共价改性碳的生物医学应用

教授. 尼古拉·卡卢金

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摘要

石墨和石墨烯的共价改性有很大的潜力 冲击材料应用于
生物医学和制药科学领域. [1,2]大量的药物 目前在市场上出售的是外消旋物的混合物，可能会造成严重的并发症 在体内，它们是生物学上两种不同类型的化合物. 由于固有的 化学稳定性和低制造成本，碳材料已被研究 用作药物纯化中的手性固定相(CSPs). 功能化 以三维石墨烯纳米片(3D GNS)为基材，通过
各种化学成分在底物表面的共价附着. [1]的 石墨烯基材料衬底表面共价改性成功 促使对改性石墨的其他应用的研究，特别是在 神经电生理学. [1]石墨被亲和标签生物素功能化， 组氨酸(His)和人流感血凝素(HA)的表位标签
展示一种功能性的、分子定义的碳电极. [2]

[1]张建军，李建军.弗罗洛瓦，L.V.科瓦尔斯基，B.M.Artyushkova, K.纽约州卡卢金(Kalugin. G. 表面修饰的三维石墨烯
纳米片作为固定相用于手性药物的色谱分离. Sci Rep 8,14747 (2018).

[2]张建军，李建军.卡卢金，P.N.科瓦尔斯基，B.M.纽约州卡卢金(Kalugin.G. 共价抗原决定基 固相修饰碳电极
多肽合成. 科学报告9,17805 (2019).

 

材料科学在实现桑迪亚任务需求方面发挥的关键作用

Rajan经脉

分析与材料科学系元件科学、工程与生产 (CSEP)中心

新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室

摘要

我们将简要介绍桑迪亚的任务领域，以及材料科学的推动作用 工程在取得成功中起着重要作用. 接下来，我们将介绍CSEP中心 使命，并描述我们部门正在进行的一些能力和努力. 两个简短的报告，一个是关于钛薄膜的氢化，另一个是关于钎焊技术 本文将介绍一些用于连接氧化铝的材料 科学问题和能力.     

高剂量快堆用铁素体钢的工艺发展

Dr. 斯图亚特·马洛伊

洛斯阿拉莫斯国家实验室

摘要

核技术R&D项目正在研究转化次要锕系元素的方法.  为了实现这一目标，必须开发和测试新的燃料和包层材料 到高燃耗韦尔(e.g. >20%)要求覆层 当与冷却剂接触时，能够承受非常高的剂量(大于200dpa) 还有燃料.  新型铁素体/马氏体和铁素体氧化物弥散强化合金 是否具有更好的抗辐射能力.  铁素体/马氏体合金 包括HT-9成分的细微变化，以提高抗低 温度脆化和空隙膨胀.  这种材料保持了5%的均匀性 290C辐照至6dpa后伸长率较低 均匀伸长率大于2%. 在最近的研究中，铁素体/马氏体钢 采用增材制造技术生产，表现出与锻造材料相似的性能 经正火回火后的微观组织.  此外，在沉积状态下， 增材制造的91级钢屈服强度显著提高 在300°C和600°C以上测量变形正火和回火材料.  用高剂量离子法测定了这些合金的辐照耐受性 射线. 此外，铁素体ODS合金被加工成管状 并为未来的核应用进行了测试.  长度超过3英尺的管子 采用柱塞加工生产. 高剂量辐照材料试验研究进展 以及材料开发.

 

什么才算瑕疵呢? 增材制造金属中几何、材料特性和缺陷之间的相互作用

杰伊•卡罗尔

 桑迪亚国家实验室，Albuquerque, NM美国

摘要

所有的增材制造(AM)部件都会存在缺陷，但许多缺陷是存在的 在组件要求范围内允许. 本研究的重点是一种识别方法 不同的缺陷类型，并为每种类型定义可接受的阈值. 的临界 一个缺陷可以在整个零件和联合建模-检查-实验中变化 努力应该能够告知设计师哪些缺陷类型和大小是可以接受的 以及需要什么样的检测技术来识别不合格的缺陷. 这项工作 考虑由316不锈钢制成的典型部件的结构特性 与AlSi10Mg相比，两者都故意引入了缺陷. 拉伸、压缩、断裂 韧性和其他结构性能在相邻的测试片上测量. 故意缺陷与固有材料特性、成分之间的相互作用 几何和其他缺陷进行了检查. 最后，本作品希望能定义一个新的 具有已知缺陷的增材制造部件的鉴定范例.

