MRI: Dynamic Micro-Computed Tomography for Multidisciplinary Research and Foundational Education of the Sciences

MRI:用于多学科研究和科学基础教育的动态微计算机断层扫描

基本信息

项目摘要

This Major Research Instrumentation (MRI) award supports the acquisition of a dynamic micro-computed tomography instrument. Dynamic testing is essential for evaluating functionality over time. Micro-computed tomography techniques are non-destructive and provide 3D information at the micrometer scale. This project aims to integrate advanced research instrumentation in science and engineering with educational training for minority students. The micro-computed tomography instrument will be acquired by Florida A&M University (FAMU), a historically black college and university. The capability of the instrument provides an efficient characterization tool for examining many microstructured systems. It will be used in a range of research projects to conduct significant work in novel polymer-metal-ceramic composites, actuation mechanisms, bio-composites and macro-organisms, and fossilized creatures. The instrument will also help train students from multiple disciplines in the behavior of materials to produce the next generation of a STEM minority workforce. The instrument will also play an important role in the newly established Materials Science and Engineering graduate program. Additionally, this instrument will help FAMU establish the X-Ray Imaging Science Center and be part of the training network for the United States synchrotron facilities.The procurement of a Rigaku Computed Tomography (CT Lab HX) system provides new research opportunities by scaling experimentation through nondestructive 3D imaging, critical for identifying key microstructural dynamic features. The CT500 is a 500N in-situ tensile/compressive stage. The integrated mechanical testing unit within the CT's available open-frame can achieve 10-20 mm, respectively, for compression or tension modes. This will enable application-specific testing across a multidiscipline basis to encompass varying scan times from seconds, minutes and processes occurring over an hour. FAMU will be the steward and will coordinate fundamental studies of novel interdisciplinary challenges. Fundamental research projects using the instrument address cross-campus needs that encompass studies of 1) multiarchitectured polymer material flow for functional fiber production and 4D printing; 2) physiological and morphological growth of common pests for the food-water nexus; and 3) enhanced computational image processing. By systematically investigating material structures at length scales where critical features can be detected, this instrument allows the research community to study innate mechanisms of a range of problems spanning structural, environmental, chemical, and organic-related processes. This project will also attract collaborations with regional industry, national laboratories, and municipal entities for public STEM engagement.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.
该重大研究仪器 (MRI) 奖项支持购买动态微型计算机断层扫描仪器。动态测试对于随着时间的推移评估功能至关重要。微型计算机断层扫描技术是非破坏性的,可提供微米级的 3D 信息。该项目旨在将科学和工程领域的先进研究仪器与少数民族学生的教育培训相结合。该微型计算机断层扫描仪器将被佛罗里达农工大学 (FAMU) 收购,该大学是一所历史悠久的黑人学院和大学。该仪器的功能为检查许多微结构系统提供了有效的表征工具。它将用于一系列研究项目,在新型聚合物-金属-陶瓷复合材料、驱动机制、生物复合材料和宏观生物以及化石生物方面开展重要工作。该仪器还将帮助培训来自多个学科的学生材料行为,以培养下一代 STEM 少数族裔劳动力。该仪器还将在新设立的材料科学与工程研究生项目中发挥重要作用。此外,该仪器将帮助 FAMU 建立 X 射线成像科学中心,并成为美国同步加速器设施培训网络的一部分。 Rigaku 计算机断层扫描 (CT Lab HX) 系统的采购通过扩展实验提供了新的研究机会无损 3D 成像,对于识别关键微观结构动态特征至关重要。 CT500 是 500N 的原位拉伸/压缩平台。 CT 可用开放式框架内的集成机械测试单元在压缩或拉伸模式下可分别达到 10-20 毫米。这将使跨学科的特定于应用程序的测试能够涵盖从几秒、几分钟到一个小时内发生的不同扫描时间。 FAMU 将担任管理者,并协调新的跨学科挑战的基础研究。使用该仪器的基础研究项目可满足跨校园需求,包括以下方面的研究:1)用于功能性纤维生产和 4D 打印的多架构聚合物材料流; 2)食物-水关系中常见害虫的生理和形态生长; 3)增强计算图像处理。通过系统地研究可以检测到关键特征的长度尺度的材料结构,该仪器使研究界能够研究结构、环境、化学和有机相关过程中一系列问题的固有机制。该项目还将吸引与地区行业、国家实验室和市政实体的合作,以促进公共 STEM 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

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