CAREER: Chemomechanics of 2D Transition Metal Materials

职业:二维过渡金属材料的化学力学

基本信息

  • 批准号:
    2045070
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Faculty Early Career Development (CAREER) project aims to reveal the fundamental coupling between the chemical reactivity and mechanics of two-dimensional (2D) transition metal materials. Being mostly surfaces, the high chemical reactivity of 2D transition metal materials makes them ideal for chemical and biological sensing for environmental and health condition monitoring. However, the same chemically active nature makes 2D transition metal materials vulnerable to attacks from the complex environmental conditions. Understanding the coupled chemo-mechanical coupling is critical in synthesis, design, and fabrication of resilient 2D transition metal material devices. In this project, advanced experimental methods will be used to understand the underlying mechanisms that give rise to this coupling, which will advance the performance of these materials and accelerate their integration in industrial applications. The education and outreach plan will be centered on equipping students with the state of art knowledge and skills in 2D materials. The plan includes participation of underrepresented students from the rural Ozark school districts in the summer research program and recruitment of undergraduate STEM students to join the research team in reaching out to local medical communities. Recently developed prototype devices such as 2D antibacterial filters and MXene field effect transistors will be showcased in the summer camp program and outreach science tours.The PI’s research team will achieve investigate chemo-mechanical coupling in 2D materials from three perspectives: (1) identifying the role of mechanical strain in affecting the chemical reactivity, (2) investigating the chemical reaction induced adhesion degradation, and (3) discovering the fracture behavior of chemically reacted 2D transition metal materials. MoS2 (typical 2D transition metal dichalcogenides, or TMDs) and Ti3C2O (typical 2D transition metal carbides, or MXenes) will be used as the template materials and oxidation will serve as the model chemical reaction. The PI will characterize the chemo-mechanical coupling mechanisms utilizing the newly developed experimental approaches including, (1) mechanically strained oxidation, (2) atomic force microscope (AFM) adhesion characterization with functionalized probe, and (3) in-situ scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM) fracture experiments in combination with chemical reaction characterizations. Atomistic modeling and continuum mechanics-based theories will also be established to rationalize these characterized chemo-mechanical coupling mechanisms.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.
这个教师早期职业发展(职业)项目旨在揭示化学反应性与二维(2D)过渡金属材料的机制之间的基本耦合。 2D过渡金属材料的高化学反应性主要是表面,使其非常适合化学和生物学敏感性,可用于环境和健康状况监测。但是,相同的化学活性性质使2D过渡金属材料容易受到复杂环境条件的攻击。了解耦合的化学机械耦合对于弹性2D过渡金属材料设备的合成,设计和制造至关重要。在该项目中,将使用先进的实验方法来了解产生这种耦合的潜在机制,这将提高这些材料的性能并加速其在工业应用中的整合。教育和宣传计划将集中在为学生提供2D材料中的艺术知识和技能状态。该计划包括参加夏季研究计划的Rough Ozark学区的代表性不足的学生和本科STEM学生的招募参与研究团队,以与当地的医疗社区联系。最近开发的原型设备,例如2D抗菌过滤器和MXENE场效应晶体管将在夏令营计划和外展科学巡回演出中显示。PI的研究团队将从三个角度进行研究,研究2D材料中的化学机械耦合:(1)确定机械性劳累的作用在化学反应性中的作用,(2)研究化学反应的作用,(2)化学反应的作用(2)(2)(2)(2)(2)(2)化学反应的作用(2)(2)化学反应的2D过渡金属材料。 MOS2(典型的2D过渡金属二核苷或TMDS)和Ti3C2O(典型的2D过渡金属碳化物或MXENES)将用作模板材料,氧化将用作模型化学反应。 The PI will characterize the chemo-mechanical coupling mechanisms utilizing the newly developed experimental approaches including, (1) mechanically strained oxidation, (2) atomic force microscope (AFM) adhesive characterization with functionalized probe, and (3) in-situ scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM) fracture experiments in combination with chemical reaction characters.还将建立基于原子的建模和持续机制的理论,以合理化这些特征性的化学机械耦合机制。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响来评估NSF的法定任务。

项目成果

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