INSPIRE Track 1: Exploring New Route of Optically Mediated Self-Assembly: Final Material Properties Determine Its Structures

INSPIRE 轨道 1:探索光介导自组装的新途径:最终材料特性决定其结构

基本信息

  • 批准号:
    1344290
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 80万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-15 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This INSPIRE award is partially funded by the Electronic and Photonic Materials Program and the Solid State and Materials Chemistry Program in the Division of Materials Research in the Directorate for Mathematical and Physical Sciences; and the Nanomanufacturing Program in the Division of Civil, Mechanical and Manufacturing Innovation in the Directorate for Engineering.Technical Description: Structure-property relationships have long driven the discovery of novel materials. Optical metamaterials, a composite through structural design to achieve unprecedented materials properties, e.g., negative index of refraction and cloaking, introduce a new dimension in materials science. Metamaterials research has conventionally taken a "structures-determine-properties" approach. Material properties using rationally designed symmetry-breaking structures that can be realized by top-down fabrication methods such as lithography result in strongly anisotropic but small-scale metamaterials. Conventional self-assembly approaches, which may offer advantages of scalability and cost effectiveness, often result in simple structures with high degree of symmetry because complex and symmetry-broken structures are usually not thermodynamically favorable. In this project, combining material chemistry with optical physics, the investigators aim to overcome aforementioned critical challenges by exploring a path-breaking new approach of "properties-determine-structures" for scalable synthesis of a new class of metamaterials with unique properties, or properties not found in nature. Through the study of the symmetry effects of nanocomposites and models of plasmon-mediated self-assemblies, the team is developing new feedback strategies for controlling self-assembly processes. Plasmon is collective oscillation of electrons on metal surfaces. Using such autonomous feedback mechanisms, the final material properties dictate the material structural evolution during self-assembly, thereby achieving the desired complex symmetry-breaking structures.Non-technical Description: This interdisciplinary project brings together researchers from optics and chemistry to develop a revolutionary self-assembly route to large-scale synthesis of materials with complex symmetries that go far beyond materials fabricated or synthesized through conventional techniques. Light itself is used to guide the assembly into the desired structures. The team integrates this research project with education activities. For instance, the nanochemistry, optical physics, fabrication, optical/chemical characterization, and computational techniques developed in this project provide a multidisciplinary setting for training students to be next generation of leaders in science and engineering. This collaborative project aims to reshape materials research in both optical physics and material chemistry with a profound impact on a broad range of applications in manufacturing, energy technology and health care.
该 INSPIRE 奖部分由数学和物理科学理事会材料研究部的电子和光子材料项目以及固态和材料化学项目资助;以及工程理事会土木、机械和制造创新部门的纳米制造项目。技术描述:结构-性能关系长期以来一直推动着新型材料的发现。光学超材料是一种通过结构设计实现前所未有的材料特性的复合材料,例如负折射率和隐形,引入了材料科学的新维度。超材料研究通常采用“结构决定性质”的方法。使用合理设计的对称破缺结构的材料特性可以通过光刻等自上而下的制造方法来实现,从而产生强各向异性但小尺寸的超材料。传统的自组装方法可能具有可扩展性和成本效益的优势,但通常会产生具有高度对称性的简单结构,因为复杂和对称破缺的结构通常在热力学上不利。在这个项目中,研究人员将材料化学与光学物理相结合,旨在通过探索“性质决定结构”的开创性新方法来克服上述关键挑战,以可扩展地合成具有独特性质或性质的新型超材料。自然界中没有发现。通过研究纳米复合材料的对称效应和等离子体介导的自组装模型,该团队正在开发用于控制自组装过程的新反馈策略。等离激元是金属表面电子的集体振荡。利用这种自主反馈机制,最终的材料特性决定了自组装过程中材料结构的演变,从而实现了所需的复杂对称破缺结构。非技术描述:这个跨学科项目汇集了光学和化学领域的研究人员,开发出革命性的自组装材料-大规模合成具有复杂对称性的材料的组装路线,远远超出了通过传统技术制造或合成的材料。 光本身用于引导组件进入所需的结构。该团队将该研究项目与教育活动结合起来。例如,该项目开发的纳米化学、光学物理、制造、光学/化学表征和计算技术为培养学生成为下一代科学和工程领域的领导者提供了多学科环境。该合作项目旨在重塑光学物理和材料化学领域的材料研究,对制造、能源技术和医疗保健领域的广泛应用产生深远影响。

项目成果

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