Curvature gradient driven assembly of trapped and reconfigurable structures

俘获和可重构结构的曲率梯度驱动组件

基本信息

  • 批准号:
    1607878
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.75万
  • 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:
    2016-07-01 至 2020-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-technical AbstratThe ability to organize microscale particles into well-defined structures lies at the heart of our ability to design new soft, reconfigurable materials. Often, external electrostatic or magnetic fields are used to guide particles into positions where they can interact and form structures. This work studies fields that have not been widely appreciated or used in the past. Particles on fluid interfaces deform and increase the area of the interface around them. The product of surface tension and this area increase is an energy field that depends on the curvature of the fluid interface, so particles move along curvature gradients. Through this simple but remarkable fact, the geometry of the interface itself can be used to direct assembly. Here, these fields are studied to identify new ways to form structures difficult to form by conventional means to make new materials whose properties are explored. Graduate and undergraduate students are trained in the course of performing the proposed research, including students in the Louis Stokes Alliance for Minority Participation program, the Advancing Women in Engineering Program and the UPENN MRSEC REU program. New knowledge developed will be incorporated in a graduate course on interfacial phenomena.Technical AbstractThis research seeks to establish new strategies for directed assembly of micron and sub-micron scale particles to go well beyond the usual close packed assemblies. Particle trapped at fluid interfaces interact and migrate along interface curvature gradients via capillarity. These energies drive formation of complex structures strongly correlated with the interface curvature field, influenced by particle-particle interactions. Since soft matter is inherently deformable, such interactions are a natural route to form reconfigurable, tunable assemblies. Different classes of structures are studied using optical microscopy to observe structures, lithographically defined vessels to mold fluid interfaces and magnetic and other probes to perturb the structures and to guide their reconfiguration. Kinetically trapped structures are studied to form colloidal monolayer membranes with voids, dense regions and oriented structures which respond to changes in interface shape. Equilibrated structures are studied to form structures aligned along principle axes of the interfaces and to study their reconfiguration upon interface perturbation. The (dynamics of) structure formation is observed by optical microscopy for particle shapes and sizes selected for the scale of capillary interactions that they excite and their ability to form oriented structures with associated anisotropies in the structural response to perturbation. For both limits, particle positions/ orientations are compared to and correlated with the interface curvature. Observations are compared to appropriate prediction based on, for example, Stokesian Dynamics simulations for trapped structures and Monte Carlo simulations for equilibrated structures.
非技术抽象将微观颗粒组织成明确定义的结构的能力是我们设计新的柔软,可重构材料的能力的核心。 通常,外部静电场或磁场用于将颗粒引导到可以相互作用并形成结构的位置。这项工作研究领域过去曾被广泛赞赏或使用。 流体界面上的颗粒变形并增加周围界面的面积。表面张力和该区域增加的乘积是一个取决于流体界面曲率的能场,因此颗粒沿曲率梯度移动。 通过这个简单但出色的事实,可以使用界面本身的几何形状来指导组装。 在这里,研究了这些领域,以确定新的方法来形成难以通过传统手段形成的结构,以制造探索属性的新材料。在进行拟议的研究的过程中,对研究生和本科生进行了培训,其中包括路易斯·斯托克斯少数民族参与计划的学生,工程学计划的前进女性和Upenn MRSEC REU计划。开发的新知识将纳入有关界面现象的研究生课程中。技术摘要这项研究旨在为定向组装微米和亚微米尺度颗粒的新策略建立新的策略,以远远超出了通常的紧密包装的组件。 被困在流体界面的粒子通过毛细管沿界面曲率梯度相互作用并迁移。 这些能量驱动复杂结构的形成与界面曲率场的相关性,受颗粒粒子相互作用的影响。由于软物质本质上是可变形的,因此这种相互作用是形成可调,可调组件的自然途径。使用光学显微镜研究了不同类别的结构,以观察结构,正版界定的血管,以塑造流体界面以及磁性以及其他探针,以扰动结构并指导其重新配置。研究了动力学捕获的结构,以形成胶体单层膜,该膜具有空隙,密集区域和面向界面形状变化的定向结构。研究了平衡的结构,以形成沿界面的原理轴对齐的结构,并研究其在界面扰动时的重新配置。 通过光学显微镜观察(动力学)形成的(动力学形成)对于它们激发了毛细管相互作用的尺度和尺寸,它们激发了它们的尺寸,并在对扰动的结构响应中形成与相关各向异性的定向结构的能力。对于这两个限制,将粒子位置/方向进行比较并与界面曲率相关。 将观察结果与基于例如陷阱结构的Stokesian动力学模拟和蒙特卡洛模拟的适当预测进行了比较。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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