 桑迪亚国家实验室是一个多任务实验室，由 桑迪亚国家技术和工程解决方案有限责任公司.，全资附属公司 霍尼韦尔国际有限公司.，代表美国。.S. 能源部的国家核能项目 根据合同DE-NA0003525进行安全管理.

 

环氧树脂的化学和物理老化

杰米•米. Kropka,¹ 加布里埃尔K. Arechederra,^1,2 Kelsey米. 威尔逊,^1,2 约翰D. 麦科伊,² 克雷格米. Tenney¹和凯文·N. 长¹

¹桑迪亚国家实验室

²新墨西哥矿业与技术学院

摘要

虽然“塑料”在我们大多数人不想要的地方有长寿的名声 在我们的垃圾填埋场和海洋中，它们在它们应该存在的地方分崩离析 永远保存在我们的国家博物馆里.¹  博物馆里的许多物品，比如尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)的太空服，可能都不是 设计寿命长达数十年.  然而，构成这些物品的聚合材料可能会变质 在相对温和的条件下，博物馆的展览引出了一个问题 可能发生在许多桑迪亚国家实验室(SNL)的应用中，其中 材料被要求在几十年内执行其所需的功能.  与博物馆材料不同，塑料在SNL应用中通常低于 一个压力.

环氧热固性材料的高交联密度会引起老化问题 对这些材料的优先级较低，因为它需要分离出许多共价键 这些物质内部的化学键使它们分解.  然而，环氧热固性树脂的广泛使用，往往在高后果的地区应该 环氧树脂失效，使得区分这些材料是否老化变得很重要 影响它们的性能需求.  此外，它通常不需要材料“分崩离析”才能“失效”。.  这些材料的千兆帕斯卡模量意味着即使是很小的应变，也是有序的 0.01、可以产生应力，使材料产生“屈服”.  因此，能够测量和预测环氧树脂的老化行为是非常重要的 高保真度.  在本报告中，我们将报告评估两种环氧树脂老化的最新结果 与SNL应用相关的热固性:已经被广泛使用了几十年 但仍然知之甚少 ^{2. 3} 这是最近现代化努力的一部分.^4,5  在这些材料中观察到的老化机制将与数据一起提出 测量这些机制对材料力学响应的影响.  初步评估当前非线性粘弹性模型的预测能力 老化对材料力学响应的影响已得到广泛的研究 使用也将被展示.

桑迪亚国家实验室是一个多任务实验室，由 国家技术和工程解决方案的桑迪亚有限责任公司，全资子公司 霍尼韦尔国际有限公司. 为了美国.S. 能源部的国家核能项目 根据合同DE-NA0003525进行安全管理.

1. Lim, XiaoZhi，“这些文化瑰宝是由塑料制成的. 现在他们正在分崩离析.《威尼斯人app下载》，2018年8月28日.
2. 麦科伊,J.D. 等.，“双酚A (DGEBA)环氧树脂二缩水甘油酯醚固化机理” 二乙醇胺”, 聚合物, 2016, 105, 243.
3. Arechederra G.，《威尼斯人app》 “828/DEA环氧热固性树脂”，硕士论文，新墨西哥矿业与技术研究所， 2017.
4. 克拉克森,C.M.麦科伊，J.D. 和J .克鲁普卡.M.，“焓恢复及其关系” 在胺固化的DGEBA环氧树脂中的剪切反应， 聚合物, 2016, 94, 19.
5. 威尔逊,K.M.，“聚醚胺固化环氧树脂的物理老化”，硕士论文， 新墨西哥矿业与技术学院，2018.

 

