MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017360065
■00520260202105258
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798297960190
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32280107
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.11
■1001  ▼aSui,  Jiajie.
■24510▼aAmino  Acids  Based  Functional  Materials  for  Electromechanical  and  Sustainable  Energy  Applications
■260    ▼a[Sl]▼bThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a125  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Wang,  Xudong.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  Wisconsin  -  Madison,  2025.
■520    ▼aThe  global  demand  for  sustainable  energy  technologies,  coupled  with  the  need  for  biocompatible  and  environmentally  friendly  materials,  has  spurred  intense  efforts  to  identify  functional  material  platforms  that  are  both  efficient  and  adaptable.  Traditional  inorganic  and  synthetic  polymeric  materials  often  provide  high  performance  but  lack  sustainability  and  compatibility  with  biological  systems.  In  contrast,  bio-derived  materials  offer  unique  opportunities  to  bridge  this  gap,  particularly  for  applications  in  bioelectronics  and  biomedical  devices,  where  environmental  compatibility  and  safe  integration  with  living  systems  are  essential.  Among  bio-derived  materials,  amino  acids  stand  out  as  versatile  molecular  precursors  capable  of  forming  ordered  crystalline  structures,  supporting  proton  conduction,  and  enabling  electronic  transport  when  incorporated  into  composite  systems.  This  thesis  is  dedicated  to  advancing  the  design  and  synthesis  of  amino  acid-based  functional  materials,  with  a  particular  emphasis  on  enhancing  their  performance  through  integration  with  polymers  and  hybrid  structures.  By  systematically  exploring  piezoelectric,  proton-conducting  properties  of  amino  acid  composites,  as  well  as  their  environmental  utility  in  carbon  dioxide  (CO2)  capture,  this  work  demonstrates  the  breadth  of  functionality  accessible  through  amino  acid  chemistry.  The  results  presented  herein  highlight  molecular-level  design  strategies  for  engineering  bio-derived  materials  that  can  contribute  to  the  fields  of  energy  harvesting,  sustainable  bioelectronics,  and  environmental  remediation.Chapter  1  provides  a  comprehensive  background  overview  of  the  topics  of  this  thesis.  It  outlines  the  global  energy  challenge,  the  role  of  bio-derived  materials,  and  the  potential  of  amino  acids  in  energy  and  environmental  applications,  including  piezoelectricity,  proton  conducting,  and  carbon  capture.Chapter  2  focuses  on  the  orientation-controlled  growth  of  amino  acid  crystals  and  the  related  piezoelectric  properties.  A  nucleation-controlled  strategy  was  developed  to  enhance  the  alignment  and  crystallinity  of  glycine  domains  within  a  poly(vinyl  alcohol)  (PVA)  matrix.  This  approach  yielded  membranes  with  improved  piezoelectric  performance,  which  were  further  demonstrated  in  a  simple  device  for  mechanical  energy  harvesting.  The  chapter  provides  fundamental  insights  into  structure-property  relationships  in  bio-derived  piezoelectric  systems  and  illustrates  their  potential  for  powering  small-scale,  biocompatible  electronic  devices.Chapter  3  describes  amino  acid-based  proton-conducting  membranes  inspired  by  natural  protein  channels.  Poly(acrylic  acid)  (PAA)-amino  acid-glycerol  composites  were  synthesized  and  systematically  studied  to  understand  the  influence  of  amino  acid  type,  humidity,  and  other  environmental  factors  on  proton  conductivity.  The  optimized  cysteine-containing  films  demonstrated  strong  potential  for  electricity  generation  from  ambient  moisture,  highlighting  their  applicability  in  self-powered  sensors  and  bioelectronic  interfaces.  This  work  underscores  the  value  of  amino  acids  as  tunable  components  for  designing  sustainable  proton  conductors  with  biomedical  and  environmental  relevance.Chapter  4  introduces  a  new  class  of  conductive  hydrogels  derived  from  amino  acids,  designed  as  active  materials  for  organic  electrochemical  transistors  (OECTs).  By  tailoring  the  molecular  interactions  between  amino  acids,  polymers,  and  additives,  hydrogels  with  significantly  enhanced  conductivity  and  mechanical  stability  were  achieved.  These  hydrogels  exhibited  promising  performance  when  tested  as  OECT  active  layers,  suggesting  a  path  toward  biocompatible,  environmentally  benign  materials  for  bioelectronic  and  biomedical  devices.  Chapter  5  expands  the  scope  of  amino  acid  functional  materials  to  environmental  applications  by  developing  metal-amino  acid  complexes  for  carbon  dioxide  capture.  Using  a  simple  solution-based  synthesis  approach  with  pH  control,  hybrid  sorbents  with  tunable  binding  affinities  were  obtained.  The  Cu-D-Glu  sample  exhibited  outstanding  carbon  capture  performance  with  comparable  capacity  and  fast  adsorption/desorption  kinetics.  The  chapter  demonstrates  that  amino  acid  chemistry  can  be  extended  beyond  energy  and  electronics  to  address  pressing  challenges  in  carbon  management,  providing  a  cost-effective  and  scalable  pathway  for  designing  new  sorbents.Finally,  my  concluding  remarks  on  the  topics  discussed  in  this  dissertation  are  included  in  Chapter  6.  The  collective  findings  illustrate  how  amino  acids  can  be  uniquely  positioned  and  engineered  to  serve  in  specialized  roles  requiring  sustainability,  biocompatibility,  and  multifunctionality.  Moreover,  the  design  strategies  developed  here  provide  a  framework  that  may  guide  future  research  in  materials  engineering  for  advancing  next-generation  energy  harvesting  devices,  bioelectronic  platforms,  and  environmental  remediation  strategies.  Key  future  directions  I  proposed  here  include  the  scalable  manufacturing  of  bio-derived  piezoelectric  films,  the  development  of  polymer  template  and  molecular  interaction-guided  approaches  for  precise  crystal  phase  control,  and  the  systematic  optimization  and  advanced  characterization  of  metal-amino  acid  frameworks  for  CO2  capture.
■590    ▼aSchool  code:  0262.
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aPhysical  chemistry
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aPolymer  chemistry
■653    ▼aAmino  acids
■653    ▼aPiezoelectric  properties
■653    ▼aBio-derived  materials  
■653    ▼aCarbon  dioxide
■653    ▼aEnergy  harvesting
■690    ▼a0794
■690    ▼a0494
■690    ▼a0495
■690    ▼a0791
■71020▼aThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼bMaterials  Science  and  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-04B.
■790    ▼a0262
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360065▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books