DOE:s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har fått cirka 4,3 miljoner dollar i DOE Office of Science -finansiering, över tre år, att utveckla en ökad förståelse för plasmas roll vid syntesen av nanopartiklar. Sådana partiklar, som mäts i miljarddels meter, är uppskattade för deras användning i allt från golfklubbor och badkläder till mikrochips, färg och läkemedelsprodukter. De har också potentiellt omfattande applikationer för utveckling av ny energiteknik.

"Plasma används ofta som ett verktyg för att producera nanopartiklar, men det finns ingen djup förståelse för den roll som plasma spelar i denna process, sa fysikern Yevgeny Raitses, huvudutredaren för projektet. "Vårt mål är att utveckla en förståelse som kan leda till förbättrad syntes av dessa partiklar."

De nya medlen kommer att utöka forskningen i ett nanoteknologilaboratorium som PPPL lanserade 2012 med medel från PPPL Laboratory Directed Research and Development (LDRD). Anläggningen studerar de komplexa interaktioner som uppstår när det är varmt, elektriskt laddad plasmagas används som syntetiseringsmedel för att producera material som kolnanorör - föremål som är tiotusentals gånger tunnare än ett människohår, ännu starkare än stål på ett uns per uns. Dessa interaktioner måste kontrolleras exakt för att säkerställa kvaliteten och renheten hos sådant material.

Många samarbetspartners arbetade med finansieringsförslaget för den nya forskningen. Viktiga bidragsgivare var fysikerna Igor Kaganovich och Brent Stratton, som ledde plasmateorin och diagnostiska avsnitt i förslaget, respektive, och kommer att fortsätta att leda dessa projektområden. Också viktiga var fysikerna Edward Startsev och Benoit LeBlanc, som arbetade med teorin och diagnostiska delar av förslaget, respektive, och fysikern Andrei Khodak, som bidrog med datormodellering.

Viktigt samarbete kom också från Predrag Krstic, professor vid Institute for Advanced Computational Science vid Stony Brook University, och Mikhail Shneider, senior forskare vid mekaniska och rymdavdelningen vid Princeton University. Krstic är expert på atomistisk datormodellering av material; Shneider har uppfunnit ny laserdiagnostik för plasmaprogram.

Bland de viktigaste bidragsgivarna finns också Bruce Koel, en Princeton -professor i kemisk och biologisk teknik, som hjälper till att karaktärisera nanomaterial som kommer från PPPL -laboratoriet; Roberto Car, en Princeton -professor i kemi som kommer att bidra till den atomistiska modelleringen; Michael Keidar, en professor i teknik vid George Washington University och en expert på plasma nanoteknik; och Mohan Sankaran, docent i kemiteknik vid Case Western Reserve University och expert på plasmabaserad syntes av nanopartiklar.

Philip Efthimion, chef för Plasma Science and Technology Department på PPPL, gav vägledning och stöd för finansieringsförslaget. Olga Tishinin, en PPPL -budgetanalytiker och P&C Officer, gav också nyckelstöd. "Hon gjorde ett utmärkt jobb med att hjälpa detta multinstitutionella team att planera en budgetförfrågan och göra allt pappersarbete som rör förslaget, "Sa Raitses.

När vi diskuterar den nya forskningen, PPPL -direktören Stewart Prager noterade att "Syntesen av nanopartiklar är ett utmanande och spännande område med omfattande tillämpningar. Detta projekt kombinerar vår expertis inom plasmavetenskap med materialvetenskapliga funktioner vid Princeton University och andra institutioner."

Den utökade forskningen "passar in i vår kärnkompetens, "sa Adam Cohen, PPPL biträdande chef för verksamheten, som samarbetade med Prager för att kämpa för den första utvecklingen av nanolaboratoriet, som samlades med vägledning från ingenjör Charles Gentile, och den nya finansieringen. "Vi har fått kunskap om plasma från vår fusionsforskning, "Sa Cohen, "och detta gör att vi kan växa till en helt ny forskningsmöjlighet."