Coarse Grained Modeling & Control of Colloidal Assembly
粗粒度建模
基本信息
- 批准号:1928950
- 负责人:
- 金额:$ 30万
- 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:2019-09-01 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The goal of the proposed project is to develop computational models of ensembles of differently shaped colloidal particles as a means to control their assembly into ordered microstructures with few defects. The proposed research may enable metamaterial applications involving micro-structured colloidal-based materials for manipulation of electromagnetic radiation. Example materials include novel reflectors, gratings, polarizers, waveguides, etc. as part of sensors, solar cells, antennas, optical computers, and cloaking devices, which all require periodic structures of different shaped particles with low defect densities. The focus of the research project will be on modeling and control of ellipsoidal and super-ellipsoidal particles to enable a rich set of microstructures. Novel methods for controlling interactions using directional and time varying inputs will be developed to enable precise control of colloidal particle assembly processes.Understanding the thermodynamics and kinetics in colloidal systems is challenging and applying feedback control adds an additional layer to engineering complex responses in such systems. The goal of the proposed research is to develop minimal physically-meaningful models of stochastic dynamics to design model-based feedback control policies for the assembly of ellipsoidal and super-ellipsoidal particles. The objective is to significantly adapt and extend prior approaches to systematically define coarse grained system coordinates that capture structural features while eliminating system symmetries. The feedback control policies will be tested experimentally with tunable kT-scale interactions to design dynamic reversible assembly of different shaped particles into ordered metamaterials. The fundamental understanding of design rules and control parameters for colloidal assembly will provide new general insights beyond what is known from trial-and-error discovery. The project will train students by integrating broad topics in colloid science, fluid dynamics, materials chemistry, advanced metrology/microfabrication, and control. Broadening participation of underrepresented groups in STEM fields will be pursued through weekly mentoring activities at a local elementary after-school program focused on engineering design.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.
该项目的目标是开发不同形状胶体颗粒集合的计算模型,作为控制它们组装成几乎没有缺陷的有序微观结构的手段。拟议的研究可能使超材料应用成为可能,涉及用于操纵电磁辐射的微结构胶体材料。示例材料包括新型反射器、光栅、偏振器、波导等,作为传感器、太阳能电池、天线、光学计算机和隐形装置的一部分,这些都需要具有低缺陷密度的不同形状颗粒的周期性结构。该研究项目的重点将是椭球体和超椭球体粒子的建模和控制,以实现丰富的微观结构。将开发使用定向和时变输入来控制相互作用的新方法,以实现胶体颗粒组装过程的精确控制。理解胶体系统中的热力学和动力学具有挑战性,应用反馈控制为此类系统中的复杂响应的设计增加了一个额外的层。 拟议研究的目标是开发具有最小物理意义的随机动力学模型,以设计基于模型的反馈控制策略,用于椭球和超椭球粒子的组装。目标是显着适应和扩展现有方法,以系统地定义粗粒度系统坐标,捕获结构特征,同时消除系统对称性。反馈控制策略将通过可调谐 kT 尺度相互作用进行实验测试,以设计不同形状粒子动态可逆组装成有序超材料。对胶体组装的设计规则和控制参数的基本理解将提供超越试错发现已知的新的一般见解。该项目将通过整合胶体科学、流体动力学、材料化学、先进计量/微加工和控制等广泛主题来培训学生。将通过每周在当地小学课后项目中以工程设计为重点的辅导活动,扩大 STEM 领域代表性不足群体的参与。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的评估进行评估,被认为值得支持。影响审查标准。
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)
Learning effective SDEs from Brownian dynamic simulations of colloidal particles
从胶体粒子的布朗动态模拟中学习有效的 SDE
- DOI:10.1039/d2me00086e
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:3.6
- 作者:Evangelou, Nikolaos;Dietrich, Felix;Bello-Rivas, Juan M.;Yeh, Alex J.;Hendley, Rachel S.;Bevan, Michael A.;Kevrekidis, Ioannis G.
- 通讯作者:Kevrekidis, Ioannis G.
Multistate Dynamic Pathways for Anisotropic Colloidal Assembly and Reconfiguration
- DOI:10.1021/acsnano.3c07202
- 发表时间:2023-10-03
- 期刊:
- 影响因子:17.1
- 作者:Hendley, Rachel S.;Zhang, Lechuan;Bevan, Michael A.
