Nancy Sottos - Nancy Sottos

Nancy Sottos
Alma materUniversity of Delaware
Manžel (y)Scott White
Vědecká kariéra
PoleVěda o materiálech a inženýrství, molekulární a elektronické nanostruktury
InstituceUniversity of Illinois v Urbana – Champaign
Doktorský poradceRoy McCullough[1]
Externí video
ikona videa Nancy Sottos,„Webinar Series BP-ICAM 2016: Polymery s biologicky inspirovanými autonomními funkcemi“ „Mezinárodní centrum BP pro pokročilé materiály

Nancy Sottos je Američan vědec materiálů a profesor inženýrství. Je profesorem inženýrství Donalda B. Willeta a vedoucí katedry materiálových věd a inženýrství na University of Illinois v Urbana – Champaign.[2] Je také spolupředsedkyní výzkumného tématu Molekulární a elektronické nanostruktury na Beckman Institute for Advanced Science and Technology.[3] Vede výzkumnou skupinu Sottos.[4]

Studie Sottos deformace a selhání materiálů na mesoscale, mikroškála, a nanoměřítku úrovních a významně přispěl v roce 2006 samoléčebný materiál, pokročilé polymerní matricové kompozity, a tenké filmy.[5] Je průkopnicí v oblasti adaptivních materiálů a vytváří první samoléčení polymery s Jeffrey S. Moore, Scott R. White a další od roku 2000.[6][7][8]

Vzdělávání

Nancy Sottosová studovala strojírenství na University of Delaware, přijímající její B.S. v roce 1986 a její Ph.D. v roce 1991.[3] Podílela se také na atletických univerzitách pro ženy a aktivně působila v atletické správní radě a komisi pro postavení žen.[1]

Kariéra

Sottos přijal pozici fakulty na College of Engineering v University of Illinois v Urbana – Champaign v roce 1991.[2] Byla členkou Katedry teoretické a aplikované mechaniky a nakonec působila jako její prozatímní vedoucí. V roce 2006 nastoupila na Katedru materiálových věd a inženýrství.[9] Byla jmenována profesorem inženýrství Donalda B. Willeta na katedře materiálových věd a inženýrství[2] a univerzitní učenec.[10] Byla jmenována spolupředsedkyní výzkumného tématu molekulárních a elektronických nanostruktur na VŠE Beckman Institute for Advanced Science and Technology v roce 2004, nástupce Jeffrey Moore.[11]

Sottos působí v redakčních radách webu Experimentální mechanika (1999–2006) a Kompozitní věda a technologie (2002 – dosud).[3] Je členkou Society of Engineering Science (2007)[12] a Společnost pro experimentální mechaniku (2012).[13] Byla prezidentem Společnost pro experimentální mechaniku pro období 2014–2015.[14][15] V roce 2020 byla zvolena do National Academy of Engineering[16].

Výzkum

Samoléčivé polymery

Sottos pomohl vyvinout první polymer samoléčebný materiál s kolegy včetně Jeffrey Moore a Scott White.[7]:3–4[6] Práce byla dokončena v roce 2000 a publikována v Příroda v roce 2001.[8] Ukázali, že mikroenkapsulované léčivé látky mohou polymerovat a léčit oblasti poškození, jako jsou praskliny menší než lidský vlas.[11][17] Jejich přístupem bylo vyvinout polymerní matrici, která zahrnovala jak reaktivní kapalné hojivé činidlo, tak a katalyzátor. Zatímco nepoškozené, tyto byly drženy strukturálně odděleně. Kapalné činidlo bylo obsaženo uvnitř nereaktivních zásobníků v materiálu, zatímco katalyzátor byl rozptýlen po celém polymeru. Jakmile byl materiál poškozen a došlo k prasknutí, nádrže se otevřely a kapilární akce způsobil disperzi kapalného činidla do poškozené oblasti, kde reagoval s katalyzátorem a ztuhl za účelem utěsnění trhliny. Studovali jak použití obsaženého hojivého činidla a dispergovaného katalyzátoru, tak použití dispergovaného hojivého činidla a obsaženého katalyzátoru. Použitím dicyklopentadien (DCPD) a Grubbsův katalyzátor v epoxid matrice byl vytvořen polycyklopendien, který utěsnil trhliny a obnovil až 75% původní lomové houževnatosti.[7]

