CDS&E: GOALI: Paints/Coatings In-Silico Product Design and Real-Time Product-Quality Monitoring and Control

CDS

基本信息

  • 批准号:
    1953176
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Modern paint/coating (P/C) products are complex mixtures of chemicals that include polymer resins, pigment dispersants, and other additives. To describe P/C qualities such as color strength, durability, and shelf life, a vast set of consumer specifications are required. The dependence of these consumer attributes on the properties and amounts of the P/C ingredients and the preparation conditions is complex, poorly understood, and currently impossible to predict using physically based mathematical models. This is in contrast to the P/C ingredients themselves, however, whose properties generally are well-understood and can be predicted in advance by rigorous chemical reaction and mixing models. This project is expected to develop a model capable of predicting final properties of these complex mixtures. This is expected to aid in product design, and real-time quality prediction, defect detection and diagnosis, and product quality monitoring and control. The expected economic impact of this work is faster design and customization of paint/coating (P/C) products. This research program aims to overcome the challenges of predicting P/C final product qualities using a hybrid simulation approach that combines machine learning methods with physically-based modeling elements. At its core, decades of manufacturing data from the industrial partner of this collaboration will be used to uncover relationships between manufacturing processing conditions and the poorly understood P/C product qualities using a statistical machine learning technique. This will create a black-box model in the form of an artificial neural network which will take as input the predictions of the physically based ingredient modeling elements and will predict final P/C qualities. This research will produce robust computational methods for in-silico P/C product design, real-time P/C product quality prediction, product defect detection and diagnosis, and will enable methods to monitor and control P/C product quality. The computational methods can be applied directly or extended to other manufacturing processes. The team plans to integrate this research systematically into undergraduate education through the Drexel Co-op Program.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.
现代油漆/涂料 (P/C) 产品是复杂的化学品混合物,其中包括聚合物树脂、颜料分散剂和其他添加剂。为了描述 P/C 的品质,例如颜色强度、耐用性和保质期,需要大量的消费者规格。这些消费者属性对 P/C 成分的性质和数量以及制备条件的依赖性很复杂,人们对此知之甚少,并且目前无法使用基于物理的数学模型进行预测。然而,这与 P/C 成分本身形成鲜明对比,P/C 成分本身的特性通常是众所周知的,并且可以通过严格的化学反应和混合模型提前预测。该项目预计将开发一个能够预测这些复杂混合物的最终特性的模型。预计这将有助于产品设计、实时质量预测、缺陷检测和诊断以及产品质量监控和控制。这项工作的预期经济影响是更快地设计和定制油漆/涂料 (P/C) 产品。 该研究项目旨在利用将机器学习方法与基于物理的建模元素相结合的混合仿真方法来克服预测 P/C 最终产品质量的挑战。其核心是,此次合作的工业合作伙伴数十年的制造数据将用于通过统计机器学习技术揭示制造加工条件与人们知之甚少的 P/C 产品质量之间的关系。这将以人工神经网络的形式创建一个黑盒模型,该模型将基于物理的成分建模元素的预测作为输入,并预测最终的 P/C 质量。这项研究将为计算机 P/C 产品设计、实时 P/C 产品质量预测、产品缺陷检测和诊断提供强大的计算方法,并将实现监测和控制 P/C 产品质量的方法。计算方法可以直接应用或扩展到其他制造过程。该团队计划通过德雷塞尔合作项目将这项研究系统地整合到本科教育中。该奖项反映了 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(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Data‐driven prediction and optimization of liquid wettability of an initiated chemical vapor deposition‐produced fluoropolymer
数据驱动的化学气相沉积生产的含氟聚合物的液体润湿性预测和优化
  • DOI:
    10.1002/aic.17674
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Schwartz, Daniel;Nguyen, Tien;Chen, Zhengtao;Lau, Kenneth K.;Grady, Michael C.;Shokoufandeh, Ali;Soroush, Masoud
  • 通讯作者:
    Soroush, Masoud
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MXene-Based Catalysts: a Review
MXene 基催化剂:综述
  • DOI:
    10.1016/j.mtcata.2024.100054
  • 发表时间:
    2024-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ali Hamzehlouy;Masoud Soroush
  • 通讯作者:
    Masoud Soroush
Ti3C2MXene–polymer nanocomposites and their applications
  • DOI:
    10.1039/d0ta08023c
