Collaborative Research: New Routes for the Preparation and Characterization of Functionally-Graded and Mesoporous Silica Thin Films

合作研究:功能梯度和介孔二氧化硅薄膜制备和表征的新途径

基本信息

  • 批准号:
    0647849
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-04-01 至 2010-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Professor Daniel A. Higgins of Kansas State University and Professor Maryanne M. Collinson of Virginia Commonwealth University are supported by the Analytical and Surface Chemistry Program to explore the synthesis and properties of novel mesoporous films. The preparation of films and surfaces incorporating compositional gradients is a topic of contemporary scientific interest. Such "functionally graded" materials incorporating gradients in polarity, porosity, and ionic site density have potential applications as stationary phases for separations, as absorbent/adsorbent layers for use in chemical or biological sensors, and as a means to regulate surface adhesion of cells, to direct the growth of neurons, and even to drive the transport of liquids. In this collaborative proposal, a unique approach is being studied for creating silica films that incorporate gradients in thickness, porosity, and composition using sol-gel chemistry and contemporary electrochemical deposition techniques. The inherent complexity and the variable nature of these materials inspired the use of single molecule imaging and spectroscopy (SMS) to obtain detailed information at the nanoscale and molecular level. SMS methods will be developed to obtain information on variations in pore size and microenvironment polarity along the gradients. In addition to these new functionally graded materials, mesoporous materials that exhibit reversible shrinkage in response to drying or changes in solution properties will also be made and characterized at the single pore level. Materials that exhibit reversible shrinking and expansion are potentially useful for the capture and sequestration of pollutants and for the controlled release of drugs, pesticides and fertilizers. Novel single-molecule fluorescence resonance energy transfer (FRET) methods will be used to monitor pore size variations in these materials with nanometer-scale sensitivity. Students participating in this research at Kansas State and Virginia Commonwealth will receive an unusually broad experience in synthesis, materials science and single molecule spectroscopy. All the participants involved in this research will benefit from the comprehensive education provided by this program via the sharing of knowledge, data and materials in weekly web conferences and periodic site visits to the collaborating laboratories.
堪萨斯州立大学的 Daniel A. Higgins 教授和弗吉尼亚联邦大学的 Maryanne M. Collinson 教授在分析和表面化学项目的支持下,探索新型介孔薄膜的合成和性能。包含成分梯度的薄膜和表面的制备是当代科学兴趣的一个话题。 这种包含极性、孔隙率和离子位点密度梯度的“功能梯度”材料具有作为分离固定相、作为用于化学或生物传感器的吸收剂/吸附剂层以及作为调节细胞表面粘附的手段的潜在应用。指导神经元的生长,甚至驱动液体的运输。 在这项合作提案中,正在研究一种独特的方法,用于使用溶胶-凝胶化学和当代电化学沉积技术来创建包含厚度、孔隙率和成分梯度的二氧化硅薄膜。 这些材料固有的复杂性和可变性激发了人们使用单分子成像和光谱学 (SMS) 来获取纳米级和分子级的详细信息。将开发 SMS 方法以获得有关孔径和微环境极性沿梯度变化的信息。 除了这些新的功能梯度材料之外,还将在单孔水平上制备和表征因干燥或溶液性质变化而表现出可逆收缩的介孔材料。 表现出可逆收缩和膨胀的材料可用于捕获和封存污染物以及控制药物、农药和化肥的释放。 新型单分子荧光共振能量转移(FRET)方法将用于以纳米级灵敏度监测这些材料的孔径变化。 堪萨斯州立大学和弗吉尼亚联邦大学参与这项研究的学生将获得合成、材料科学和单分子光谱学方面异常广泛的经验。参与这项研究的所有参与者都将受益于该计划提供的全面教育,通过每周网络会议和定期现场访问合作实验室分享知识、数据和材料。

项目成果

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