NAMRI/SME belicht onderzoeksinnovaties op NAMRC-conferentie

Productie-academici werden geëerd voor hun service, bijdragen en uitstekend productieonderzoek tijdens de jaarlijkse North American Manufacturing Research Conference (NAMRC), gehouden door de North American Manufacturing Research Institution of SME (NAMRI/SME). Het 45e jaarlijkse evenement van dit jaar werd georganiseerd door de University of Southern California in Los Angeles.

Tijdens de jaarlijkse prijsuitreiking werden 21 prijzen uitgereikt aan onderzoekers, studenten en professionals uit de industrie. NAMRC is het belangrijkste internationale forum voor toegepast onderzoek en industriële toepassingen in productie en ontwerp. NAMRI/SME brengt onderzoekers van over de hele wereld samen om de wetenschappelijke basis van de fabricage van discrete onderdelen te bevorderen.

"Manufacturing is een sector met uitzonderlijke kansen, gedreven door onderzoek dat de grenzen verlegt van wat mogelijk is", zegt NAMRI/SME President Dean Bartles, PhD, FSME. "Degenen die vandaag worden erkend, stuwen dat onderzoek en onze industrie vooruit op manieren die tientallen jaren het verschil zullen maken."

De winnaars van de NAMRI/SME Award 2017 zijn:

• NAMRI/SME S.M. Wu Research Implementation Award, Ajay Malshe, PhD, University of Arkansas/NanoMech Inc., Springdale, Arkansas.
• NAMRI/SME Outstanding Lifetime Service Award, Neil Duffie, PhD, FSME, CMfgE, PE, University of Wisconsin, Madison, Wisconsin.

De NAMRI/SME Outstanding Paper Award werd uitgereikt voor drie papers:

• "Adaptive Learning Control voor thermische foutcompensatie van 5-assige werktuigmachines,"
• "Een op virtuele waarneming gebaseerd vergroot deeltjesfilter voor de prognose van de toestand van gereedschap,"
• "Zeer verwijderbare waterondersteuning voor stereolithografie.

De inaugurele NAMRI/SME David Dornfeld Manufacturing Vision Award en Blue Sky Competition, gefinancierd door de National Science Foundation, werden dit jaar ook uitgereikt op NAMRC. De David Dornfeld Manufacturing Vision Award is bedoeld om werkelijk visionaire concepten van onderzoek en onderwijs aan te moedigen en wordt toegekend aan de door de programmacommissie vastgestelde toppresentatie.

"De productie is goed voor meer dan driekwart van al het particuliere onderzoek en de ontwikkeling in de VS", zegt Scott Smith, PhD, FSME, professor aan de Universiteit van North Carolina-Charlotte en voormalig president van NAMRI/SME. "Deze wedstrijd zoekt de radicale, uitdagende [ideeën] die de grenzen verleggen van wat de toekomst van de maakindustrie kan zijn."

De abstracts voor de inaugurele wedstrijd, gefinancierd door de National Science Foundation, maakten deel uit van een speciaal 'Blue Sky Ideas'-nummer op de conferentie. Inzendingen werden beoordeeld door een commissie op basis van hoe ze bestaande veronderstellingen uitdagen en de mate waarin ze de mogelijkheden en horizonten van het veld verbreden.

De inaugurele NAMRI/SME Dornfeld Manufacturing Vision Award is vernoemd naar wijlen professor aan de University of California in Berkley, die werd beschouwd als een wereldleider in duurzame productie en slimme productie, en de prijs erkent een uitstekende visie en leiderschap binnen de productiegemeenschap. "We zijn vereerd om professor Dornfeld, een collega en voormalig directeur van SME, evenals een oprichter van NAMRC, te erkennen voor zijn bijdragen aan de productie", zei Smith. "Zijn nalatenschap zal voortleven in de toekomstige pioniers in de industrie en de toewijding die zij aangaan om onze industrie vooruit te helpen."

