Electromechanics of Bioinspired Switchable-Surface Nanocomposites

仿生可转换表面纳米复合材料的机电

基本信息

  • 批准号:
    1662288
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Geckos can rapidly turn on and off the adhesive force of their feet and keep them from fouling during running on dusty walls, while some desert beetles can use their forewings to collect drinking water from fog. Mimicking these natural surfaces could result in novel materials with unique capabilities for numerous applications. In this project, an integrated experimental and computational approach will synthetically reproduce the desired biological features to create a new class of nanocomposites with tunable stickiness and self-cleaning characteristics. The anticipated long-term research outcome is a technical platform for developing the next generation of engineered materials, potentially useful for self-cleaning, sensing, nano-manipulation and assembly, and water harvesting in extremely arid regions, to mention a few. This research involves several disciplines including mechanics, materials science, biology, and nanotechnology. The multi-disciplinary platform will provide opportunities for underrepresented groups to participate in advanced research. Similarly, undergraduate research fellowships will be supported to provide exposure to engineering students to wide-ranging education and skills.In this project, new biomimetic wrinkle graphene-based nanocomposites with tunable adhesion and self-cleaning capabilities will be fabricated by mimicking the unique features of the biological structures found on gecko footpads and beetle forewings. A multiscale atomistic and micromechanics modeling approach will be used to interpret experimental results and to address how the biomimetic features can be translated into enhanced switchability, self-cleaning, and controlled release capabilities. The adhesive force and deformations will be measured with advanced microscopy tools and high-rate image capture, and a physics-based modeling approach will be developed to understand electromechanics of the biomimetic thin films. The modeling and experiments will be integrated to link the nanoscale phenomena to macroscopic performance. The results of this research will provide novel smart materials and a fundamental understanding of switching mechanisms for the design and development of the materials with unique performance features of practical significance.
壁虎可以迅速打开和关闭脚的粘合力,并在尘土飞扬的墙壁上奔跑时防止它们犯规,而某些沙漠甲虫可以使用前甲虫从雾中收集饮用水。模仿这些天然表面可能会导致具有独特功能的新型材料,可用于众多应用。在这个项目中,一种集成的实验和计算方法将合成重现所需的生物学特征,以创建具有可调性和自我清洁特征的新的纳米复合材料。预期的长期研究结果是开发下一代工程材料的技术平台,该平台可能可用于自我清洁,感测,纳米操作和组装以及在极其干旱地区的水收集,并提及一些。这项研究涉及多个学科,包括力学,材料科学,生物学和纳米技术。多学科平台将为代表性不足的团体提供参与高级研究的机会。同样,本科研究奖学金将得到支持,以向工程学生提供广泛的教育和技能。在这个项目中,新的基于基于可调的粘附和自我清洁能力的新生物含量皱纹石墨烯的纳米复合材料是通过模仿在盖克脚踏板上发现的生物学结构来制造的。多尺度原子和微力学建模方法将用于解释实验结果,并解决如何将仿生特征转化为增强的切换性,自我清洁和受控的释放功能。将使用高级显微镜工具和高速图像捕获来测量粘合力和变形,并将开发一种基于物理的建模方法来了解仿生薄膜的机电。建模和实验将集成以将纳米级现象与宏观性能联系起来。这项研究的结果将提供新颖的智能材料,并对具有实用意义的独特性能特征设计和开发的开关机制有基本的理解。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effect of pressure quenching on the structures and properties of borosilicate glasses: Insights from molecular dynamics simulations
压力淬火对硼硅酸盐玻璃结构和性能的影响:分子动力学模拟的见解
Bioinspired Smart Materials With Externally-Stimulated Switchable Adhesion
  • DOI:
    10.3389/fnano.2021.667287
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jie Wang;Yiyang Wan;Xiaowei Wang;Z. Xia
  • 通讯作者:
    Jie Wang;Yiyang Wan;Xiaowei Wang;Z. Xia
Effect of modifier cation field strength on the structures of magnesium oxide containing aluminoborosilicate glasses
改性剂阳离子场强对含氧化镁铝硼硅酸盐玻璃结构的影响
Highly Switchable Adhesion of N-Doped Graphene Interfaces for Robust Micromanipulation
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b18793
  • 发表时间:
    2019-02-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Wan, Yiyang;Gao, Yong;Xia, Zhenhai
  • 通讯作者:
    Xia, Zhenhai
The structures of iron silicate glasses with varying iron redox ratios from molecular dynamics simulations and EXAFS analysis
根据分子动力学模拟和 EXAFS 分析得出具有不同铁氧化还原比的硅酸铁玻璃的结构
  • DOI:
    10.1016/j.jnoncrysol.2023.122713
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Tuheen, Manzila I.;Wilkins, Malin C.Dixon;McCloy, John;Du, Jincheng
  • 通讯作者:
    Du, Jincheng
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    E. Petracovschi;L. Calvez;L. Cormier;D. Coq;Jincheng Du
  • 通讯作者:
    Jincheng Du
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    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    S. Kerisit;Jincheng Du
  • 通讯作者:
    Jincheng Du
Molecular Dynamics Simulations of Oxide Glasses
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jincheng Du
  • 通讯作者:
    Jincheng Du
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Qiming Liu;B. Poumellec;R. Cortès;Jincheng Du
  • 通讯作者:
    Jincheng Du

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    $ 39.83万
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