begun to develop to produce small (≤1.3 mm OD) diamond rotors. Here we propose to refine our processes and test them in our available instrumentation. The goal is to produce 1.3 mm, 0.7 mm and a new generation of 0.5 mm rotors that will attain ωr/2π>300 kHz and improve the resolution of MAS spectra by a factor of ~5 over what is currently available. In addition, we anticipate that diamond rotors will lead to larger DNP enhancements. We also describe some applications to amyloid fibrils and membrane proteins where we anticipate that diamond rotors will have a significant scientific impact.
项目摘要 该提案中的研究重点是制造魔术角的方法的开发 来自单晶钻石原木的旋转(MAS)转子的应用(1)在环境温度MAS中 实验和(2)动态核极化(DNP)MAS实验。特别是 增加对转子的推动,以达到MAS NMR的较高旋转频率以改进 灵敏度和分辨率。但是,当前可获得的旋转频率(〜100 kHz)受到限制 转子制造的材料的强度 - 通常是ZRO2,具有弯曲强度的 〜800 MPA。在〜120 kHz上方ZRO2转子探索。钻石是地球上强大的材料之一 单晶样品的弯曲强度为2-5 GPA,因此是制造的理想材料 MAS转子。此外,钻石对Terahertz辐射是透明的,因此它是DNP实验的理想选择。 最后,它具有出色的热性能 - 它的热导率比CU好10倍。那很容易 补偿与MAS相关的空气动力学加热。将钻石缸加工到高 转子所需的公差需要一个新颖的激光加工过程,我们已经开始发展为 产生小(≤1.3毫米OD)钻石转子。在这里,我们建议完善我们的流程并在我们的 可用的仪器。目标是产生1.3毫米,0.7毫米和新一代0.5毫米转子 这将达到ωr/2π> 300 kHz并提高MAS光谱的分辨率约5倍 目前可用。此外,我们预计钻石转子将导致更大的DNP增强功能。 我们还描述了一些对淀粉样蛋白原纤维和膜蛋白的应用,我们预计 钻石转子将产生重大的科学影响。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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