- 通讯作者:Bevan, Michael A.
Hard superellipse phases: particle shape anisotropy & curvature
硬超椭圆相:颗粒形状各向异性
- DOI:10.1039/d1sm01523k
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:3.4
- 作者:Torres-Díaz, Isaac;Hendley, Rachel S.;Mishra, Akhilesh;Yeh, Alex J.;Bevan, Michael A.
- 通讯作者:Bevan, Michael A.
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Michael Bevan其他文献
T-DNA of the Agrobacterium Ti and Ri Plasmids as Vectors
农杆菌 Ti 和 Ri 质粒的 T-DNA 作为载体
- DOI:
- 发表时间:
1983 - 期刊:
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- 作者:
M. Chilton;Annick De Framond;Michael Byrne;Robert T. Fraley;W. S. Chilton;Lucille Fenning;Kenneth A. Barton;Andrew N. Binns;A. Matzke;Michael Bevan;Jane Koplow;George Jen;Chantal David;J. Tempé - 通讯作者:
J. Tempé
Spatial and temporal patterns of transcription of a wound‐induced gene in potato.
马铃薯伤口诱导基因转录的空间和时间模式。
- DOI:
- 发表时间:
1990 - 期刊:
- 影响因子:11.4
- 作者:
A. Stanford;D. H. Northcote;Michael Bevan - 通讯作者:
Michael Bevan
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2224413 - 财政年份:2022
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$ 30万 - 项目类别:
Standard Grant
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Continuing Grant
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Standard Grant
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- 批准号:
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Research Grant
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$ 30万 - 项目类别:
Research Grant
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- 批准号:
BB/M02184X/1 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 30万 - 项目类别:
Research Grant
13 ERA-CAPS. Identifying and exploiting genetic variation controlling seed yield and quality in oilseed crops
13 ERA-CAPS。
- 批准号:
BB/M001334/1 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 30万 - 项目类别:
Research Grant
kT-scale Protein & Carbohydrate Interactions on Synthetic Materials & Cell Surfaces
kT级蛋白质
- 批准号:
1402739 - 财政年份:2014
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通过泛素介导的信号级联控制种子和器官大小
- 批准号:
BB/K017225/1 - 财政年份:2014
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$ 30万 - 项目类别:
Research Grant
相似国自然基金
颗粒状气凝胶玻璃中非均质气凝胶层的光热传递机理研究
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
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非线性颗粒状物质与流体交互仿真方法
- 批准号:61902340
- 批准年份:2019
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- 批准号:81704044
- 批准年份:2017
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- 批准号:31571765
- 批准年份:2015
- 资助金额:62.0 万元
- 项目类别:面上项目
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- 批准号:11572002
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- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Postdoctoral Fellowship: MPS-Ascend: Coarse-Grained Modeling of Aggrecan- Mimetic Copolymers: Polymer Design and Architecture Effects on Structure and Phase Behavior
博士后奖学金:MPS-Ascend:聚集蛋白聚糖模拟共聚物的粗粒度建模:聚合物设计和结构对结构和相行为的影响
- 批准号:
2316666 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 30万 - 项目类别:
Fellowship Award
CAREER: Machine Learned Coarse-grained Modeling for Mechanics of Thermoplastic Elastomers
职业:热塑性弹性体力学的机器学习粗粒度建模
- 批准号:
2323108 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 30万 - 项目类别:
Standard Grant
Mesophase Engineering through Coarse-to-fine Grained Modeling
通过粗粒度到细粒度建模进行中间相工程
- 批准号:
2101829 - 财政年份:2021
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$ 30万 - 项目类别:
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CAREER: Machine Learned Coarse-grained Modeling for Mechanics of Thermoplastic Elastomers
职业:热塑性弹性体力学的机器学习粗粒度建模
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$ 30万 - 项目类别:
Standard Grant
The molecular study of lipid membrane curvature generation and sustainment mechanisms using all-atom and ultra-coarse-grained simulations.
使用全原子和超粗粒度模拟对脂质膜曲率生成和维持机制进行分子研究。
- 批准号:
10026319 - 财政年份:2020
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$ 30万 - 项目类别: