CAREER: Using electrostatic interactions to guide microstructure and mechanical properties in block polyelectrolytes

职业:利用静电相互作用指导嵌段聚电解质的微观结构和机械性能

基本信息

  • 批准号:
    1848454
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51.91万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-06-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NON-TECHNICAL SUMMARY: Polyelectrolytes are polymeric materials containing electrically charged chemical groups and have been implemented in a number of important technologies. These include separations membranes (e.g., gas or water purification), energy storage and harvesting devices (e.g., Li-ion batteries, ion exchange membranes, or organic photovoltaics), and materials for biomedical applications. The polymers utilized in these applications require organization and assembly at the nanometer scale, which is often difficult to predict and control in polyelectrolyte systems. This limitation often stems from difficulties related to controlling polyelectrolyte synthesis as well as inconsistencies in polymer characteristics that appear in the literature. As a consequence, surveying the literature precludes an empirical prediction of polyelectrolyte behavior. This CAREER project will utilize a modular synthetic strategy to reproducibly control the amount and type of charged groups within the polyelectrolyte, thus enabling correlations between polymer characteristics and application-specific criteria, such as nanoscale assembly features and mechanical properties. Additionally, educational materials related to polymer science will be delivered to local K-12 teachers, who will also be trained in integrating problem-based learning into their curricula. Furthermore, this project will engage undergraduate and graduate students, and highlight the importance and impact of polymer science to the surrounding public community.TECHNICAL SUMMARY:Establishing empirical structure-property design rules for polyelectrolytes through a survey of the literature is impractical due to the variations in synthetic platforms, molecular weight distributions, and absolute molecular weights reported. Recent theoretical work has identified ion entropy, ion solubility, and molecular-range electrostatic interactions as key parameters that synergistically influence the morphology of block polyelectrolytes. Therefore, this project will employ living anionic polymerization to prepare a diblock tetrapolymer (i.e., two blocks, four monomers) precursor with tunable molecular weight and narrow molecular weight distributions. Subsequently, the precursor will undergo orthogonal post-polymerization functionalization to controllably introduce various charge types (e.g., combinations of sulfonate, ammonium, and triazolium ions) at various charge densities. This approach enables experimental correlation of charge type, charge density, and backbone composition to ion solvation, counterion entropy, and electrostatic cohesion and ultimately to microphase separation and rheological properties. Thus, the outcome of this work will demonstrate strategies, in the form of empirical design rules that complement recent theoretical outcomes, to design application-specific performance based on counterion entropy, ion solvation, and long-range Coulombic interactions in polyelectrolyte materials.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.
非技术摘要:聚电解质是含有带电化学基团的聚合材料,并已在许多重要技术中得到应用。 其中包括分离膜(例如气体或水净化)、能量存储和收集装置(例如锂离子电池、离子交换膜或有机光伏)以及生物医学应用材料。这些应用中使用的聚合物需要纳米级的组织和组装,这在聚电解质系统中通常难以预测和控制。这种限制通常源于与控制聚电解质合成相关的困难以及文献中出现的聚合物特性的不一致。因此,查阅文献排除了对聚电解质行为的实证预测。该CAREER项目将利用模块化合成策略来可重复地控制聚电解质内带电基团的数量和类型,从而实现聚合物特性和特定应用标准(例如纳米级组装特征和机械性能)之间的相关性。 此外,与聚合物科学相关的教育材料将交付给当地 K-12 教师,他们还将接受将基于问题的学习融入课程的培训。此外,该项目将吸引本科生和研究生,并强调高分子科学对周围公共社区的重要性和影响。技术摘要:由于存在差异,通过文献调查建立聚电解质的经验结构-性能设计规则是不切实际的报告了合成平台、分子量分布和绝对分子量。最近的理论工作已确定离子熵、离子溶解度和分子范围静电相互作用是协同影响嵌段聚电解质形态的关键参数。因此,本项目将采用活性阴离子聚合来制备具有可调分子量和窄分子量分布的二嵌段四聚物(即两个嵌段、四个单体)前驱体。随后,前体将进行正交后聚合官能化,以各种电荷密度可控地引入各种电荷类型(例如磺酸根、铵和三唑鎓离子的组合)。这种方法能够实现电荷类型、电荷密度和主链组成与离子溶剂化、反离子熵和静电内聚力以及最终与微相分离和流变特性的实验关联。因此,这项工作的成果将以补充最新理论成果的经验设计规则的形式展示策略,以设计基于反离子熵、离子溶剂化和聚电解质材料中的长程库仑相互作用的特定应用性能。反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Thermodynamics and Structure–Property Relationships of Charged Block Polymers
带电嵌段聚合物的热力学和结构-性能关系
  • DOI:
    10.1002/macp.202200036
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Grim, Bradley J.;Green, Matthew D.
  • 通讯作者:
    Green, Matthew D.
Covalently integrated silica nanoparticles in poly(ethylene glycol)-based acrylate resins: thermomechanical, swelling, and morphological behavior
聚乙二醇丙烯酸酯树脂中的共价结合二氧化硅纳米颗粒:热机械、膨胀和形态行为
  • DOI:
    10.1039/d1sm01377g
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Hocken, Alexis;Beyer, Frederick L.;Lee, Jae Sang;Grim, Bradley J.;Mithaiwala, Husain;Green, Matthew D.
  • 通讯作者:
    Green, Matthew D.
Synthesis of PEG and Quaternary Ammonium Grafted Silicone Copolymers as Nanoemulsifiers
聚乙二醇和季铵接枝有机硅共聚物纳米乳化剂的合成
  • DOI:
    10.1021/acsapm.0c00103
  • 发表时间:
    2020-04-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Srishti Gupta;Pummy Singh;Babak Moghadas;Bradley J. Grim;V. Kodibagkar;M. Green
  • 通讯作者:
    M. Green
{{ 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 }}

Matthew Green其他文献

Midwives’ and obstetricians’ knowledge and management of women presenting with decreased fetal movements
助产士和产科医生对胎动减少女性的了解和管理
Efficient Set Membership Encryption and Applications
高效的集合成员加密和应用
The ACA’s Cost-Sharing Reduction Plans: A Key to Affordable Health Coverage for Millions of U.S. Workers.
ACA 的费用分摊削减计划:为数百万美国工人提供负担得起的医疗保险的关键。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Gabel;H. Whitmore;Matthew Green;A. Call;Sam T Stromberg;Rebecca Oran
  • 通讯作者:
    Rebecca Oran
Characteristics and determinants of human-carnivore conflict in South African farmland
南非农田人类与肉食动物冲突的特征和决定因素
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    M. Thorn;Matthew Green;D. Scott;K. Marnewick
  • 通讯作者:
    K. Marnewick
Schooling experience of Latino immigrant adolescents in North Carolina: an examination of relationships between peers, teachers, parents and school
北卡罗来纳州拉丁裔移民青少年的就学经历:对同龄人、教师、家长和学校之间关系的考察
  • DOI:
    10.7282/t35h7gc6
  • 发表时间:
    2010-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Matthew Green
  • 通讯作者:
    Matthew Green

Matthew Green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('Matthew Green', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Combating Cosmogenic Argon Isotopes in LEGEND
合作研究:对抗《LEGEND》中的宇宙成因氩同位素
  • 批准号:
    2111176
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Neutrinoless Double-Beta Decay with Germanium Detectors: Majorana Demonstrator and LEGEND
使用锗探测器的无中微子双贝塔衰变:马约拉纳演示器和传奇
  • 批准号:
    1812409
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Fouling resistant, freestanding zwitterionic polysulfones for osmotically driven membrane processes
用于渗透驱动膜工艺的防垢、独立式两性离子聚砜
  • 批准号:
    1836719
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SaTC: CORE: Medium: Collaborative: Theory and Practice of Cryptosystems Secure Against Subversion
SaTC:核心:媒介:协作:密码系统安全防范颠覆的理论与实践
  • 批准号:
    1801479
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Towards Secure and Policy-Compliant Encrypted Communications
职业:实现安全且符合策略的加密通信
  • 批准号:
    1653110
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NSF Postdoctoral Fellowship in Biology FY 2013
2013 财年 NSF 生物学博士后奖学金
  • 批准号:
    1306695
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Fellowship Award
Collaborative Research: Enabling Instructors to Teach Statics Actively
协作研究:使教师能够积极教授静力学
  • 批准号:
    1129341
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SBIR Phase I: Commutational Ramp Load Disk Drive Actuator
SBIR 第一阶段:换向斜坡负载磁盘驱动执行器
  • 批准号:
    0945905
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

使用Primer ID深度测序检测HIV-1新发感染研究
  • 批准号:
    82373642
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
煤矸石混凝土受弯构件使用性能与设计方法研究
  • 批准号:
    52378191
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
开放空间内部特征对公共生活行为的复合影响效应与使用者感知机理研究
  • 批准号:
    52308052
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
FKBP5 SNP rs1360780在甲基苯丙胺使用障碍易感中的作用及神经生物学机制
  • 批准号:
    82373853
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向新能源汽车使用特征异质性的“能源-道路交通”碳排放建模
  • 批准号:
    72304031
  • 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

Investigation of the softness perception during rubbing motion and presentation of softness on hard surfaces using electrostatic friction tactile stimuli
研究摩擦运动过程中的柔软度感知以及使用静电摩擦触觉刺激在硬表面上呈现柔软度
  • 批准号:
    22KJ1587
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Collaborative Research: Plasma-enhanced Electrostatic Precipitation of Diesel Particulates using High Voltage Nanosecond Pulses
合作研究:使用高压纳秒脉冲对柴油颗粒进行等离子体增强静电沉淀
  • 批准号:
    2112881
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Development of adhesion mechanism using upper critical solution temperature by electrostatic interaction and its application
利用静电相互作用上临界溶液温度的粘附机制的发展及其应用
  • 批准号:
    21H02005
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Collaborative Research: Plasma-enhanced Electrostatic Precipitation of Diesel Particulates using High Voltage Nanosecond Pulses
合作研究:使用高压纳秒脉冲对柴油颗粒进行等离子体增强静电沉淀
  • 批准号:
    2112898
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Patterning of Nanofibers on Three-Dimensional Surfaces Using Self-Aligning Nanojets Driven by Electrostatic Forces
使用静电力驱动的自对准纳米喷射在三维表面上形成纳米纤维图案
  • 批准号:
    2031243
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 51.91万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了