Od té doby vyvinuli samoléčebný systém bez katalyzátoru[7] použitím chlorbenzen mikrokapsle pro aktivní rozpouštědlo. Praskáním se uvolňuje chlorbenzenové rozpouštědlo, které do trhliny promývá kapsy nezreagovaných epoxidových monomerů. Tam dochází k polymeraci k vyplnění trhliny. Testy samoléčebného systému bez katalyzátoru obnovily až 82% pevnosti zlomeniny.[18]

Oba přístupy jsou příklady autonomního samoléčení, při kterém je mechanismus opravy spuštěn výskytem poškození. Materiály, které se samy opravují, si mohou při stresu zachovat svou strukturální integritu a vydržet déle.[18][19]

Mikrovaskulární sítě

Sottos se také zaměřil na návrh mikrovaskulárních sítí pro distribuci aktivních tekutin v systémech autonomních materiálů. Takové návrhy nabízejí možnosti pro vlastnosti „samoléčby, regenerace, snímání, ochrany a chlazení“, podobné vlastnostem biologických systémů.[20]

K vytvoření takového materiálu je položen trojrozměrný vzor organických inkoustů a intersticiální póry ve vzoru jsou vyplněny epoxidovou pryskyřicí. Polymer se nechá vytvrdit a poté se odstraní inkoust. Prostory, které opouští, tvoří dobře definované trojrozměrné mikrokanálové sítě, které lze naplnit léčivými látkami. S tímto designem lze do vytvořeného materiálu začlenit větší zásobu samoléčebného činidla. Proces konstrukce takového materiálu je velmi složitý.[7]:8Tento přístup byl použit k podpoře opakovaného samoléčení u kompozitních materiálů vyztužených vlákny. Epoxidová pryskyřice a tvrdidlo mohou být skladovány v sousedních překrývajících se mikrokanálových sítích. Poškození struktury sítě způsobuje, že se léčivé látky autonomně mísí a polymerují, čímž účinně slepí poškozené místo. Bylo hlášeno, že k hojení dochází s téměř stoprocentní účinností během několika cyklů zlomenin. Tento přístup má potenciální aplikace při navrhování a používání skleněných vláken a jiných kompozitních materiálů pro konstrukce včetně letadel a větrných turbín.[21][22] Uvádí se, že mikrovaskulární sítě mohou podporovat hojení poškození ve větším měřítku až do 11,2 mm.[23]

Materiály pro vlastní hlášení

Tým vedený Sottosem a Wenle Li[24] vyvinula polymerní strukturní materiály, které mohou indikovat přítomnost poškození změnou barvy. Takové materiály pro vlastní hlášení mohou fungovat jako varovný systém měnící barvu.[25] Vědci vytvořili polymer, který obsahoval mikrokapsle z epoxidové pryskyřice a barviva citlivého na PH. Poškození polymeru způsobí otevření tobolek a smíchání epoxidu a barviva. Výsledná reakce způsobí, že se barva materiálu změní ze žluté na červenou. Čím hlubší je poškození, tím intenzivnější je změna barvy. Tento autonomní vizuální indikátor umožňuje technikům detekovat mechanické poškození a zasáhnout dříve, než dojde k narušení struktury.[26][27]

Chytré materiály

Sottos se podílí na vývoji samosnímacích, mechanicky a termochemicky aktivních polymerních materiálů. Tyto chytré anorganické polymery patří do třídy chytré materiály, vykazující funkce reagující na podněty. Specifický vstupní stimul, jako je změna síly nebo teploty, může vyvolat požadovanou změnu v jedné nebo více vlastnostech polymeru.[28][29]

