Design and Construction of Responsive Surfaces by Means of Tethered Chain Nanolayers

利用系链纳米层设计和构建响应表面

基本信息

  • 批准号:
    0218977
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-08-01 至 2007-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Lynn S. Penn, Et al, University of Kentucky"Design and Construction of Responsive Surfaces by Means of Tethered Chain Nanolayers"This project explores use of a tethered chain strategy to create surfaces that respond dynamically to their environments or other external stimuli. (A tethered chain is defined as a polymer molecule that is attached by a single point along its length to the surface of a solid.) Tethered chains are uniquely suited for creating responsive surfaces because, except for chain segments adjacent to the point of attachment, their segmental mobility is not impaired. Thus, even though they are attached permanently to the substrate, tethered chains can change conformation-- and thereby change the nature of the surface-- in response to an applied field or alteration in the local environment.Tethered chains of the appropriate chemical structure and molecular architecture, and with specific chemical functionalities attached, can be used to construct surfaces that exhibit a wide variety of responses. Surfaces can be constructed to have dynamic capabilities such as reversible appearance of nanoscale patterns, trapping of hazardous biological or chemical agents, and mimicry of surface energy of contacting phases. Surfaces with these capabilities have applications in electronics manufacture, clean-up of environmental pollution, biomedical devices, adhesive bonding, sensors in scientific instrumentation, adhesion and wetting, and biological and chemical warfare defense.In this project the investigators will gather the remaining experimental data needed to broaden their current mathematical model of the tethering process and make it versatile enough for practical use and will use controlled tethering to construct three demonstration surfaces that exhibit diverse response capabilities. The three demonstration surfaces will be able to 1) exhibit reversible, in-plane phase separation in response to temperature changes, 2) trap large anionic species from a passing stream, and 3) change surface energy to match that of a contacting phase, respectively. Project activities include synthesis of large organic molecules and polymers, execution of tethering procedures under controlled conditions (with real time monitoring), and characterization of structure and function of the surfaces by means of a variety of techniques.Impact: The modification of surfaces with polymers to manipulate nano-surface structure and properties is technologically important on many fronts. This work addresses a critical need. The training provided in these sophisticated techniques will enable research in this important nano-technology to expand. The networking between departments and universities proposed in this proposal is considered to fully utilize the advantages of multidisciplary approaches and inculcates this approach in the formation of the many students involved. If the research is successful, new responsive surfaces will be available for a wide variety of important nano-technological applications which will provide great benefit to society.
Lynn S. Penn 等人,肯塔基大学“通过系链纳米层设计和构建响应式表面”该项目探索使用系链策略来创建对其环境或其他外部刺激动态响应的表面。 (系链被定义为通过单个点沿其长度连接到固体表面的聚合物分子。)系链特别适合创建响应表面,因为除了与附着点相邻的链段之外,他们的节段流动性没有受到损害。因此,即使它们永久地附着在基材上,系留链也可以改变构象,从而改变表面的性质,以响应应用场或局部环境的变化。具有适当化学结构和结构的系留链分子结构以及附加的特定化学功能可用于构建表现出多种响应的表面。表面可以被构造为具有动态能力,例如纳米级图案的可逆外观、有害生物或化学试剂的捕获以及接触相的表面能的模拟。具有这些功能的表面可应用于电子制造、环境污染清理、生物医学设备、粘合、科学仪器中的传感器、粘附和润湿以及生物和化学战防御。在这个项目中,研究人员将收集剩余的实验数据需要扩大他们当前的系留过程数学模型,使其具有足够的通用性以供实际使用,并将使用受控系留来构建三个展示不同响应能力的演示表面。三个演示表面将能够:1)响应温度变化而表现出可逆的面内相分离,2)从经过的流中捕获大量阴离子物质,3)分别改变表面能以匹配接触相的表面能。项目活动包括合成大有机分子和聚合物、在受控条件下执行束缚程序(实时监控)以及通过各种技术表征表面的结构和功能。影响:用聚合物改性表面操纵纳米表面结构和特性在许多方面都具有重要的技术意义。 这项工作解决了一个关键需求。这些复杂技术提供的培训将使这一重要纳米技术的研究得以扩展。 该提案中提出的院系和大学之间的网络被认为充分利用了多学科方法的优势,并将这种方法灌输到许多参与的学生的培养中。 如果研究成功,新的响应表面将可用于各种重要的纳米技术应用,这将为社会带来巨大利益。

项目成果

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