Beckman-Direktorenseminar: Cooper, Saengow

Die Postdoktoranden des Beckman Institute, Chai Saengow und Julian Cooper, werden am Donnerstag, dem 4. Mai, um 12.00 Uhr im 1005 Beckman und auf Zoom das Beckman Institute Director's Seminar präsentieren. Den Präsenzteilnehmern wird ein Mittagessen angeboten.

Zur Teilnahme ist eine Anmeldung erforderlich.

„Chemie nutzen, um nachhaltige duroplastische Materialien im großen Maßstab herzustellen“

Julian CooperThermoset-Polymere sind in unserem Alltag allgegenwärtig. Obwohl duroplastische Polymere sowohl wegen ihrer mechanischen Eigenschaften als auch wegen ihrer chemischen Beständigkeit geschätzt werden, mangelt es ihnen an wirksamen Recyclingstrategien. Dieselben Merkmale, die diesen vernetzten Materialien wünschenswerte Eigenschaften verleihen, stellen eine direkte Herausforderung für deren Recycling und Rückgewinnung dar; Folglich werden die meisten Duroplaste entsorgt, wenn sie den Leistungsanforderungen nicht mehr genügen. Ansätze zur Beseitigung dieser Einschränkungen zielen darauf ab, dem Duroplast eine spezifische chemische Funktionalität zu verleihen, die den Vernetzungsaustausch erleichtert und so die Wiederaufbereitung und das Recycling dieser Materialien ermöglicht, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Während diese kovalenten, anpassungsfähigen Netzwerke eine wirksame Strategie für das Recycling und die Rückgewinnung von Duroplasten darstellen, schränkt der Bedarf an maßgeschneiderter Funktionalität die Skalierbarkeit dieses Ansatzes ein. Folglich bleibt die Wiederaufbereitung von Standard-Duroplasten eine weitgehend ungelöste Herausforderung. Die Ermöglichung der Wiederverarbeitbarkeit durch Nutzung der inhärenten Funktionalität von Standardmaterialien würde deren Rückgewinnung erleichtern und dazu beitragen, den Lebenszyklus von Duroplasten zu zirkulieren. In dieser Präsentation wird ein unerwarteter, aber hilfreicher Ansatz zur Wiederaufbereitung und Regenerierung von Duroplasten mithilfe von Werkzeugen beschrieben, die der Materialherstellung innewohnen. Indem wir einfach den wissenschaftlichen Erkenntnissen folgen, entfällt die Notwendigkeit, vorgefertigte Funktionen zu installieren, um einem duroplastischen Material Regenerationsfähigkeiten zu verleihen. Wir untersuchen die Parameter, die die Wiederaufbereitbarkeit beeinflussen, und stellen fest, dass die zur Herstellung des Materials verwendeten Bedingungen einen großen Einfluss auf die Chemie haben, die die Wiederaufbereitung des Materials ermöglicht. Wir nutzen dieses Verständnis, um Mehrgenerationenfähigkeiten bei Rohstoffen zu realisieren und Immobilien über Generationen hinweg zurückzugewinnen. Die Einfachheit des Ansatzes ermöglicht neue Strategien für das End-of-Life-Management für eine Vielzahl leicht skalierbarer Standard-Duroplaste und stellt einen wichtigen Fortschritt bei der Verwirklichung eines vollständig zirkulären Lebenszyklus für Duroplast-Polymere dar.

Julian Cooper wurde 1992 in Houston, Texas, geboren. Er erlangte 2014 seinen Bachelor in Chemie an der Rice University (nicht weit von zu Hause!) Er hat einen Ph.D. abgeschlossen. in Chemie bei Profs. Jeffrey Van Humbeck und Alex Radosevich Ende 2019. Im selben Jahr trat Julian der Forschungsgruppe von Jeffrey Moore an der University of Illinois bei, wo er derzeit Beckman-Postdoktorand ist. Seine Forschung nutzt die Chemie, um Herausforderungen in der Materialwissenschaft anzugehen. Außerhalb der Arbeit liest Julian gerne, fotografiert und spielt Golf.

„Verleihung der Dehnbarkeit gestauter kolloidaler Tinten für die direkte Bedruckbarkeit mit Tinte“

Wir stellen die Hypothese vor und testen sie, dass die Dehnrheologie sowie die Fließspannung die beiden wichtigsten rheologischen Eigenschaften für verklemmte kolloidale Tinten sind, die beim direktschreibenden 3D-Druck von implantierbaren Knochengerüsten mit Gitterstruktur verwendet werden. Basierend auf früheren Beobachtungen, dass Fließspannungsflüssigkeiten mit hoher Dehnbarkeit hergestellt werden können und dass eine höhere Dehnbarkeit von Fließspannungsflüssigkeiten auf Emulsionsbasis ein robusteres Drucken ermöglicht, beschreiben wir eine experimentelle Studie dieser pastösen Materialien, bei der die Tintenformulierung und die Fließbedingungen variiert werden Ordnen Sie die Druckbarkeit diesen rheologischen Eigenschaften zu. Die Tinten bestehen aus einer wässrigen Suspension von Hydroxylapatitpartikeln (dem Hauptmineral der Knochen), die unregelmäßig geformt sind und eine Größe von 1 bis 10 μm haben und eine zementartige, pastenartige Fließspannungsflüssigkeit erzeugen. Um die Kapillarität für ein besseres Knochenwachstum zu induzieren, fügen wir Opferkügelchen aus Polymethylmethacrylat (PMMA, 5,96 ± 2,00 μm im Durchmesser) hinzu, um Mikroporosität in den endgültigen Gerüsten zu erzeugen. Diese grundlegende Tintenformulierung ist aufgrund spröder Filamentbrüche schwierig zu drucken, wenn die Düsengeschwindigkeit nicht genau an die Durchschnittsgeschwindigkeit der extrudierten Tinte angepasst ist. Wir untersuchen zwei Methoden zur Abstimmung der Dehnbarkeit und der Streckgrenze: (i) Einbeziehung von Polymeradditiven und (ii) Modulation der elektrostatischen Partikelwechselwirkung. Als Polymeradditiv dient Hydroxypropylmethylcellulose, getestet bei unterschiedlichen Beladungen. Polyacrylsäure und Polyethylenimin beschichten die Partikel mit negativer bzw. positiver Ladung, um die Fließspannung zu modulieren. Durch die Zuordnung der Druckbarkeit zu den rheologischen Designanforderungen Dehnbarkeit und Fließspannung zeigen unsere Ergebnisse, wie die Modulation dieser beiden wichtigen rheologischen Eigenschaften die Druckbarkeit verbessern kann.

Chai Saengow ist Postdoktorand des Beckman Institute. Er wird gemeinsam von Prof. Amy Waggoner Johnson und Prof. Randy Ewoldt betreut. Er erwarb seinen Ph.D. von der Queen's University, Kanada. Seine Forschung zielt auf die Modifizierung rheologischer Eigenschaften von Materialien für den 3D-Druck ab. Insbesondere geht es um die gleichzeitige Abstimmung der beiden wichtigen Eigenschaften Dehnbarkeit und kritische Fließspannung. Chai kocht und wandert gerne und verbringt gerne Zeit mit seinem Hund.