Citlivost na mechanickou sílu

Mechanická síla může poskytnout zdroj energie použitý při požadované chemické reakci.[30] K vytvoření takových materiálů jsou do chemické struktury polymeru zabudovány mechanicky citlivé chemické skupiny zvané mechanofory.[28] V jedné sadě experimentů použili vědci spiropyran molekuly k detekci mechanického napětí. Spiropyran (SP) mechanofor byl kovalentně navázán na pružný polymer ve tvaru činky zvaný polymethylakrylát (PMA) a malý skleněný polymer ve tvaru kuliček zvaný polymethylmethakrylát (PMMA).[30] SP se transformoval do fluorescenční formy merokyaninu (MC) v reakci na stres. Orientaci poddruhu MC vzhledem k tahové síle lze charakterizovat na základě anizotropie fluorescenční polarizace. Spiropyrany byly obvykle bezbarvé, ale při stresu se změnily v živé odstíny červené nebo fialové.[28] Také fluoreskují.[30][31] Vědci také prokázali, že mechanická síla může pohánět chemickou odezvu v polymeru a měnit kovalentní vazbu.[30] Dalším krokem v tomto výzkumu je prozkoumat možnosti použití mechanochemických reakcí k aktivaci chemických drah v materiálech, aby mohly pozitivně reagovat na rázové vlny změnou nebo zlepšením vlastností materiálu.[32]

Tepelná citlivost

Další oblast výzkumu se zaměřuje na prevenci tepelný útěk v baterie. Vědci pokryli anoda nebo oddělovací vrstva baterie s mikrokuličkami citlivými na teplo. Zvýšení teploty způsobí roztavení mikrokuliček, blokuje přenos lithiových iontů a způsobí vypnutí baterie. Mikrosféry obou polyethylen a parafinový vosk byly testovány na lithium-iontových bateriích CR2032 a prokázaly jak úspěšný provoz baterie při normálních teplotách, tak i vypnutí baterie při teplotách nižších, než při kterých by došlo k poškození oddělovače baterie.[29]

Tenké filmy

Sottos se také podílel na výzkumu tenké filmy a měřicí techniky pro dynamická měření povrchové energie adheze ve vícevrstvých tenkých vrstvách.[33][34]

Ocenění

Sottos získala řadu ocenění za výuku a výzkum. Tyto zahrnují:[2]

  • Citace prezidenta University of Delaware za vynikající výsledky (2002)[1]
  • Cena Hetényiho od Společnosti pro experimentální mechaniku (2004) pro J. Wanga, R. L. Weavera, N. R. Sottose „Parametrická studie laserem indukované spalace tenkého filmu“ Experimentální mechanika 42, č. 1 (2002): 74–83.[35]
  • Cena Hetényi od Společnosti pro experimentální mechaniku (2016) pro E.M.C. Jones, M.N. Silberstein, S.R. White, N.R. Sottos „Měření kmenů v kompozitních bateriových elektrodách během elektrochemického cyklování“ Experimentální mechanika 54, č. 6 (2014): 971–985.[35]
  • Cena SciAm 50 časopisu Scientific American (2008)[36][37]
  • M.M. Frocht[38] a ceny B.J.Lazana od Společnosti pro experimentální mechaniku (2011)[39]
  • Tau Beta Pi Cena fakulty Daniela C. Druckera (2014)[40]

Kultura

Do expozice byly zahrnuty samoléčivé materiály vytvořené Sottosem a dalšími v Beckmanově institutu Vědecké bouře na Muzeum vědy a průmyslu v Chicago v roce 2010.[41]

