ジェイミー・C・グランラン
ジェイミー・C・グランラン
職業材料科学者および学者
学歴
教育化学学士、材料科学・工学博士
母校ノースダコタ州立大学ミネソタ大学
学術研究
機関テキサスA&M大学

ジェイミー・C・グランランは材料科学者であり、学者です。テキサスA&M大学の機械工学教授であり、リーランド・T・ジョーダン教授（2029年卒業）でもあります。[ 1 ]

グランランは、ポリマーナノ複合材料、難燃性ナノコーティング、ガスバリア薄膜、熱電材料の分野での研究で最もよく知られています。彼の研究は200以上の学術誌に掲載されています。[ 2 ]彼はカール・ダールキスト賞[ 3 ]とLEスクリブン若手研究者賞[ 4 ]を受賞しています。近年の研究は、層ごとのアセンブリによる薄い（<1 μm）ガスバリア、難燃性、熱電ナノコーティングの開発、および特に高分子電解質複合体と導電性および熱電材料に重点を置いた厚膜ナノ複合材料（>10 μm）の研究に携わっています。[ 5 ]

グランランは、国際先端材料協会（IAAM）とアメリカ機械学会（ASME）のフェローであり、[ 6 ]全米発明家アカデミーのシニアメンバーに選出されています。[ 7 ]彼は、Journal of Materials Scienceの編集者であり、[ 8 ] Green Materials [ 9 ]およびnpj Materials Degradationの副編集者です。[ 10 ]彼はまた、 Macromolecular Rapid Communicationsの国際諮問委員会の委員も務めています。 [ 11 ]

教育

グランランは、1997年5月にノースダコタ州ファーゴのノースダコタ州立大学でポリマーとコーティングを専門とする化学の理学士号を取得しました。その後、 2001年6月にミネソタ州ミネアポリスのミネソタ大学で化学を副専攻として材料科学と工学の博士号を取得しました。[ 1 ]

キャリア

グランラン氏は、2001年6月にカリフォルニア州パサデナのエイブリー研究所で上級研究エンジニアとしてキャリアをスタートし、新規事業開発に向けたポリマーベースの電子材料および生体材料の研究開発に注力しました。 2002年8月から2003年12月までアズサパシフィック大学、2002年1月から5月までバイオラ大学の非常勤講師を務めました。2004年7月、テキサス州カレッジステーションのテキサスA&M大学に助教授として着任し、NSFキャリア賞を受賞しました。その後、2010年9月から2014年8月まで准教授およびガルフオイル/トーマスディーツ開発教授Iを務めました。また、2015年7月から2020年8月まで、化学と材料科学と工学の兼任でリンダアンドラルフシュミット'68教授を務めました。[ 12 ] 2020年9月以来、テキサスA&M大学のリーランドT.ジョーダン'29議長教授を務め、化学と材料科学と工学の兼任で務めています。[ 13 ]

研究

グランランは、保護ポリマーおよびナノ複合システムの研究に重点を置いてきました。特に、食品、医薬品、電子機器の包装に使用される酸素バリアフィルムが研究対象の一つです。また、環境に優しい難燃性および遮熱性処理、そして高誘電破壊強度材料の研究も行っています。[ 10 ]

難燃性ポリマー材料

グランランの研究は、可燃性高分子材料に対する非常に効果的な難燃性表面処理をもたらし、有毒な防火の問題に対処しました。難燃性コーティングの研究は、Nature、[ 14 ] 、 Smithsonian Magazine、[ 15 ] 、 Chemical & Engineering News、[ 16 ] 、 New York Times [ 17 ]、Science Daily [ 18 ]などの出版物で評価されています。彼の研究グループは、有毒分子を使用せずに、衣類に使用される布地[ 19 ] [ 20 ]と布張りの家具に使用されるフォームを保護する2つの水性グリーンコーティング技術を開発しました。 [ 21 ] [ 18 ]彼の処理は、リン酸と窒素を豊富に含む高分子電解質[ 22 ] [ 23 ]と粘土ナノプレートレットに基づいており、有効性と安全性を兼ね備えています。[ 24 ] [ 25 ]最近では2020年に、彼の招待講演「難燃性表面処理」がNature Reviews Materials 2020年4月号の表紙記事となった。[ 26 ]

