FMSG: Bio: Interface-Directed Manufacturing of Piezoelectric Biocrystal Thin Films
FMSG:生物:压电生物晶体薄膜的界面导向制造
基本信息
- 批准号:2328250
- 负责人:
- 金额:$ 50万
- 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:2024-01-01 至 2025-12-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Environmental stewardship and sustainability are major considerations for future manufacturing. Renewable, biocompatible, degradable, and nature-derived biomaterials are beginning to show great promise in a wide range of energy- and electronics-related areas. Among many material candidates, amino acids, the most basic building blocks of life, have shown intriguing properties which could make them suitable for application in semiconductor devices, energy conversion, and sustainable electronics. To realize these promises, new methods are needed to enable continuous growth of amino acid films in a manufacturing-ready system. A recent breakthrough by the team suggests that high-quality amino acid biocrystal films may be continuously produced when guided by a special interface between a polymer and a water solution. Therefore, this Future Manufacturing Seed Grant (FMSG) project seeks fundamental understanding of the interactions of the mixed materials in order to understand what controls the polymer-water interfaces in a continuous polymer extrusion system, and how the mixture in turn controls amino acid crystal formation and its properties. Knowledge obtained from this project may be transformative to the manufacturing of biocrystal thin films from amino acids and their derivatives and allow creation of structures which are otherwise unachievable by existing manufacturing techniques. Discoveries and innovations from this project will catalyze a new interface-guided manufacturing technique for biocrystal thin films, enabling a novel material paradigm for eco-friendly and biocompatible electronics and energy devices.The objective of this project is to obtain fundamental knowledge that enables transition from a static interface-guided crystallization of amino acids to a dynamic and continuous precipitation process in a manufacturing-ready system. To achieve this objective, the team will develop a new apparatus for continuously producing polymer-water bi-phase films. Experimental and computational methods will be combined to understand and predict the dynamic conditions of the water-polymer system during continuous cooling. These conditions will be used to study the continuous crystallization kinetics of amino acid crystals and explain the role of the water-polymer interface as a key controlling factor. In addition, the piezoelectric properties of amino acid crystal films, which allow conversion of mechanical energy into electricity, will be quantified as a benchmark for film quality evaluation.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.
环境管理和可持续性是未来制造的主要考虑因素。可再生,生物相容性,可降解和自然衍生的生物材料开始在各种能源和电子相关的地区都表现出巨大的希望。在许多候选物质中,氨基酸是生命中最基本的构建基块,它们表现出了有趣的特性,可以使其适合在半导体设备中应用,能量转换和可持续电子设备。为了实现这些诺言,需要新的方法来使氨基酸膜在制造业的系统中持续生长。该团队最近的突破表明,当通过聚合物和水溶液之间的特殊接口引导时,高质量的氨基酸生物晶膜可能会不断产生。因此,这个未来的制造种子赠款(FMSG)项目寻求对混合材料相互作用的基本了解,以了解连续聚合物挤出系统中聚合物 - 水界面的控制,以及混合物如何控制氨基酸晶体形成及其性质。从该项目获得的知识可能是从氨基酸及其衍生物制造生物晶薄膜的变革性的,并允许创建现有制造技术无法实现的结构。该项目的发现和创新将催化针对生物晶体薄膜的新界面引导的制造技术,从而实现一种新型的物质范式,用于生态友好和生物相容性的电子设备和能源设备。该项目的目标是获得从静态界面界面的基本知识中的基本知识,从而可以连续地进行静态界面的结晶系统,从而延伸到一个动态的结晶酸,并促进了一项动态的构造,并具有一定的结晶酸,并具有一定的固定化。为了实现这一目标,该团队将开发一种新的设备,用于不断生产聚合物 - 水双相膜。实验和计算方法将合并,以理解和预测连续冷却过程中水聚合物系统的动态条件。这些条件将用于研究氨基酸晶体的连续结晶动力学,并解释水聚合物界面作为关键控制因子的作用。此外,将将机械能量转化为电力的氨基酸晶体膜的压电特性将被量化为膜质量评估的基准。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子和更广泛影响的评估审查审查的标准来通过评估来通过评估来获得支持的。
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)
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