De prijs werd toegekend aan Tony Schmitz, PhD, FSME, University of North Carolina in Charlotte, voor zijn presentatie "Biomemetic Manufacturing". De volgende generatie productie-innovatie wordt mogelijk gemaakt, gedeeltelijk door biologische systemen in productieomgevingen te imiteren. In zijn presentatie schetste Schmitz nieuw onderzoek op het gebied van biometische productie.

Don Lucca, PhD, FSME, CMfgE, regentenprofessor en Herrington-leerstoel in geavanceerde materialen aan de Oklahoma State University, presenteerde de NAMRI/SME Founders Lecture, getiteld "On the Path to Ultraprecision Machining."

De NAMRC 46 wordt gehouden van 18-22 juni 2018 aan de Texas A&M University in College Station, Texas.

Lasertechniek maakt grafeen van hout

Een team van wetenschappers van de Rice University (Houston) heeft van hout een elektrische geleider gemaakt door het oppervlak ervan in grafeen te veranderen.

Het onderzoeksteam, geleid door Rice-chemicus James Tour, gebruikte een laser om een ​​dun filmpatroon op een blok dennenhout zwart te maken. Het patroon is laser-geïnduceerd grafeen (LIG), een vorm van het atoomdunne koolstofmateriaal dat in 2014 bij Rice werd ontdekt.

"Het is een combinatie van het archaïsche met het nieuwste nanomateriaal in een enkele composietstructuur", zei Tour in een verklaring. Het materiaal zou kunnen worden gebruikt voor biologisch afbreekbare elektronica. De ontdekking wordt deze maand gedetailleerd beschreven in Advanced Materials, zie de webpagina http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full. Eerdere herhalingen van LIG werden gemaakt door een vel polyimide, een goedkope kunststof, met een laser te verhitten. In plaats van een vlakke plaat van zeshoekige koolstofatomen, is LIG een schuim van grafeenplaten met één rand bevestigd aan het onderliggende oppervlak en chemisch actieve randen blootgesteld aan de lucht.

Niet zomaar een polyimide zou LIG produceren, zei Tour. Het onderzoeksteam, geleid door Rice-afgestudeerde studenten Ruquan Ye en Yieu Chyan, probeerde berken en eiken, maar ontdekte dat de verknoopte lignocellulosestructuur van dennen het beter maakte voor de productie van hoogwaardig grafeen dan hout met een lager ligninegehalte. Lignine is het complexe organische polymeer dat stijve celwanden vormt in hout.

Je zei dat het veranderen van hout in grafeen nieuwe wegen opent voor de synthese van LIG uit niet-polyimidematerialen. "Voor sommige toepassingen, zoals driedimensionaal grafeenprinten, is polyimide misschien geen ideaal substraat", zei hij. "Bovendien is hout overvloedig en hernieuwbaar."

Net als bij polyimide vindt het proces plaats met een standaard industriële laser bij kamertemperatuur en druk en in een inerte argon- of waterstofatmosfeer. Zonder zuurstof verbrandt de warmte van de laser de den niet, maar transformeert het oppervlak in gerimpelde grafeenvlokken die als schuim gebonden zijn aan het houtoppervlak. Het veranderen van het laservermogen veranderde ook de chemische samenstelling en thermische stabiliteit van de resulterende LIG. Met een vermogen van 70% produceerde de laser de hoogste kwaliteit van "P-LIG", waarbij de P staat voor "grenen".

Het lab ging nog een stap verder door P-LIG om te zetten in elektroden voor het splitsen van water in waterstof en zuurstof en supercondensatoren voor energieopslag. Voor de eerste plaatsten ze lagen kobalt en fosfor of nikkel en ijzer op P-LIG om een ​​paar elektrokatalysatoren te maken met grote oppervlakten die duurzaam en effectief bleken te zijn.

Door polyaniline op P-LIG te storten, werd het volgens Tour een energie-opslaande supercondensator die bruikbare prestatiestatistieken had. "Er zijn meer toepassingen om te verkennen," zei Ye. “We zouden bijvoorbeeld P-LIG kunnen gebruiken bij de integratie van zonne-energie voor fotosynthese. We denken dat deze ontdekking wetenschappers zal inspireren om na te denken over hoe we natuurlijke hulpbronnen kunnen omzetten in beter functionerende materialen.” Het proces zou ook biologisch afbreekbare elektronica opleveren.

