GAANN奖学金

研究人员：Trembly， Drabold， G. Kremer

建筑行业使用的能源和温室气体排放密集型材料具有显著的隐含碳，导致气候变化或木材导致森林砍伐和碳汇的损失。目前，威廉希尔亚洲真人平台由美国能源部资助的一项研究正在从遗留的采矿废料中开发碳泡沫材料，作为建筑材料的替代品。

该项目将研究将多种含碳废物（采矿废物、再生塑料、地毯等）作为原料，用于连续碳泡沫制造。原料组成、添加剂和制造参数将被研究，并确定产生的碳泡沫性能，包括机械、热学和电学性能。

研究者：Drabold， Daramola

碳泡沫中存在的碳网络是复杂的，更详细地了解这个网络可以使材料适应各种应用（建筑，电池，运输和国防部门）。泡沫碳是一种低密度的无定形碳，其氧、氮、氢和硫的浓度很小，但可能很显著。我们建议利用雄心方法开发材料的计算机模型。还将创建碳表面的计算机模型，以确定化学反应性和稳定性。将探讨与生长过程相关的结构相变。

我们提案的理论/模拟部分的基本目标是创建一套与实验研究密切相关的所研究的所有泡沫材料的逼真计算机模型，最终目标是协助材料的优化。我们还将努力预测新材料，以指导实验研究。

研究员:威姆斯

3D打印作为一种可行的制造技术已经引起了人们的兴趣，然而，可供使用的可加工材料类型有限。如果能够克服这些限制，通过生产需要多孔介质的新型医疗设备和环境修复，人类健康将有巨大的进步潜力。这一潜力可以通过聚合物科学、材料工程和机器设计的结合进一步实现，通过设计必要的打印机和研究兼容的含碳泡沫，适用于具有可控多孔形态的集成层状结构。

迄今为止，单工序反应技术在多孔材料3D打印方面取得的进展微乎其微，这种技术可以很好地集成在一起，从而产生机械稳定的3D打印结构。在这个项目中，将设计和优化一个反应性泡沫3D打印机，目的是确定环氧化物基泡沫的层整合方法。

研究人员：staff， Chen

碳材料的结构以及下面的碳脚手架材料将确定小角x射线散射和拉曼光谱使用本地仪器。为了提供有关非晶态材料结构的额外信息，材料的结构因素也将分别使用阿贡国家实验室的同步加速器x射线和橡树岭国家实验室的散裂中子源，通过x射线散射和中子散射来测量。虽然大多数非碳元素在制造过程中被释放出来，但仍会有一些杂质残留。碳材料中杂质的化学键和原子结构将在阿贡国家实验室使用扩展x射线吸收精细结构分析进行检查。

材料的稳定性及其结构也将被研究。科学目标是获得作为加工条件的功能的碳微观结构的系统理解。这些信息对于优化材料的应用至关重要。

研究人员：Wisner， Weems

新型材料系统的开发需要详细了解微观结构及其响应外部载荷的演变。本项目旨在通过使用包括声发射（AE）和数字图像相关（DIC）在内的多尺度无损评估（NDE）工具来确定碳基泡沫和复合材料的材料失效机制。将监测损伤的成核和演变，以确定材料的微观响应以及对包括弹性模量和疲劳响应在内的性能的影响。

研究将在宏观和微观尺度上进行，以将微观力学与整体行为联系起来。这种水平的理解对于创建微观结构-性能联系至关重要，可以利用这种联系来创建用于定制目的的碳基材料。这项工作将扩展到研究背后的机制泡沫碳和复合材料以及。

研究人员：阿里，阿拉姆

在产品设计中，从概念到实际应用，有限元分析方法已被证明是设计探索、收敛和优化中最具成本效益和最省时的方法之一。在本项目中，将采用有限元方法研究功能梯度开孔和闭孔碳基泡沫的热、电和结构响应。泡沫将被表征以确定材料特性以支持数值模型。

将对模型进行验证，并在适当的初始条件和边界条件下进行分析，以确定功能梯度碳复合材料的电学、热学和结构行为。如果成功，该项目将为功能梯度复合材料和碳细胞泡沫材料在包层、太阳能电池板和结构部件中的潜在应用提供有见解的信息，这些领域高度需要高强度重量比。

研究员:斯塔斯

碳量子点（CQDs）是纳米尺度的碳材料，具有有趣的光学和电学性质。CQDs的直径通常为5- 25nm，可以通过几种不同的工艺从广泛的碳源合成，包括传统的采矿材料。其独特的光学和电学特性使CQDs在广泛的系统中得到应用，包括细胞成像和药物输送，电化学UV传感和电化学电容器电极。

GAANN研究员将有机会在他们的项目中从事碳量子点的研究。具体来说，GAANN研究员将与教师导师密切合作，改进现有的和开发新的技术，从煤和pet焦合成CQDs，着眼于使该过程更经济高效和环保。CQD表面特性将被表征和评估用于一系列应用，包括UV传感器，电化学电容器电极，以及作为其他光敏材料的导电支撑。

研究员:Daramola

目前绿色建筑的一些方法包括使用由木颗粒/纤维组成的工程木复合材料，这些复合材料使用粘合剂（包括酚醛和聚氨酯基热固性粘合剂）粘合在一起。另一种方法可以使用废碳材料和改性的粘合剂，以具有碳热固性键形成的适当功能。

这种方法最大限度地减少了木材残渣产生的能源使用和最终复合材料的吸水潜力。在这个项目中，学员将学习聚合物合成、复合材料制造以及力学和热性能分析，以建立结构-性能-加工关系。目标是开发一种工程碳基复合材料，可以为建筑应用提供类似或优于工程木材的拉伸，弯曲和热性能。

研究人员：Trembly， Kremer, Drabold

太阳能光伏（PV）设备在提供美国能源安全的同时减少温室气体排放，前景广阔。2019年太阳能光伏发电增长了22%，预计到2030年的年增长率将达到15%。大多数美国太阳能装置都是大型集中式系统，没有解决电网的脆弱性，比如极端天气事件的影响。家庭、建筑和工业中的分布式光伏装置解决了电网的脆弱性；然而，由于成本原因，分布式太阳能光伏安装容量落后于集中式设施。喷淋式光伏材料，如钙钛矿，如果能集成到建筑材料中，就有可能显著降低分布式太阳能光伏成本。碳泡沫材料已被证明具有导电性，威廉希尔亚洲真人平台最近的研究表明，由传统采矿废料制成的连续制造的碳泡沫可以导电。

德拉博尔德和他的团队将与我们合作，研究这些材料的原子传输模型。该项目将评估碳泡沫材料制成导电覆层或屋顶材料的能力，这些材料可能与喷涂钙钛矿光伏材料威廉希尔亚洲。将根据ASTM规范对泡沫碳配方和处理条件进行研究，以评估机械和电气性能。

研究人员：Stinaff， Chen, Drabold

碳的各种同素异形体显示出广泛的有用特性，从金刚石的硬度到石墨烯的非凡导电性。这项工作的目标是通过将特定结构形式的碳与其他材料结合来开发这些特性。例如，使用碳泡沫材料的多孔结构可以提供一个框架来结合层状材料，例如二维过渡金属二硫族化合物（TMDs）。将tmd的半导体特性与导电碳材料威廉希尔亚洲，可以在光伏、储能和光催化等领域得到应用。

我们将研究利用碳材料作为载体，通过化学和/或物理气相沉积等各种技术，将功能材料（如tmd）纳入其中。我们还将与理论密切合作，以模拟材料之间的相互作用，并指导碳材料的加工以及材料的结合。

研究人员：Kremer， Trembly, Daramola