Rational Design and Processing of Multifunctional Nanocomposites

多功能纳米复合材料的合理设计与加工

基本信息

  • 批准号:
    1562075
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-06-01 至 2019-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nanocomposites composed of polymer matrix and nanoparticles offer a vast design-space of potential material properties, depending greatly on the properties of the two constituents and their spatial arrangement. Composites inherit good flexibility and processability from the polymer matrix and desirable features such as mechanical strength, unique optical, electrical, or magnetic properties, as well as conductivity and catalytic activity from nanoparticles. More importantly, they often impart new properties due to the strong coupling effect and strategic arrangement of the nanoparticles in the polymer matrix. This award supports fundamental research on rational design and processing of multifunctional nanocomposites composed of multiferroic core/shell nanoparticles and block copolymers. This research will enhance the current understanding of the structure-property relationships for these novel polymer-based, multifunctional nanostructured materials. These materials will be used in devices for applications such as advanced spintronics, capacitors, actuators, transducers, electromagnetic sensors and communication. The research project will be integrated with nanoscience education through the involvement of graduate students, undergraduate students, high school science teachers, and high school students in a multilevel learning experience.Magnetoelectric multiferroics exhibit both magnetic order and electrical polarization in the same compound. They are recognized as next generation multifunctional materials. The strong coupling between the ferroelectric and ferromagnetic orders in these materials renders a magnetic field-induced electrical polarization, and conversely, an electric field-induced magnetization. The ability to selectively incorporate multiferroic core/shell nanoparticles into the desired block copolymer domains to yield block copolymer/multiferroic nanoparticle multifunctional nanocomposites with long-range hierarchical order may open up a new avenue for developing miniaturized multifunctional electromagnetic materials and devices with controlled dielectric permittivity and magnetic permeability. This research aims to rationally design and process multifunctional nanocomposites with long-range hierarchical order. The research team will design and engineer monodisperse multiferroic nanoparticles tethered with polymers on the surface, process multiferroic nanocomposites via incorporating multiferroic core/shell nanoparticles within the target block of block copolymer, and explore the ferroelectric and ferromagnetic properties of nanocomposites.
由聚合物基质和纳米颗粒组成的纳米复合材料具有巨大的潜在材料特性,这取决于两个成分的特性及其空间排列。复合材料从聚合物基质和理想的特征(例如机械强度,独特的光学,电气或磁性特性以及来自纳米颗粒的电导率和催化活性)中继承了良好的灵活性和加工性。更重要的是,由于聚合物基质中纳米颗粒的强耦合效果和战略安排,它们通常会赋予新的特性。该奖项支持有关多功能纳米复合材料的理性设计和处理的基础研究,该纳米复合材料由多曲线核/壳/壳纳米颗粒和块共聚物组成。这项研究将增强对这些基于聚合物的新型多功能纳米结构材料的结构特性关系的当前理解。这些材料将用于用于应用程序的设备,例如高级旋转,电容器,执行器,传感器,电磁传感器和通信。该研究项目将通过研究生,本科生,高中科学老师和高中生的参与与纳米科学教育相结合。在同一化合物中,Magnetoelectric Multiferroics在同一化合物中表现出磁性和电力极化。它们被认为是下一代多功能材料。这些材料中铁电和铁磁阶之间的强耦合使磁场诱导的电化极化,相反,电场诱导的磁化强度。能够选择性地将多核心核/壳纳米粒子纳入所需的块共聚物结构域,产生嵌段共聚物/多型纳米颗粒的多功能纳米复合材料,具有远距离层次的纳米复合材料,可能会为带有多功能的多功能式置于对照的多功能材料和设备开放一个新的型号,以打开一个新的型号磁渗透性。这项研究旨在合理设计和处理具有远程分层顺序的多功能纳米复合材料。研究团队将通过在块共聚物的块共聚物的目标块中掺入多种核心/壳纳米粒子,设计和工程单分散多性纳米颗粒在表面上与聚合物系在一起,并处理多效量纳米复合材料,并探索铁电和效能电磁物质的nanocomposs。

项目成果

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