Patterning Mesoscale Chirality by Guided Crystal Twisting
通过引导晶体扭曲形成中尺度手性图案
基本信息
- 批准号:2325911
- 负责人:
- 金额:$ 52.45万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:美国
- 起止时间:2024-03-01 至 2027-02-28
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Silicon-based semiconductor crystals for computer chips and solar panels epitomize our reliance on crystalline materials and underscore their centrality for information technologies and renewable energies. While defect-free single crystals are the gold standard for most applications, bundles of imperfect, interacting crystals can be superior in some cases. This grant supports research on how organic semiconductor crystals can be fabricated as networks of twisted braids that counterintuitively outperform single crystals in the transport of electrons and detection and emission of different types of light. These twisted crystals are formed from the melt, making it possible to leverage high throughput fabrication methods. These novel materials support plastic electronics industries based on flexible light emitting diodes and displays, transistors, and wearable electronics for sensing and health monitoring thus augmenting the U.S. economy. At the intersection of solid-state physics, materials science, and process engineering, this multidisciplinary research serves as a rich training platform for undergraduate and graduate students, contributing to workforce development as called for by the CHIPS and Science Act. The colorful patterns created by twisted crystals form the basis of interactive STEAM workshops at the K-12 level. Through this activity, students learn about the concepts of crystals and light-matter interactions.Designing materials for chiroptoelectronics has relied on the synthesis of chiral molecules enantioselectively or the labor- and atom-intensive resolution of racemic mixtures of enantiomers. Twisted crystals that form spontaneously from the melt can manifest mesoscale chiroptical properties. The challenges facing the advancement of twisted crystals for chiroptoelectronics are the lack of spatial control over the twist sense and direction, and the incompatibility of current batch processing with high throughput manufacturing. This research articulates mechanisms governing twisted crystal formation and how the organization of crystal fibers affects electron and photon transport. This understanding guides the development of scalable processing methods to fabricate twisted crystal films with prescribed orientations and twist sense. Hybrid screw extrusion and roll-to-roll coating of molten material into patterned films are investigated as a scalable manufacturing method for these chiroptoelectronic materials. This continuous processing method involves inline mixing of molecular compounds and twisting additives prior to extrusion; precise control over film thickness, crystallization temperature, and shear profile; and tunable patterning using corrugated rollers. Newly developed rapid differential polarization imaging for inline characterization during film coating permits the screening and optimization of hundreds of electro-optical thin films made of collimated twisted crystal films. Examples of the applications of twisted crystals are circularly polarized light detectors and waveguides.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.
用于计算机芯片和太阳能电池板的硅基半导体晶体体现了我们对晶体材料的依赖,并强调了它们在信息技术和可再生能源中的中心地位。虽然无缺陷的单晶是大多数应用的黄金标准,但在某些情况下,不完美的相互作用的晶体束可能更优越。这笔赠款支持研究如何将有机半导体晶体制造为扭曲辫子网络,使其在电子传输以及不同类型光的检测和发射方面优于单晶。这些扭曲的晶体是由熔体形成的,使得利用高通量制造方法成为可能。这些新型材料支持基于柔性发光二极管和显示器、晶体管以及用于传感和健康监测的可穿戴电子产品的塑料电子行业,从而增强美国经济。这项多学科研究处于固态物理学、材料科学和过程工程的交叉点,为本科生和研究生提供了丰富的培训平台,为《CHIPS》和《科学法案》所要求的劳动力发展做出了贡献。扭曲水晶创造的彩色图案构成了 K-12 级别互动 STEAM 研讨会的基础。通过这项活动,学生了解晶体和光与物质相互作用的概念。手性光电子学材料的设计依赖于对映选择性的手性分子合成或对映体外消旋混合物的劳动和原子密集型拆分。从熔体中自发形成的扭曲晶体可以表现出介观手性光学特性。用于手性光电子学的扭曲晶体的发展面临的挑战是缺乏对扭曲方向和方向的空间控制,以及当前批量处理与高吞吐量制造的不兼容。这项研究阐明了控制扭曲晶体形成的机制以及晶体纤维的组织如何影响电子和光子传输。这种理解指导了可扩展加工方法的开发,以制造具有指定方向和扭曲感的扭曲晶体薄膜。研究了混合螺杆挤出和将熔融材料卷对卷涂覆成图案薄膜作为这些手电光电子材料的可扩展制造方法。这种连续加工方法涉及在挤出之前在线混合分子化合物和加捻添加剂;精确控制薄膜厚度、结晶温度和剪切曲线;以及使用瓦楞辊的可调图案。新开发的快速差分偏振成像用于薄膜镀膜过程中的在线表征,可以筛选和优化数百个由准直扭曲晶体薄膜制成的电光薄膜。扭曲晶体的应用示例是圆偏振光探测器和波导。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(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
