Collaborative Research: Understanding Cross-plane and In-plane Transport in 2D Layered Heterostructures

合作研究:了解二维层状异质结构中的跨平面和面内传输

基本信息

  • 批准号:
    1905185
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.31万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-06-15 至 2022-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The goal of this collaborative effort is to develop an understanding of thermal and thermoelectric transport in an important new class of two-dimensional (2D) crystalline materials. This class of materials has the lowest thermal conductivities ever observed in a fully dense material. Highly efficient thermoelectrics can provide efficient solid-state cooling that rivals conventional refrigeration systems. This effort leverages measurement techniques recently developed in the Cronin lab, which enable the cross-plane (i.e. in the direction perpendicular to the layers) thermal and thermoelectric transport of extremely thin films to be measured accurately for the first time, and the unique materials synthesis capabilities developed in the Johnson lab, which enable specific sequences of 2D layers to be prepared and structurally characterized. Together, the labs will address several open questions regarding the thermal and thermoelectric transport properties of this interesting materials system, such as how the arrangement of layers and density of interfaces impact the difference between in plane and cross plane transport properties. This proposal will explore thermal and thermoelectric phenomena in a unique class of materials poised between the amorphous and crystalline states and test potential device structures using novel measurement techniques. In addition to thermoelectric energy conversion, the proposed scheme of studying cross-plane transport can be applied to a wide range of other device systems, including LEDs, FETs, and RTDs, currently being investigated by other groups. The proposed heterostructure geometries open up new degrees of freedom in the cross-plane transport with independent control of electrons and phonons, which is essential for achieving efficient thermoelectric energy conversion devices. The proposed layered heterostructures will enable many parameters to be varied such as inter-material barrier height, band gap (across the semiconductor-semimetal spectrum), and charge density wave transitions over a wide range of compositions to optimize thermoelectric phenomena. These structures enable investigation of systematic structural changes that are not possible with traditional approaches, for example, atomically-sharp interfaces that are not lattice matched and metal/semiconductor superlattices with atomically abrupt interfaces.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项合作的目标是加深对新型重要二维 (2D) 晶体材料中热和热电传输的理解。此类材料具有在全致密材料中观察到的最低导热率。高效热电材料可以提供与传统制冷系统相媲美的高效固态冷却。这项工作利用了克罗宁实验室最近开发的测量技术,首次能够精确测量极薄膜的跨平面(即垂直于层的方向)热和热电传输,以及独特的材料合成约翰逊实验室开发的功能,可以制备特定的二维层序列并进行结构表征。这些实验室将共同解决有关这一有趣材料系统的热和热电传输特性的几个悬而未决的问题,例如层的排列和界面的密度如何影响平面和跨平面传输特性之间的差异。该提案将探索介于非晶态和晶态之间的一类独特材料的热和热电现象,并使用新颖的测量技术测试潜在的器件结构。除了热电能量转换之外,所提出的研究跨平面传输的方案还可以广泛应用于其他设备系统,包括 LED、FET 和 RTD,目前其他小组正在研究这些系统。所提出的异质结构几何形状在电子和声子的独立控制下开辟了跨平面传输的新自由度,这对于实现高效的热电能量转换装置至关重要。所提出的层状异质结构将使许多参数能够变化,例如材料间势垒高度、带隙(跨半导体半金属光谱)以及各种成分上的电荷密度波跃迁,以优化热电现象。这些结构能够研究传统方法不可能实现的系统结构变化,例如,不晶格匹配的原子尖锐界面以及具有原子突变界面的金属/半导体超晶格。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被认为是值得的通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估来提供支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Predicting and Synthesizing Interface Stabilized 2D Layers
  • DOI:
    10.1021/acs.chemmater.1c01064
  • 发表时间:
    2021-06-23
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Hamann, Danielle M.;Rudin, Sven P.;Johnson, David C.
  • 通讯作者:
    Johnson, David C.
{{ 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 }}

David Johnson其他文献

Politics, modernisation and educational reform in Russia : from past to present
俄罗斯的政治、现代化和教育改革:从过去到现在
  • DOI:
    10.15730/books.74
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    David Johnson
  • 通讯作者:
    David Johnson
Fate of carbon in upland grassland subjected to liming using in situ 13CO2 pulse-labelling
使用原位 13CO2 脉冲标记进行石灰处理的高地草原中碳的归宿
  • DOI:
    10.1007/s11104-006-9078-3
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    B. Foereid;L. Dawson;David Johnson;J. I. Rangel
  • 通讯作者:
    J. I. Rangel
Re-Engineering Key National Economic Indicators
重新设计关键国民经济指标
Ambiguity in Performance Pay: An Online Experiment
绩效工资的模糊性:在线实验
Prevention of Progression of Kidney Disease: Exercise
预防肾脏疾病进展:运动
  • DOI:
    10.1111/j.1440-1797.2006.00605.x
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    David Johnson
  • 通讯作者:
    David Johnson

