DMREF: COUPLED: Computation Of Undiscovered Piezoelectrics and Linked Experiments for Design

DMREF:COUPLED:未发现的压电的计算和设计相关实验

基本信息

  • 批准号:
    1534503
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 150万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-01 至 2020-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NON-TECHNICAL:Piezoelectric materials convert between electrical and mechanical energies and are critical components of many modern amenities, including ultrasound, wireless communication, innumerable sensors, and energy harvesters. Designers of piezoelectric devices today are forced to select either simple materials with moderate performance or complex alloys that have been empirically optimized over decades for unrelated applications. Instead of the historical trial-and-error approach focused primarily on a single class of high strain materials, this project will use emerging high-throughput computation and experimental techniques to enable discovery and design of new high-performance piezoelectric materials relevant across all use scenarios with an initial focus on nitride alloys. By developing and providing an openly-accessible database of both calculated and measured material properties, this project will invert the entire process of piezoelectric materials selection and design. An international industrial advisory board will help to ensure relevance and accelerate deployment of new materials across multiple industries. The project will train members of the next generation workforce in the innovative mindset that with the right tools and approaches, new material development can take months rather than decades.TECHNICAL:One attraction of piezoelectrics is their utility across a huge variety of applications, but in many cases, the materials parameters corresponding to optimal performance in one application space share little with those needed for other applications. Computational methods based on density functional theory (DFT) can now calculate materials properties such as elastic compliance, static permittivity, piezoelectric coefficients, and electromechanical coupling factors, and these calculations can be combined with emerging high-throughput screening methods. Using high-throughput fabrication, characterization, and measurement capabilities as well as the mathematical tools to guide design and quantify uncertainty, this project will develop an openly accessible database of calculated and measured piezoelectric properties. These data will also be converted to useful information via a web portal consisting of searchable parameter sets as suggested by a (no-fee) international industrial Advisory Board. This project will couple high-throughput simulation and experimental techniques to enable discovery and design of new high-performance piezoelectric materials relevant across all use scenarios with an initial focus on nitride alloys. The field of nitride piezoelectrics is perfect for demonstrating the promise of materials design because appropriate computational tools already exist, decades of empirical results in oxide piezoelectrics can guide work within the enormous white space of opportunity, and existing and emerging commercial applications are poised for rapid adoption.
非技术性:压电材料可在电能和机械能之间进行转换,是许多现代设施的关键组件,包括超声波、无线通信、无数传感器和能量采集器。如今,压电器件的设计者被迫选择要么具有中等性能的简单材料,要么选择经过数十年针对不相关应用的经验优化的复杂合金。该项目将采用新兴的高通量计算和实验技术来发现和设计与所有使用场景相关的新型高性能压电材料,而不是主要关注单一类别高应变材料的历史试错方法最初的重点是氮化物合金。通过开发和提供一个可公开访问的计算和测量材料特性数据库,该项目将颠覆压电材料选择和设计的整个过程。国际工业顾问委员会将有助于确保新材料在多个行业的相关性并加速其部署。该项目将为下一代劳动力成员提供创新思维培训,即通过正确的工具和方法,新材料的开发可能需要数月而不是数十年的时间。 技术:压电材料的一个吸引力在于其在各种应用中的实用性,但在在许多情况下,一个应用空间中与最佳性能相对应的材料参数与其他应用所需的参数几乎没有共同之处。基于密度泛函理论(DFT)的计算方法现在可以计算弹性柔量、静态介电常数、压电系数和机电耦合因子等材料特性,并且这些计算可以与新兴的高通量筛选方法相结合。该项目将利用高通量制造、表征和测量功能以及数学工具来指导设计和量化不确定性,开发一个可公开访问的计算和测量压电特性的数据库。这些数据还将根据(免费)国际工业咨询委员会的建议,通过包含可搜索参数集的门户网站转换为有用信息。该项目将结合高通量模拟和实验技术,以发现和设计与所有使用场景相关的新型高性能压电材料,最初重点关注氮化物合金。氮化物压电材料领域非常适合展示材料设计的前景,因为已经存在适当的计算工具,数十年的氧化物压电材料经验结果可以指导巨大的空白空间内的工作,并且现有和新兴的商业应用已准备好快速采用。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Characterization of Elastic Modulus Across the (Al 1–x Sc x )N System Using DFT and Substrate-Effect-Corrected Nanoindentation
使用 DFT 和基材效应校正纳米压痕表征 (Al 1–x Sc x )N 系统的弹性模量
  • DOI:
    10.1109/tuffc.2018.2862240
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wu, Dong;Chen, Yachao;Manna, Sukriti;Talley, Kevin;Zakutayev, Andriy;Brennecka, Geoff L.;Ciobanu, Cristian V.;Constantine, Paul;Packard, Corinne E.
  • 通讯作者:
    Packard, Corinne E.
High-Throughput Selection and Experimental Realization of Two New Ce-Based Nitride Perovskites: CeMoN 3 and CeWN 3
两种新型 Ce 基氮化物钙钛矿:CeMoN 3 和 CeWN 3 的高通量选择和实验实现
  • DOI:
    10.1021/acs.chemmater.2c01282
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Sherbondy, Rachel;Smaha, Rebecca W.;Bartel, Christopher J.;Holtz, Megan E.;Talley, Kevin R.;Levy;Perkins, Craig L.;Eley, Serena;Zakutayev, Andriy;Brennecka, Geoff L.
  • 通讯作者:
    Brennecka, Geoff L.
Thin film growth effects on electrical conductivity in entropy stabilized oxides
薄膜生长对熵稳定氧化物电导率的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2020.12.021
  • 发表时间:
    2020-06-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    V. Jacobson;D. Diercks;B. To;A. Zakutayev;G. Brennecka
  • 通讯作者:
    G. Brennecka
Stability of epitaxial BiXO 3 phases by density-functional theory
通过密度泛函理论确定外延 BiXO 3 相的稳定性
  • DOI:
    10.1063/5.0008744
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Walden, Michael R.;Ciobanu, Cristian V.;Brennecka, Geoff L.
  • 通讯作者:
    Brennecka, Geoff L.
Review of high-throughput approaches to search for piezoelectric nitrides
寻找压电氮化物的高通量方法综述
  • DOI:
    10.1116/1.5125648
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Talley, Kevin R.;Sherbondy, Rachel;Zakutayev, Andriy;Brennecka, Geoff L.
  • 通讯作者:
    Brennecka, Geoff L.
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Geoff Brennecka其他文献