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Hossein Riazi;Srinivasa Kartik Nemani;Michael C. Grady;Babak Anasori;Masoud Soroush
  • 通讯作者:
    Masoud Soroush
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  • DOI:
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    2017-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Noah M. Johnson;Yuriy Y. Smolin;Daniel Hagaman;Masoud Soroush;Kenneth K. S. Lau;Hai-Feng Ji
  • 通讯作者:
    Hai-Feng Ji
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  • DOI:
    10.1016/j.nwnano.2024.100033
  • 发表时间:
    2024-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. A. Shamsabadi;V. Rad;Masoud Soroush
  • 通讯作者:
    Masoud Soroush
Nonlinear control of a batch polymerization reactor: an experimental study
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  • 通讯作者:
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Participant Support for Students to Attend the International Conference and Workshop on Mxenes; Philadelphia, Pennsylvania; 5-7 August 2024
为学生参加 Mxenes 国际会议和研讨会提供支持;
  • 批准号:
    2416797
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Student Support to Attend the International Workshop on MXenes; Philadelphia, Pennsylvania; 1-3 August 2022
支持学生参加 MXenes 国际研讨会;
  • 批准号:
    2228018
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Student Support to Attend the International Workshop on MXenes; Philadelphia, Pennsylvania; 1-3 August 2022
支持学生参加 MXenes 国际研讨会;
  • 批准号:
    2228018
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
FMRG: Cyber: A Cyber Nanomanufacturing Platform for Large-scale Production of High-quality MXenes and Other Two-dimensional Nanomaterials
FMRG:Cyber​​:用于大规模生产高质量 MXene 和其他二维纳米材料的网络纳米制造平台
  • 批准号:
    2134607
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
REU Site: Smart Manufacturing Research Experiences for Undergraduates (SMREU)
REU 网站:本科生智能制造研究体验 (SMREU)
  • 批准号:
    1949718
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
GOALI: Collaborative Research: On-Demand Continuous-Flow Production of High Performance Acrylic Resins: from Electronic-Level Modeling to Modular Process Intensification
GOALI:合作研究:高性能丙烯酸树脂的按需连续流生产:从电子级建模到模块化过程强化
  • 批准号:
    1804285
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
GOALI: Collaborative Research: Model-Predictive Safety Systems for Predictive Detection of Operation Hazards
GOALI:协作研究:用于预测检测操作危险的模型预测安全系统
  • 批准号:
    1704915
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Project: GOALI: Acrylic Resins Product and Process Design through Combined Use of Quantum Chemical Calculations and Spectroscopic Methods
合作项目:GOALI:结合使用量子化学计算和光谱方法进行丙烯酸树脂产品和工艺设计
  • 批准号:
    1160169
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Optimal Design and Operation of Dye Sensitized Solar Cells Using an Integrated Strategy Involving First-Principles Modeling, Synthesis, and Characterization
合作研究:采用涉及第一性原理建模、合成和表征的综合策略优化染料敏化太阳能电池的设计和运行
  • 批准号:
    1236180
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: GOALI: Synergistic Improvement of Process Safety and Product Quality Using Process Databases
合作研究:GOALI:使用过程数据库协同改进过程安全和产品质量
  • 批准号:
    1066461
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

基于标记分布学习的无锚框三维目标检测技术
  • 批准号:
    62306072
  • 批准年份:
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重点生态功能区村镇环境基础设施配置的非均衡性:形成机理、环境效应与多目标动态调适
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相似海外基金

GOALI: Understanding the Physical Mechanisms of Distortion and Controlling its Effects in Sintering-based Additive Manufacturing Processes
目标:了解变形的物理机制并控制其在基于烧结的增材制造工艺中的影响
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    2328678
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    2401564
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    2024
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GOALI:开发具有实用工作温度的下一代 MXene 基锂硫电池
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    2427203
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30.24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了