Reference

  1. ^ A b C „12 absolventů UD oceněno prezidentskými citacemi“. H O M e W O R D Novinky od Alumni Association. 11 (3). 2002. Citováno 16. listopadu 2016.
  2. ^ A b C d „Nancy Sottos“. Mezinárodní centrum pro pokročilé materiály. Citováno 13. listopadu 2016.
  3. ^ A b C „Nancy R Sottos“. MATSE: Materials Science and Engineering at Illinois. Citováno 13. listopadu 2016.
  4. ^ „Sottos Research Group“. Beckman Institute for Advanced Science and Technology v Illinois. Archivovány od originál dne 2016-12-28. Citováno 13. listopadu 2016.
  5. ^ „Trendy v oblasti výzkumu a vývoje pokročilých materiálů“ (PDF). Agentura NL Ministerstvo hospodářství. 12. prosince 2012. str. 25.
  6. ^ A b Woodford, Chris. „Samoléčivé materiály“. Vysvětlete to. 15. března 2016. Citováno 13. listopadu 2016.
  7. ^ A b C d E Ghosh, Swapan Kumar (2008). Samoléčivé materiály: základy, návrhové strategie a aplikace (1. vyd.). Weinheim: Wiley - VCH. s. 3–4. ISBN  978-3-527-31829-2.
  8. ^ A b White, S. R .; Sottos, N.R .; Geubelle, P. H .; Moore, J. S .; Kessler, M. R.; Sriram, S. R .; Brown, E. N .; Viswanathan, S. (15. února 2001). "Autonomní hojení polymerních kompozitů". Příroda. 409 (6822): 794–797. doi:10.1038/35057232. PMID  11236987. Příspěvek byl předložen v roce 2000; příspěvek byl publikován v roce 2001.
  9. ^ „Od hlavy / Nancy Sottos se připojuje k oddělení MatSE“. MASE v Illinois: MatSE Alumni News /. Zima: 3., 14. 2006.
  10. ^ „Šest univerzitních učenců jmenovaných v Urbaně“. Uvnitř Illinois. 22 (14). 20. února 2003. Citováno 16. listopadu 2016.
  11. ^ A b McGaughey, Steve (17. října 2007). „Týmový přístup se Mooreovi vyplatí. Beckman Institute. University of Illinois. Citováno 10. června 2016.
  12. ^ „Nancy Sottos bude jmenována členkou SES“ (PDF). Synergie. Podzim (3): 9. 2006. Citováno 15. listopadu 2016.
  13. ^ „SEM Fellow“. Společnost pro experimentální mechaniku. Archivovány od originál dne 29. prosince 2016. Citováno 15. listopadu 2016.
  14. ^ „Zpráva prezidenta“ (PDF). Experimentálně mluvení. 5 (2): 1–2. 2014. Archivovány od originál (PDF) dne 29. 12. 2016.
  15. ^ „Výkonná rada 2016–2017“. Společnost pro experimentální mechaniku. Archivovány od originál dne 29. prosince 2016. Citováno 14. listopadu 2016.
  16. ^ „Dr. Nancy R. Sottos“. Web NAE. Citováno 2020-06-02.
  17. ^ Toohey, Kathleen S .; Sottos, Nancy R .; Lewis, Jennifer A .; Moore, Jeffrey S .; White, Scott R. (10. června 2007). "Samoléčivé materiály s mikrovaskulárními sítěmi". Přírodní materiály. 6 (8): 581–585. doi:10.1038 / nmat1934. PMID  17558429.
  18. ^ A b „Díky chemii bez katalyzátorů jsou samoléčivé materiály praktičtější“. Věda denně. 3. prosince 2007.
  19. ^ Yuan, Y. C .; Yin, T .; Rong, M. Z .; Zhang, M. Q. (2008). "Samoléčení v polymerech a polymerních kompozitech. Koncepty, realizace a výhled: Přehled". Expresní polymerní písmena. 2 (4): 238–250. doi:10.3144 / expresspolymlett.2008.29.
  20. ^ „Přednáška o materiálovém výzkumu“. Caltech. 30. září 2015. Archivovány od originál dne 28. prosince 2016. Citováno 14. listopadu 2016.
  21. ^ „Opakované samoléčení je nyní možné u kompozitních materiálů“. Beckman Institute. 15. dubna 2014. Citováno 15. listopadu 2016.
  22. ^ Patrick, Jason F .; Hart, Kevin R .; Krull, Brett P .; Diesendruck, Charles E .; Moore, Jeffrey S .; White, Scott R .; Sottos, Nancy R. (červenec 2014). „Continuous Self-Healing Life Cycle in Vascularized Structural Composites“. Pokročilé materiály. 26 (25): 4302–4308. doi:10.1002 / adma.201400248. PMID  24729175.
