SNM: Large Scale Manufacturing of Low-Cost Functionalized Carbon Nanomaterials for Energy Storage and Biosensor Applications

SNM:大规模制造用于储能和生物传感器应用的低成本功能化碳纳米材料

基本信息

  • 批准号:
    1344654
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 149.79万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-12-01 至 2018-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The benefits of graphene nano-petal structures are high surface area-to-volume ratio and high thermal and electrical conductivities. Graphene nano-petals can be functionalized for specific applications such as sensors, power and energy and lightweight materials. This grant provides funding to boost the throughput and yield of coated graphene nano-petal structures by ~5 orders of magnitude to 10m2/h from the current lab-scale throughput thus opening the door to their commercial viability in diverse application areas such as biosensing, electrochemical energy storage to high strength, lightweight carbon fiber composites. This major breakthrough will arise from comprehensive research proposed in five thrust areas, namely the design of continuous, roll-to-roll processing systems for large scale graphene nano-petal growth; fundamental understanding of graphene nano-petal growth mechanisms in a novel high energy plasma-enhanced chemical vapor deposition reactor; understanding of vibrations and stability of the transported web based on coarse-grain simulation models; scalable functionalization of the nano-petals in an ambient environment; and study of new in-line and offline metrology tools for quality control of devices based on the functionalized nano-petal structures.Graphene nano-petal based surfaces could find wide commercial use in detection of glucose in ultra-low concentrations, supercapacitors with concurrent high power and energy densities with high cycle stability, and in high-performance carbon fiber composites and new thermal interfacial materials. The breakthrough technologies that will be developed in this project will find direct commercial outlet through strong collaboration with start-up companies. Many results and methods from this research are likely to be applicable to a wide variety of low-pressure and ambient roll-to-roll nanomanufacturing processes such as for flexible electronics and membrane technology.
石墨烯纳米花瓣结构的优点是高表面积与体积比以及高导热性和导电性。石墨烯纳米花瓣可以针对特定应用进行功能化,例如传感器、电力和能源以及轻质材料。这笔赠款提供资金,将涂层石墨烯纳米花瓣结构的吞吐量和产量从当前实验室规模的吞吐量提高约5个数量级至10平方米/小时,从而为其在生物传感、生物传感、电化学储能到高强度、轻质碳纤维复合材料。这一重大突破将来自五个重点领域的综合研究,即用于大规模石墨烯纳米花瓣生长的连续卷对卷加工系统的设计;对新型高能等离子体增强化学气相沉积反应器中石墨烯纳米花瓣生长机制的基本了解;基于粗粒度模拟模型了解输送幅材的振动和稳定性;纳米花瓣在周围环境中的可扩展功能化;以及基于功能化纳米花瓣结构的设备质量控制的新型在线和离线计量工具的研究。基于石墨烯纳米花瓣的表面可以在超低浓度的葡萄糖、同时具有高浓度的超级电容器的检测中找到广泛的商业用途。具有高循环稳定性的功率和能量密度,以及高性能碳纤维复合材料和新型热界面材料。该项目将开发的突破性技术将通过与初创公司的强有力合作找到直接的商业出路。这项研究的许多结果和方法可能适用于各种低压和环境卷对卷纳米制造工艺,例如柔性电子和膜技术。

项目成果

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    0
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  • 通讯作者:
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