稀土金属有机骨架光学响应的控制

杰西卡·米. Rimsza

美国新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室地球化学系

摘要

 酸性气体，包括NO_x, SO_x，及一氧化碳₂ 是在工业过程中产生的，对环境有重大影响 以及对健康的危害，要求将它们从气流中移除. 由于复合体 混合物和高反应性酸性气体，许多候选材料不提供 选择性或稳定性，以满足目前的工业要求. Metal-organic-frameworks (mof)是一类具有笼状结构的多孔有机材料 在酸性气体分离方面有前景吗. 这里是稀土二羟基对苯二甲酸 探讨了酸性(RE-DOBDC) mof在酸性气体分离和超临界流体分离中的应用 基于密度泛函理论的客体分子对光学性质的影响 (DFT)模拟. RE- dobdc mof (RE = Y, Eu, Tb, Yb)的表征 对计算方法的敏感性，有明确的使用要求 电子性质模拟的价势和Hubbard U修正 ¹. 对于吸附和结构研究，大的核心电位可以使用 显著差异的结果，允许更复杂 从头开始 进行分子动力学(AIMD)研究. 独特的发光特性 RE-DOBDC mof对氢键取向也表现出敏感性，其中 带隙增加0.75 eV从0%到100%氢键DOBDC连接器 ². 这种MOF光学性质的变化表明客体分子 通过光学性质的变化可以检测到与连接器的哪些绑定 ³. 以NO的结合为例₂ 在eudobdc中的连接器淬灭了发光特性，实验中都看到了 和计算. 最终，RE-DOBDC mof证明了其电子器件的可调性 通过连接物-客体相互作用和氢键取向， 表明对周围环境有潜在应用的敏感性 在传感技术方面. 桑迪亚国家实验室由NTESS管理和运营 根据DOE NNSA合同DE-NA0003525. sand2020 - 0620.

 引用:

1. 沃格尔,D. J.; Gallis, D. F. S.; Nenoff, T. M.; Rimsza, J. M.、结构及电子 稀土Dobdc金属-有机骨架的性质. 理论物理. 化学. 化学. 理论物理. 2019, 21, 23085-23093.
2. 沃格尔,D. J.; Rimsza, J.; Nenoff, T.，稀土Mofs中的调谐氢键 光学和电子特性的设计:Y-DOBDC的范例研究. 2020, ACS:. 母亲. 接口.
3. 萨瓦河,D. G.; 沃格尔,D.; Vincent, G.; Rimsza, J.; Nenoff, T., NO_x 稀土金属-有机骨架的吸附与光学检测. ACS:. 母亲. 接口 2019.

 

用密度泛函计算高熵合金层错能 理论

教授. Chelsey Hargather

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摘要

高熵合金(HEAs)由等量或几乎等量的五种合金组成 或者更多的金属通常凝固成单一的，有时是双重的固溶体 阶段. HEAs具有较高的抗断裂、耐腐蚀性能 和抗氧化性，以及机械性能(延展性， 强度和韧性)和重量. 对层错能(SFE)进行了研究 目前的工作由于其在模拟力学和变形行为，如 作为nano-twinning.  选用体心立方耐火高熵合金 由于其具有良好的高温特性，且目前勘探较少 文学. 密度泛函理论(DFT)和特殊准随机结构(SQS) 用于计算这些合金的SFE. 然后将结果用于分析 这些计算方法在生成高吞吐量数据库中的实用性 这些合金的选择和发展. 此外，还有几种增加的方法 介绍并研究了这些属性数据库的速度和保真度。 包括:(i)降低所需数量的低阶平均方法 计算，以及(ii)预测误差条的推理统计方法 关于数据集.

 

 

纳米级材料的先进扫描透射电子显微和光谱学 描述

Dr. 平路

新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室

摘要

像差校正扫描透射电子显微镜的最新技术进展 (AC-STEM)和光谱学为材料表征提供了前所未有的机会.  晶格、界面和缺陷的化学和结构，小到原子尺度 现在可以在适当的实验条件下通过使用组合直接确定吗 电子探测器和光谱仪. 在这次演讲中，我将描述一些进展 最近在STEM成像和光谱学方面取得了进展，并提出了几个应用实例 先进的STEM技术用于纳米级微结构表征，包括 合金和氧化物的未知结构和相变的定量 层状锂和锰基氧化物的锂离子电池应用.

 

组织水平的氧通量作为一个生物“材料”问题

莎莉的pia

化学系，威尼斯人app下载

摘要

氧气(O₂)扩散到人体组织内的细胞是能量代谢的关键过程， 而缺氧会促进疾病或细胞死亡. 循环系统使用 对流将氧气输送到靠近消耗点的地方，而扩散则需要 在那之后. 我将讨论我们小组对途径和速率的调查 氧气的扩散——很大程度上是由构成氧气的生物“材料”控制的 组织. 我的演讲将主要集中在我们为模拟这一复杂现象所做的努力 在原子和更大的尺度上.