David Johnson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('David Johnson', 18)}}的其他基金

European Partnering Award: Harnessing root-fungal symbioses for sustainable agri-ecosystems
欧洲合作奖:利用根真菌共生实现可持续农业生态系统
  • 批准号:
    BB/X018210/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Research Grant
CAREER: Risk-Based Methods for Robust, Adaptive, and Equitable Flood Risk Management in a Changing Climate
职业:在气候变化中实现稳健、适应性和公平的洪水风险管理的基于风险的方法
  • 批准号:
    2238060
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Functioning of soil food webs in response to woodland expansion
土壤食物网的功能响应林地扩张
  • 批准号:
    NE/X011135/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Research Grant
Collaborative Research: Exploring thermionic multiple barrier heterostructures and thermoelectric energy conversion using 2D layered heterostructures
合作研究:利用二维层状异质结构探索热离子多重势垒异质结构和热电能量转换
  • 批准号:
    2323032
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Short-circuiting the terrestrial phosphorus cycle: symbiotic control of organic phosphorus mineralisation and uptake
缩短陆地磷循环:有机磷矿化和吸收的共生控制
  • 批准号:
    NE/W000350/1
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Research Grant
Synthesis and Properties of Heterostructures Containing Magnetic 2d Layers Not Found As Bulk Compounds
含有未发现为本体化合物的磁性二维层的异质结构的合成和性能
  • 批准号:
    2219512
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SAI-R: Reducing Natural Hazards Risks by Incorporating Community Impacts and Equity
SAI-R:通过纳入社区影响和公平来减少自然灾害风险
  • 批准号:
    2228559
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Standard Grant
21EJP SOIL: SymbiOtIc soLutions for HEalthy Agricultural Landscapes (SOIL HEAL)
21EJP SOIL:健康农业景观的共生解决方案(土壤修复)
  • 批准号:
    BB/X000729/1
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Research Grant
Maximising ecosystem services in urban environments (MEaSURE)
最大化城市环境中的生态系统服务(MEaSURE)
  • 批准号:
    NE/W003120/1
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Research Grant
Disentangling mechanisms of co-adaptation between trees and soil food webs in response to environmental perturbations
解开树木和土壤食物网响应环境扰动的共同适应机制
  • 批准号:
    NE/S002189/1
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Research Grant

相似国自然基金

基于场景理解和视觉推理的光电集成芯片表面缺陷检测方法研究
  • 批准号:
    52375499
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向长文本的机器阅读理解关键技术研究
  • 批准号:
    62306040
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向智能视频理解的时序结构化解析与语义细致化识别研究
  • 批准号:
    62306239
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于驾驶人行为理解的人机共驾型智能汽车驾驶权分配机制研究
  • 批准号:
    52302494
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于物理解释的深度学习云对流参数化方案研究
  • 批准号:
    42305174
  • 批准年份:
    2023
  • 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

Collaborative Research: Chain Transform Fault: Understanding the dynamic behavior of a slow-slipping oceanic transform system
合作研究:链变换断层:了解慢滑海洋变换系统的动态行为
  • 批准号:
    2318855
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Understanding Environmental and Ecological Controls on Carbon Export and Flux Attenuation near Bermuda
合作研究:了解百慕大附近碳输出和通量衰减的环境和生态控制
  • 批准号:
    2318940
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Understanding and Manipulating Magnetism and Spin Dynamics in Intercalated van der Waals Magnets
合作研究:理解和操纵插层范德华磁体中的磁性和自旋动力学
  • 批准号:
    2327826
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Understanding the Influence of Turbulent Processes on the Spatiotemporal Variability of Downslope Winds in Coastal Environments
合作研究:了解湍流过程对沿海环境下坡风时空变化的影响
  • 批准号:
    2331729
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Understanding the discharge mechanism at solid/aprotic interfaces of Na-O2 battery cathodes to enhance cell cyclability
合作研究:了解Na-O2电池阴极固体/非质子界面的放电机制,以增强电池的循环性能
  • 批准号:
    2342025
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23.31万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了