COLLABORATIVE RESEARCH: FLAME-GRADIENT SYNTHESIS OF TRANSITION-METAL OXIDE NANORODS

合作研究:过渡金属氧化物纳米棒的火焰梯度合成

基本信息

  • 批准号:
    0854006
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-01 至 2013-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

0854006SavelievThis collaborative research between teams at the University of Oklahoma (OU) and North Carolina State University (NCSU) intends to achieve controlled synthesis of transition-metal-oxide (TMO) nanoforms and to develop a scientific understanding of the underlying mechanisms. Flames have been successfully applied for the synthesis of high-demand nanomaterials such as metal and ceramic nanopowders, carbon fibers, carbon nanotubes, and fullerenes. As a nearly unexplored research area, the flame-gradient synthesis of TMO nanostructures is of fundamental and practical interest due to the potential variety and multifunctionality of the formed nanoforms, their unique properties, morphology and prospective applications.The team will use a flame-gradient method based on the interaction of a bulk metal support with a flame environment of varying temperature and chemical composition, a method they had pioneered. The successful preliminary experiments proved the applicability of this method for the synthesis of unique TMO nanostructures that have never been generated using flames or other traditional synthesis methods. The new research will extend the method to various important transition metals, such as molybdenum, tungsten, iron, cobalt, tantalum, chromium, vanadium, and zinc, to produce an experimental database on generated nanoforms and corresponding synthesis conditions. The focus of the proposed studies will be the confirmation of the key hypothesis that various 1-D TMO nanostructures can be generated in flames by a synergetic action of a highly reactive flame environment possessing strong thermal and chemical gradients. Within this collaborated research, the OU team will study the structure and morphology of generated nanoforms that will be analyzed using advanced material diagnostic techniques, and the NCSU group will conduct flame diagnostics and modeling to uncover the mechanisms. Flame chemistry, the nature of flame interaction with the metal surfaces, and the mechanism of the synthesis process will be closely studied.Broader impacts are both technological and educational. This research will serve as a fundamental basis for the development of novel technologies for flame synthesis of advanced TMO nanostructures with potential applications in electronics, medicine, chemistry, optics, sensors, recording and imaging media. The advantages of flame synthesis over other synthesis methods involve reduced cost, shorter processing times, improved scalability and quality. The method to be studied suggests essential economic and technological advances over current synthesis methods. Graduate and undergraduate students at OU and NCSU working on this interdisciplinary project will gain expertise in the fields of combustion, nanotechnology, and material synthesis. Underrepresented minority students will be encouraged and aided to start graduate school studies by providing them with a supportive and stimulating research experience during their junior and senior years. Additionally, the educational program involves high school teachers and students of North Carolina and Oklahoma communities by exposing them to the field of modern science via lectures, laboratory demonstrations, and hands-on experience.
0854006Saveliev 俄克拉荷马大学 (OU) 和北卡罗来纳州立大学 (NCSU) 团队之间的这项合作研究旨在实现过渡金属氧化物 (TMO) 纳米形式的受控合成,并发展对潜在机制的科学理解。火焰已成功应用于合成高要求的纳米材料,如金属和陶瓷纳米粉末、碳纤维、碳纳米管和富勒烯。作为一个几乎未被探索的研究领域,TMO纳米结构的火焰梯度合成具有基础和实际意义,因为所形成的纳米结构具有潜在的多样性和多功能性、其独特的性质、形态和潜在的应用。该团队将使用火焰梯度合成方法该方法基于块状金属载体与不同温度和化学成分的火焰环境的相互作用,这是他们首创的方法。成功的初步实验证明了该方法对于合成独特的TMO纳米结构的适用性,而这些结构是使用火焰或其他传统合成方法从未产生过的。新研究将将该方法扩展到各种重要的过渡金属,如钼、钨、铁、钴、钽、铬、钒和锌,以生成有关生成的纳米形态和相应合成条件的实验数据库。拟议研究的重点将是证实以下关键假设:通过具有强热梯度和化学梯度的高反应性火焰环境的协同作用,可以在火焰中生成各种一维 TMO 纳米结构。在这项合作研究中,OU团队将研究生成的纳米形态的结构和形态,并使用先进的材料诊断技术进行分析,NCSU团队将进行火焰诊断和建模以揭示其机制。将密切研究火焰化学、火焰与金属表面相互作用的性质以及合成过程的机制。更广泛的影响是技术和教育方面的。 这项研究将为开发先进 TMO 纳米结构火焰合成新技术奠定基础,并在电子、医学、化学、光学、传感器、记录和成像介质等领域具有潜在应用。与其他合成方法相比,火焰合成的优点包括降低成本、缩短处理时间、提高可扩展性和质量。所研究的方法表明比当前合成方法具有重要的经济和技术进步。 俄勒冈大学和北卡罗来纳州立大学的研究生和本科生从事这个跨学科项目将获得燃烧、纳米技术和材料合成领域的专业知识。 将通过在大三和大四期间为少数族裔学生提供支持性和刺激性的研究经验,鼓励和帮助他们开始研究生学习。此外,该教育计划还让北卡罗来纳州和俄克拉荷马州社区的高中教师和学生通过讲座、实验室演示和实践经验接触现代科学领域。

项目成果

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