  23. ^ Krull, Brett P .; Gergely, Ryan C. R .; Santa Cruz, Windy A .; Fedonina, Yelizaveta I .; Patrick, Jason F .; White, Scott R .; Sottos, Nancy R. (červenec 2016). "Strategie pro objemové zotavení poškození velkého rozsahu v polymerech". Pokročilé funkční materiály. 26 (25): 4561–4569. doi:10.1002 / adfm.201600486.
  24. ^ „Nancy Sottos a Wenle Li, University of Illinois v Urbana-Champaign (obrázek)“. EurekaAlert. Citováno 16. listopadu 2016.
  25. ^ Robb, Maxwell J .; Li, Wenle; Gergely, Ryan C. R .; Matthews, Christopher C .; White, Scott R .; Sottos, Nancy R .; Moore, Jeffrey S. (28. září 2016). „Robustní strategie hlášení poškození polymerních materiálů umožněná emisemi vyvolanými agregací“. ACS Central Science. 2 (9): 598–603. doi:10.1021 / acscentsci.6b00198. PMC  5043436. PMID  27725956.
  26. ^ Lee, Rhodi (18. ledna 2016). „Varovný systém pro změnu barvy může zabránit nákladnému poškození materiálu a opravě“. Tech Times. Citováno 16. listopadu 2016.
  27. ^ Li, Wenle; Matthews, Christopher C .; Yang, Ke; Odarczenko, Michael T .; White, Scott R .; Sottos, Nancy R. (březen 2016). "Autonomní indikace mechanického poškození polymerních povlaků". Pokročilé materiály. 28 (11): 2189–2194. doi:10.1002 / adma.201505214. PMID  26754020.
  28. ^ A b C Kloeppel, James E. (6. května 2009). „Podívejte se na sílu: Mechanické napětí vede k samovolnému snímání v pevných polymerech“. Illinois News Bureau. Citováno 8. prosince 2016.
  29. ^ A b Glynn, Patrick (5. prosince 2012). "Prevence požárů notebooků a" Thermal Runaway"". Americké ministerstvo energetiky.
  30. ^ A b C d Saunders, Fenella (2009). „Pracuje nejlépe pod tlakem“. Americký vědec. 97 (4): 291. doi:10.1511/2009.79.291. Archivovány od originál dne 20. prosince 2016. Citováno 8. prosince 2016.
  31. ^ Beiermann, Brett A .; Kramer, Sharlotte L.B .; Moore, Jeffrey S .; White, Scott R .; Sottos, Nancy R. (17. ledna 2012). „Role orientace mechanoforů v mechanochemických reakcích“. Makro písmena ACS. 1 (1): 163–166. doi:10.1021 / mz2000847. Archivovány od originál dne 2016-12-20. Citováno 16. listopadu 2016.
  32. ^ „Nancy Sottos“. Mach konference 2017. Archivovány od originál dne 21. prosince 2016. Citováno 8. prosince 2016.
  33. ^ Gunda, Manideep; Kumar, Pankaj; Katiyar, Monica (11. srpna 2016). "Přehled technik mechanické charakterizace tenkých vrstev používaných ve flexibilní elektronice". Kritické recenze ve vědách o pevném stavu a materiálech. 42 (2): 129–152. doi:10.1080/10408436.2016.1186006.
  34. ^ Tran, Phuong; Kandula, Soma S; Geubelle, Philippe H; Sottos, Nancy R (26. ledna 2011). "Porovnání dynamických a kvazi-statických měření adheze tenkého filmu". Journal of Physics D: Applied Physics. 44 (3): 034006. Bibcode:2011JPhD ... 44c4006T. doi:10.1088/0022-3727/44/3/034006.
  35. ^ A b „Cena M. Hetényiho“. Společnost pro experimentální mechaniku. Archivovány od originál dne 29. prosince 2016. Citováno 14. listopadu 2016.
  36. ^ Collins, Graham P .; Choi, Charles Q. (leden 2008). "Materiální svět". Scientific American. 298 (1): 48. Bibcode:2008SciAm.298a..48C. doi:10.1038 / scientificamerican0108-48a.
  37. ^ Lachance, Molly. „Výzkumníci oceněni za práci se samoléčivými plasty“. Air Force Material Comman. Citováno 18. března 2008.
  38. ^ „Cena M.M. Frochta“. Společnost pro experimentální mechaniku. Archivovány od originál dne 16. července 2017. Citováno 16. listopadu 2016.
  39. ^ „Ocenění SEM / IMAC 2011“ (PDF). Experimentálně mluvení. Citováno 16. listopadu 2016.[trvalý mrtvý odkaz ]
  40. ^ „Vynikající fakulta, která bude oceněna 28. dubna v NCSA“. Vysoká škola inženýrská. University of Illinois v Urbana-Champaign. Citováno 16. listopadu 2016.
  41. ^ McGaughey, Steve (15. dubna 2010). „Skupina AMS přispívá k výstavě Museum of Science and Industry“. Beckman Institute.