De co-auteurs van het artikel zijn Rice afgestudeerde studenten Jibo Zhang en Yilun Li; Xiao Han, die een gratis aanstelling heeft bij Rice en een afgestudeerde student is aan de Beihang University, Beijing, China; en Rice-onderzoeker Carter Kittrell. Tour is de T.T. en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar computerwetenschappen en materiaalkunde en nano-engineering bij Rice.

Het Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinair Universitair Onderzoeksinitiatief en het NSF Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment ondersteunden het onderzoek.

Nieuwe nanomaterialen kunnen toekomstige elektronische apparaten bouwen

Onderzoekers van de Universiteit van Chicago en het Argonne National Laboratory hebben een nieuwe methode bedacht om nanomaterialen te modelleren die zouden kunnen helpen bij het maken van nieuwe elektronische apparaten.

Dit onderzoek, gepubliceerd in Science (zie http://science.sciencemag.org/content/357/6349/385), zou ertoe kunnen leiden dat wetenschappers deze materialen gemakkelijker beschikbaar maken voor gebruik in alles, van led-displays tot mobiele telefoons en fotodetectoren en zonnepanelen. Hoewel nanomaterialen veelbelovend zijn voor toekomstige apparaten, waren de methoden om ze in complexe structuren in te bouwen tot nu toe beperkt en kleinschalig.

"Dit is een stap die nodig is om kwantumstippen en vele andere nanomaterialen te verplaatsen van proof-of-concept-experimenten naar echte technologie die we kunnen gebruiken", zegt co-auteur Dmitri Talapin, hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Chicago en een wetenschapper bij het Center. voor Nanoscale Materials in Argonne, in een verklaring:"Het verbreedt echt onze horizon."

Transistors, de basis van moderne computers, zijn extreem kleine schakelaars die door miljarden worden gemaakt via een proces dat fotolithografie wordt genoemd. Het proces, dat smartphones alomtegenwoordig en goedkoop maakte, creëert een stencil uit een laag van het organische polymeer door een patroon "masker" neer te leggen en het te verlichten met ultraviolet licht. Nadat het nieuwe materiaal erop is aangebracht, wordt het polymeersjabloon opgetild om het patroon te onthullen. Verschillende rondes van dergelijke patronen bouwen een miniatuurtransistor op het materiaal.

Fotolithografie heeft zijn beperkingen. Slechts een paar materialen kunnen op deze manier van een patroon worden voorzien. De methode is oorspronkelijk ontwikkeld voor silicium, maar naarmate de halve eeuw heerschappij van silicium over elektronica ten einde loopt, kijken wetenschappers vooruit naar de volgende materialen. Een van die interessegebieden is nanomaterialen:minuscule kristallen van metalen of halfgeleiders. Op deze schaal kunnen ze unieke en nuttige eigenschappen hebben, maar het was moeilijk om er apparaten van te maken.

Een nieuwe techniek, DOLFIN genaamd, maakt van verschillende nanomaterialen rechtstreeks "inkt" in een proces dat de noodzaak om een ​​polymeerstencil neer te leggen omzeilt. Talapin en zijn team ontwierpen chemische coatings voor individuele deeltjes. Deze coatings reageren met licht, dus als je licht door een masker met een patroon schijnt, zal het licht het patroon rechtstreeks overbrengen naar de laag nanodeeltjes eronder en ze in bruikbare apparaten aansluiten.

"We ontdekten dat de kwaliteit van de patronen vergelijkbaar was met die gemaakt met de modernste technieken", zegt hoofdauteur Yuanyuan Wang, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago. "Het kan worden gebruikt met een breed scala aan materialen, waaronder halfgeleiders, metalen, oxiden of magnetische materialen - allemaal veelgebruikt in de productie van elektronica."

Het onderzoeksteam werkt aan het commercialiseren van de DOLFIN-technologie met het Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation van de Universiteit van Chicago.

Tech Front wordt geredigeerd door senior redacteur Patrick Waurzyniak; [email protected].