 

有限温度下密度泛函理论在分子材料中的应用

约翰·麦考伊

材料工程，威尼斯人app下载

摘要

热力学密度泛函理论(DFT)在相变中都有应用 (e.g.如聚合物的结晶)和非均质材料(如.g.,系 链). Dr. 麦考伊(与钱德勒和辛格合作)扩展了原子 在他的研究生工作中，他将Haymet和Oxtoby的理论应用到分子材料中.  随后，他将该理论扩展到处理协作体中的复杂聚合物体系 Haymet, Curro和其他人. 这个理论是建立在泰勒级数的泛函基础上的 亥姆霍兹自由能.  用统计力学计算了泰勒级数的展开系数 基于分子，液态理论. 这就产生了密集压缩的映射 相系统到一个非相互作用(或理想气体)系统的有效外部 场可以模拟其他分子的作用.  自由能最小化以自洽的方式优化了磁场. 毫无关系的 在优化后的有效外场中，分子的密度分布近似 完全相互作用的系统. 得到的有效场和密度分布图 然后可以用来计算自由能吗.  这与Kohn-Sham(电子)DFT理论有相似之处，其中自洽场 允许薛定谔方程在一个有效的 模拟我们感兴趣的多电子系统的外场. 在某些情况下，存在多个局部极小值.  因为可以对每一个自由能进行评估，所以可以确定稳定的最小值.  例如，最小的均匀(液体状)密度通常在结合中发现 在晶格中具有最小密度峰(e.g., FCC).  液相密度在高温下稳定，晶体密度在高温下稳定 低温稳定.  通过探索不同的密度，可以绘制出相图.应用程序 相变包括硬球的结晶，伦纳德-琼斯原子， 量子氦和聚乙烯.  应用于非均质材料的例子包括二嵌段共聚物， 朗缪尔单层膜，系链和热敏膜.的讨论 的附录中给出的基本理论将遵循

麦科伊, Honnell, Schweizer, Curro， 聚乙烯和聚四氟乙烯结晶的密度功能 方法，化学物理杂志 95, 9348 (1991).

 

深紫外光电发射电子显微镜作为纳米材料研究的新工具 电子特性和纳米级光学现象

Dr. Taisuke太

新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室

摘要

光电电子显微镜，或称PEEM，是一种可以探测的显微镜方法 件轻松事相互作用. 在这次演讲中，我将介绍我们在使用PEEM方面所做的努力 测定纳米材料的电子带取向，观察埋藏结构 在具有亚微米横向分辨率的介电薄膜下.

电子带对准是材料的重要具体参数，它决定了材料的性能 原子薄过渡金属二硫族化合物(TMDs)的适用性 半导体异质结构或电子器件. 因为电子性质 由于层数、堆叠顺序、掺杂和介电介质的不同，tmd的性能有显著差异 环境下，经验性测定其电子波段对准的技术性 重要性. 利用光发射光谱对电子的敏感性 态密度，功函数和电离能，我们用PEEM来确定 金属氧化物半导体的电子带对准₂, WS₂和摩西₂. 我将重点介绍我们如何提取波段对准的结果 来自测量的信息.

在第二部分中，我将展示一种使用PEEM进行可视化的非常规方法 夹在薄膜介质之间的tmd. 我们展示了原子厚度的成像 金属氧化物半导体₂ 埋在HfO下面的薄片₂ 利用光驻波形成，覆盖厚度达120nm (i.e.，介电腔共振). 这种方法可以扩展到非破坏性 纳米材料集成所需的埋藏界面和亚表面特征成像 进入光电平台. 我将讨论光效应在光发射中的作用 以及PEEM在研究纳米尺度光学现象方面的潜力.

这里展示的作品是与M. Berg, R. G. 科普兰, T. E. C. 陈在桑迪亚国家实验室，F. 在洛斯阿拉莫斯国家实验室 实验室和K. Keyshar X. 张,R. Vajtai P. M. Ajayan和A. D. Mohite在 莱斯大学. 我们在集成纳米技术中心进行了PEEM工作 (CINT)是一个科学用户设施办公室，为美国科学研究中心运作.S. 能源部 (DOE)科学办公室(DE-AC04-94AL85000). 这项工作得到了CINT用户的支持 项目和桑迪亚LDRD. 桑迪亚国家实验室是一个多任务实验室 由桑迪亚国家技术和工程解决方案有限责任公司管理和运营., 霍尼韦尔国际有限公司的全资子公司.，代表美国。.S. 部门 根据DE-NA0003525合同，美国能源部和国家核安全管理局. 文章中表达的观点不一定代表美国政府的观点.S. 美国能源部或美国政府.