CAREER: Harnessing Dynamic Dipoles for Solid-State Ion Transport

职业:利用动态偶极子进行固态离子传输

基本信息

  • 批准号:
    2339634
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 79.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-03-01 至 2029-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Non-Technical Abstract:Ion transport in solid-state materials underpins a wide range of societally relevant technologies. With this CAREER award, supported by the Solid State and Materials Chemistry program in NSF’s Division of Materials Research, the principal investigator and her research group investigate the use of dynamic molecular species as a design principle to facilitate solid-state ion transport. Through targeted materials discovery coupled with state-of-the-art characterization of structure and molecular dynamics, this project unravels the rich and complex mechanisms of ion transport in a class of solid-state ion conductors that has not received a lot of attention so far. Given the essential and ubiquitous role of solid-state ion transport in modern and emerging technologies, this work holds the potential for far-reaching and transformative fundamental and technological advances, for example in the areas of renewable energy technology, neuromorphic computing, and beyond. Also part of this CAREER award are educational efforts to engage learners at all levels through development of a publicly available video series that presents materials chemistry concepts in short episodes for audiences of varying educational levels and backgrounds. Outreach activities seek to broaden participation in STEM through an inquiry-based materials chemistry detective activity aimed at underserved high schools in the Denver metro area.Technical Abstract:Mastery over solid-state ion transport is paramount for broad diversity of applications and technologies, including batteries, fuel cells, neuromorphic computing, and beyond. With this CAREER award, supported by the Solid State and Materials Chemistry program in NSF’s Division of Materials Research, the principal investigator establishes a unique class of solid-state ion conductors and materials design principles that expand the present paradigm surrounding the role of polarizability and molecular dynamics in ion transport in the crystalline solid state. Experimental efforts integrate targeted materials discovery, advanced structural modeling through X-ray and neutron total scattering, and cutting-edge characterization of dynamics and diffusion to understand how dynamic, dipolar species facilitate solid-state ion transport across time and length scales. Educational tools and outreach activities engage learners at all levels with core concepts in materials chemistry. A video series presents materials chemistry concepts at varying levels of technical detail that are accessible to learners at multiple levels. STEM outreach seeks to engage high school students from underserved schools in an inquiry-based materials detective game in which students explore and develop an understanding of the relationships between composition, atomic-level structure, and observable properties in solid-state materials.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.
非技术摘要:固态材料中的离子运输基于广泛的社会相关技术。在NSF材料研究部的固态和材料化学计划的支持下,首席研究员和她的研究小组研究了动态分子物种作为促进固态离子运输的设计原理。通过靶向材料发现,结构和分子动力学的最新表征,该项目在一类固态离子导体中揭开了离子传输的丰富而复杂的机制,这些机制到目前为止尚未引起很多关注。鉴于固态离子运输在现代和新兴技术中的基本和无处不在的作用,这项工作具有潜在的深远和变革性的基本和技术进步的潜力,例如在可再生能源技术,神经形态计算以及其他方面的领域。该职业生涯奖的一部分是教育努力,通过开发公开可用的视频系列来吸引所有级别的学习者,该视频系列在简短的情节中呈现材料化学概念,以了解不同教育水平和背景的观众。外展活动旨在通过基于询问的材料化学侦探活动来扩展STEM的参与。技术摘要:技术摘要:对固态离子运输的掌握对于应用程序和技术的广泛多样性,包括电池,燃料细胞,神经型计算以及超越。在NSF材料研究部的固态和材料化学计划的支持下,首席研究员建立了一类独特的固态离子导体和材料设计原理,该奖项扩大了围绕晶体固态离子运输中极化性和分子动力学的作用的独特类别。实验努力整合了目标材料发现,通过X射线和中子总散射进行的高级结构建模以及动力学和扩散的尖端表征,以了解动态,偶性物种如何促进跨时间和长度尺度的固态离子传输。教育工具和外展活动使各级学习者与材料化学中的核心概念相关。视频系列以不同级别的技术细节介绍了材料化学概念,这些概念可供多个级别的学习者访问。 Stem Outreach试图让来自服务不足学校的高中生与基于询问的材料侦探游戏中的学生探索和发展对固态材料的组成,原子水平结构以及可观察到的特性之间的关系的理解。该奖项反映了NSF的法规任务,并通过使用基金会的知识分子和广泛的评估来评估,并通过评估诚实地进行了评估。

项目成果

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