Strengthened relaxor behavior in (1−x)Pb(Fe0.5Nb0.5)O3–xBiFeO3
  • DOI:
    10.1039/c9tc05883d
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Uroš Prah;Mirela Dragomir;Tadej Rojac;Andreja Benčan;Rachel Broughton;Ching-Chang Chung;Jacob L. Jones;Rachel Sherbondy;Geoff Brennecka;Hana Uršič
  • 通讯作者:
    Hana Uršič
Smart Materials and Structures
智能材料和结构
  • DOI:
    10.1088/0964-1726/21/6/065013
  • 发表时间:
    2012-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Geoff Brennecka;Hidehiro Yoshida;Takehiko Hiraga;Naoya Shibata
  • 通讯作者:
    Naoya Shibata

Geoff Brennecka的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Geoff Brennecka', 18)}}的其他基金

PFI-RP: Novel Alloy Materials and Device Designs for 5G Wireless Communications
PFI-RP:用于 5G 无线通信的新型合金材料和器件设计
  • 批准号:
    2234617
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
    Standard Grant
DMREF: GOALI: Tetrahedral Ferroelectrics
DMREF:GOALI:四面体铁电体
  • 批准号:
    2119281
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
    Standard Grant
2017 Professional Development Workshop in Ceramics
2017年陶瓷专业发展研讨会
  • 批准号:
    1734055
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: SusChEM: Dynamic Defect Interactions in Ferroelectrics
职业:SusChEM:铁电体中的动态缺陷相互作用
  • 批准号:
    1555015
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

研究重元素体系三电离和三电子亲合能的Fock空间耦合簇计算方法和程序
  • 批准号:
    22373070
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
智能设计中一类可计算耦合扩散模型及参数识别理论与计算
  • 批准号:
    12371428
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    43.5 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于流固耦合计算的航空发动机整周复合材料叶片颤振机理研究
  • 批准号:
    12372008
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
理论计算和实验协同探索氮宾前体在可见光促进质子耦合电子转移策略下的新型转化
  • 批准号:
    22373073
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
大规模声学计算的耦合双边界元法及其快速多极算法研究
  • 批准号:
    12364055
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    31 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Implementation of Efficient Asynchronously Coupled Computation with Timed Buffer on NVDIMM
NVDIMM上定时缓冲区高效异步耦合计算的实现
  • 批准号:
    22K12049
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Applications to the topological computation for coupled network dynamical systems of Large degrees of freedom
大自由度耦合网络动力系统拓扑计算的应用
  • 批准号:
    19K03644
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Impact of network oscillations on dendritic computation in hippocampal pyramidal neurons
网络振荡对海马锥体神经元树突计算的影响
  • 批准号:
    9761836
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
ReproNim: A Center for Reproducible Neuroimaging Computation
ReproNim:可重复神经影像计算中心
  • 批准号:
    10482411
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
ReproNim: A Center for Reproducible Neuroimaging Computation
ReproNim:可重复神经影像计算中心
  • 批准号:
    10334133
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 150万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了