Block Copolymer Based Porous Nanostructures from Non-Equilibrium Processes

非平衡过程中基于嵌段共聚物的多孔纳米结构

基本信息

  • 批准号:
    1707836
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 94万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NON-TECHNICAL SUMMARYThis project is on advanced porous nanostructures made from specialized plastic materials ("block copolymers") using novel non-equilibrium processes. It will promote scientific understanding of the fundamental principles of how to controllably push polymer-based materials systems away from equilibrium towards the successful generation of porous asymmetric membranes or highly ordered ("single-crystal") nanostructures. The project may offer profound impact in a range of technologically important areas. For example, if successful, the project will provide advanced membrane materials for applications in high-resolution biopharmaceutical separations and will allow use of porous polymer molds to structure higher-melting materials like metals or semiconductors into periodically ordered porous single-crystal nanostructures of interest in the microelectronic industry. Besides expected benefits for society in a number of areas of technology development, the project will also support education and diversity by promoting interest of a diverse range of students in the science, technology, engineering, and mathematics (STEM) fields.TECHNICAL SUMMARYThis project aims to investigate the synthesis and preparation, characterization, and formation mechanisms of porous block copolymer directed nanostructures obtained using non-equilibrium formation processes. Two distinct approaches will be pursued employing ABC triblock terpolymer self-assembly: One submits the terpolymers to non-solvent induced phase separation enabling asymmetric membrane formation, the other to transient laser heating to access temperature processing regimes hitherto unexplored for polymers. The aim of the proposed program is to understand the underlying fundamental chemical, physical and kinetic formation principles enabling generalization of results to other classes of materials. The proposed research includes synthesis of all components, preparation of porous nanostructured materials using the two non-equilibrium formation principles, and characterization of the final assembly structures using various scattering and electron microscopy techniques. Interdisciplinarity will be a central feature of the effort. The program will further involve training and development of human resources, including the participation of underrepresented groups, and industrial outreach.
非技术摘要该项目研究采用新型非平衡工艺由专用塑料材料(“嵌段共聚物”)制成的先进多孔纳米结构。 它将促进对如何可控地推动基于聚合物的材料系统远离平衡以成功生成多孔不对称膜或高度有序(“单晶”)纳米结构的基本原理的科学理解。该项目可能会对一系列重要技术领域产生深远影响。例如,如果成功,该项目将为高分辨率生物制药分离应用提供先进的膜材料,并将允许使用多孔聚合物模具将金属或半导体等高熔点材料构造成周期性有序的多孔单晶纳米结构。微电子工业。除了在许多技术开发领域为社会带来预期效益外,该项目还将通过提高各类学生对科学、技术、工程和数学 (STEM) 领域的兴趣来支持教育和多样性。 技术摘要该项目的目标研究使用非平衡形成过程获得的多孔嵌段共聚物定向纳米结构的合成和制备、表征和形成机制。采用 ABC 三嵌段三元共聚物自组装,将采用两种不同的方法:一种将三元共聚物进行非溶剂诱导相分离,从而实现不对称膜的形成,另一种采用瞬态激光加热,以获得迄今为止尚未探索的聚合物温度处理机制。拟议计划的目的是了解基本的化学、物理和动力学形成原理,从而将结果推广到其他类别的材料。拟议的研究包括所有成分的合成、使用两种非平衡形成原理制备多孔纳米结构材料以及使用各种散射和电子显微镜技术表征最终组装结构。跨学科性将是这项工作的核心特征。该计划将进一步涉及人力资源的培训和开发,包括代表性不足群体的参与以及行业推广。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Block Copolymer Self-Assembly Directed Hierarchically Structured Materials from Nonequilibrium Transient Laser Heating
非平衡瞬态激光加热嵌段共聚物自组装定向分层结构材料
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.8b01766
  • 发表时间:
    2019-01-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    K. W. Tan;U. Wiesner
  • 通讯作者:
    U. Wiesner
Superconducting Quantum Metamaterials from Convergence of Soft and Hard Condensed Matter Science
软硬凝聚态科学融合的超导量子超材料
  • DOI:
    10.1002/adma.202006975
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Beaucage, Peter A.;van Dover, R. Bruce;DiSalvo, Francis J.;Gruner, Sol M.;Wiesner, Ulrich
  • 通讯作者:
    Wiesner, Ulrich
Block copolymer derived 3-D interpenetrating multifunctional gyroidal nanohybrids for electrical energy storage
用于电能存储的嵌段共聚物衍生的3D互穿多功能螺旋纳米杂化物
  • DOI:
    10.1039/c7ee03571c
  • 发表时间:
    2018-05-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    J. Werner;Gabriel G. Rodríguez;H. Abruña;U. Wiesner
  • 通讯作者:
    U. Wiesner
Ordered Mesoporous Microcapsules from Double Emulsion Confined Block Copolymer Self-Assembly
双乳液限域嵌段共聚物自组装有序介孔微胶囊
  • DOI:
    10.1021/acsnano.1c00068
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Werner, Jörg G.;Lee, Hyomin;Wiesner, Ulrich;Weitz, David A.
  • 通讯作者:
    Weitz, David A.
Exploring Periodic Bicontinuous Cubic Network Structures with Complete Phononic Bandgaps
探索具有完整声子带隙的周期性双连续立方网络结构
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.7b07267
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hur, Kahyun;Hennig, Richard G.;Wiesner, Ulrich
  • 通讯作者:
    Wiesner, Ulrich
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Ordered gyroidal tantalum oxide photocatalysts: eliminating diffusion limitations and tuning surface barriers
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2015-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Ulrich Wiesner
Block copolymer self-assembly for nanophotonics
  • DOI:
    10.1039/c4cs00517a
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Ullrich Steiner

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Block Copolymer Based Multicomponent Self-assembly of Porous Nanostructures From Non-equilibrium Processes
基于嵌段共聚物的非平衡过程多孔纳米结构的多组分自组装
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    2307013
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 94万
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    2307013
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    2023
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    1008125
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    2010
  • 资助金额:
    $ 94万
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    2004
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