{{ 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 }}

Kathleen Stebe其他文献

Cells Sense and Respond to Curvature by Patterning Stress Fibers and Undergoing Curvature Guided Migration
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2017.11.3034
  • 发表时间:
    2018-02-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Kathleen Stebe
  • 通讯作者:
    Kathleen Stebe

Kathleen Stebe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('Kathleen Stebe', 18)}}的其他基金

Active Surface Agents: Enhanced Transport by Active Colloids at Fluid Interfaces
活性表面剂:活性胶体在流体界面处增强传输
  • 批准号:
    1943394
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Process Intensification via Bijels for Simultaneous and Continuous Catalytic Reaction and Separation
通过 Bijels 进行同步连续催化反应和分离的过程强化
  • 批准号:
    1945841
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Particle/Protein Interaction and Migration via Anisotropic Membrane Deformation
通过各向异性膜变形实现颗粒/蛋白质相互作用和迁移
  • 批准号:
    1133267
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Directed Assembly by Capillarity
毛细管作用定向组装
  • 批准号:
    1066284
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Drop detachment modes in microfluidics devices
微流体装置中的液滴分离模式
  • 批准号:
    0651035
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
MRI/Engineering Equipment Proposal: Acquisition of a Multi-user Imaging Ellipsometer
MRI/工程设备提案:购买多用户成像椭偏仪
  • 批准号:
    0318241
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Evaporating Fluid Microstructures: A Means of Directing Nanoparticle Assembly
蒸发流体微观结构:引导纳米粒子组装的一种方法
  • 批准号:
    0244592
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Measuring the Kinetics of Surfactant Adsorptive - Desorptive Exchange: The Role of Surfactant Structure and Charge
测量表面活性剂吸附-解吸交换动力学:表面活性剂结构和电荷的作用
  • 批准号:
    9520972
  • 财政年份:
    1996
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Engineering Research Equipment: Total Internal Reflectance Fluorescence (TIRF) for Bioengineering at Interfaces
工程研究设备:用于界面生物工程的全内反射荧光 (TIRF)
  • 批准号:
    9500468
  • 财政年份:
    1995
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
U.S.-France Cooperative Research: Characterization of Surfactant Mass Transfer Kinetics and their Impact on Confined Multi-Phase Flows
美法合作研究:表面活性剂传质动力学的表征及其对受限多相流的影响
  • 批准号:
    9217202
  • 财政年份:
    1993
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

大陆坡度陡降带倾倒岩体深层破裂与灾变演化机理
  • 批准号:
    42377145
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Ni-20Cr合金梯度纳米结构的低温构筑及其腐蚀行为研究
  • 批准号:
    52301123
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
环境风振荡条件下水域长大坡度隧道火灾烟流规律及控制方法研究
  • 批准号:
    52376131
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
坡度与水深主控的河流辫-曲转换机理及其沉积响应
  • 批准号:
    42202109
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
湖盆浅水三角洲前缘水下分流河道沉积构型与盆底坡度的响应关系
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Data-driven optimization of therapy for heart failure
数据驱动的心力衰竭治疗优化
  • 批准号:
    10467277
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
Data-driven optimization of therapy for heart failure
数据驱动的心力衰竭治疗优化
  • 批准号:
    10615143
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
Climate Penalty: Climate-driven Increases in Ozone and PM2.5 Levels and Mortality
气候惩罚:气候驱动的臭氧和 PM2.5 水平和死亡率增加
  • 批准号:
    10372176
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
Predicting concentration-gradient-driven liquid transport in 2D membranes
预测二维膜中浓度梯度驱动的液体传输
  • 批准号:
    DP210102155
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
AI Driven Neural Activity Manipulation and Intelligence Engineering
人工智能驱动的神经活动操纵和智能工程
  • 批准号:
    20J22906
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 42.75万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了