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 }}
Stephanie Lee其他文献
Quantifying the Effects of Smartphone Adoption: Digital Device Substitution and Digital Consumption Expansion
量化智能手机采用的影响:数字设备替代和数字消费扩张
- DOI:
10.2139/ssrn.3014995 - 发表时间:
2018 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Stephanie Lee - 通讯作者:
Stephanie Lee
Structural Econometric Models
结构计量经济学模型
- DOI:
10.1287/educ.2019.0203 - 发表时间:
2019 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Yan Huang;Stephanie Lee;Yong Tan - 通讯作者:
Yong Tan
Elektrostatisch gebundenes vesikel
静电场
- DOI:
- 发表时间:
2011 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Akihiro Kishimura;Kazunori Kataoka;Stephanie Lee;Yasutaka Anraku;Aya Koide;Mitsuru Sakai;Q. Yu - 通讯作者:
Q. Yu
An Observational Study of Physical Activity in Parks in Asian and Pacific Islander Communities in Urban Honolulu, Hawaii, 2009
2009 年夏威夷檀香山市区亚太岛民社区公园体育活动观察研究
- DOI:
- 发表时间:
2011 - 期刊:
- 影响因子:5.5
- 作者:
Jane J. Chung;E. Davis;Stephanie Lee;Yuka Jokura;Lehua B. Choy;J. Maddock - 通讯作者:
J. Maddock
Diagnosis of systemic mastocytosis with cryptic deletion of TET2 and DNMT3A resulting from unbalanced translocation.
诊断系统性肥大细胞增多症,伴有不平衡易位导致的 TET2 和 DNMT3A 隐性缺失。
- DOI:
10.1111/bjh.19501 - 发表时间:
2024 - 期刊:
- 影响因子:6.5
- 作者:
Signy Chow;Stephanie Lee;August Lin;Kenneth J Craddock;Adam C Smith;Hubert Tsui - 通讯作者:
Hubert Tsui
Stephanie Lee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('Stephanie Lee', 18)}}的其他基金
CAREER: Engineering Arrays of Organic Light Harvesting Crystals from Solution
职业:从溶液中收集有机光晶体的工程阵列
- 批准号:
2115193 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: Charge Transport in Helicoidal Molecular Crystals
合作研究:螺旋分子晶体中的电荷传输
- 批准号:
2116183 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Continuing Grant
Collaborative Research: Charge Transport in Helicoidal Molecular Crystals
合作研究:螺旋分子晶体中的电荷传输
- 批准号:
2003997 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Continuing Grant
CAREER: Engineering Arrays of Organic Light Harvesting Crystals from Solution
职业:从溶液中收集有机光晶体的工程阵列
- 批准号:
1846178 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Standard Grant
Higher Efficiency Organic Solar Cells via Continuous Processing under Optimum Shearing Conditions
通过在最佳剪切条件下连续加工获得更高效率的有机太阳能电池
- 批准号:
1635284 - 财政年份:2016
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Standard Grant
相似国自然基金
胶原纤维在增龄影响骨微观尺度断裂行为和增韧机制中的作用
- 批准号:12302403
- 批准年份:2023
- 资助金额:20 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
南海中尺度涡AI预报及适应性观测策略研究
- 批准号:42376191
- 批准年份:2023
- 资助金额:51 万元
- 项目类别:面上项目
北冰洋西部海域涡旋及亚中尺度结构的地震海洋学研究
- 批准号:42306063
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
沿岸开尔文波激发孟加拉湾中尺度涡的机制研究
- 批准号:42306014
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
金属-空气-金属微观界面中的介观敏感机理与跨尺度传感方法研究
- 批准号:52305572
- 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
病院看護職における中間管理者の管理困難感尺度の開発
医院护理岗位中层管理人员管理难度感量表的编制
- 批准号:
24K13705 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Differentiating Cyclogenesis with and without Large Amplitude Mesoscale Gravity Waves: Implications for Rapidly Varying Heavy Precipitation and Gusty Winds
区分有和没有大振幅中尺度重力波的气旋发生:对快速变化的强降水和阵风的影响
- 批准号:
2334171 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Continuing Grant
生活保護基準の研究:等価尺度と消費・就労効果を中心として
福利标准研究:关注等值尺度和消费/工作效应
- 批准号:
24K04908 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
The Biophysics of Mesoscale, Reversible, Biomolecular Assemblies
中尺度可逆生物分子组装的生物物理学
- 批准号:
EP/Y000501/1 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Fellowship
CAREER: Enabling High-throughput Creep Testing of Advanced Materials through in-situ Micromechanics and Mesoscale Modeling
职业:通过原位微观力学和介观建模实现先进材料的高通量蠕变测试
- 批准号:
2340174 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 52.45万 - 项目类别:
Standard Grant