高出力係数ポリマーナノ複合材料

グランラン氏は、人の体温を利用して発電できる布地用有機熱電コーティングを開発した。同氏は、有機成分から作られた塗装/印刷可能な材料を作り出し、ポリアニリン、グラフェン、および層別アセンブリ技術によって堆積された二重壁ナノチューブを使用した。結果として得られた1ミクロンの厚さのコーティングは、完全な有機材料としては並外れた電気伝導率（σ ~ 1.9 x 10 5 S· m-1）とゼーベック係数（S ~ 120 μV·K −1）を示した。熱電能率（PF = S 2 ·σ −1）は、完全な有機材料として報告された最高の値の一つであり、室温で測定された材料の中でも最高の値の一つである。[ 27 ]さらに、同氏はAdvanced Materials誌の表紙を飾ったレビュー論文を執筆しており[ 28 ]、この分野での同氏の研究は米国特許の取得にもつながった。[ 29 ]

グランランのカーボンナノチューブ（CNT）充填ポリマー複合材料の熱電特性に関する研究には、エマルジョンポリマーの使用による安価な単層カーボンナノチューブ（SWNT）充填複合材料の導電性の向上、[ 30 ] SWNT/エポキシ複合材料における粘土による電気的・機械的挙動の向上、[ 31 ]ポリマーナノ複合材料の軽量熱電材料としての可能性の実証などがある。[ 32 ] 2010年には、接合部の改質により（CNT）充填複合材料の熱電特性を改善した。[ 33 ]これとは別に、共同研究で層状材料の液体剥離に関する研究に集中し、WS 2と MoS 2が効果的なポリマー強化材であることを強調した。一方、WS 2 /カーボンナノチューブハイブリッドフィルムは高い導電性を示し、有望な熱電特性を示した。[ 34 ]さらに、界面活性剤水溶液中でのナノプレート剥離に関する重要な研究にも参加した。[ 35 ]

高ガスバリア性ポリマーおよびナノ複合薄膜

金属のバリア性に匹敵するポリマーおよびナノ複合システムの使用を通じた、Grunlanのポリマーベースのガスバリア薄膜の研究は、食品、医薬品、電子機器用の環境的に持続可能な包装の開発に集中してきました。この分野では、彼の研究グループは、一般的なプラスチック包装をほぼ酸素不透過性にし、食品の安全性を高めることができる薄い水性コーティングを作成しました。このオールポリマー薄膜は、高湿度でも検出されない酸素透過率（OTR < 0.005 cm 3 ·m −1 ·day −1）を示し、アルミニウムコーティングやSiOxコーティングされたフィルムと競合する可能性を秘めているだけでなく、より環境に優しく、リサイクルも簡単です。[ 36 ]彼はまた、ユニークなバリア挙動を示す高分子電解質と粘土からなるサブミクロンのナノブリック壁コーティングを開発しており[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] 、彼の研究グループはこの挙動の背後にあるメカニズムを研究し、このトピックに関するいくつかの研究を発表しました。[ 40 ] [ 24 ]

溶液および固体ポリマーナノ複合材料中のナノ粒子の分散と微細構造

グランランの研究グループは、刺激応答性ポリマーを分散剤として用い、溶液中のナノ粒子分散と固化ポリマーナノ複合材料中のナノ構造をカスタマイズした最初の研究グループの一つです。彼は、刺激応答性カーボンナノチューブ分散に関する研究でNSFキャリア賞を受賞しました。この研究は、pH変化による水中カーボンナノチューブ分散の弱高分子電解質制御を実証した以前の論文に基づいています。この研究では、ポリアクリル酸（PAA）がpH変化によって水性混合物中のSWNT分散レベルと固体複合材料中の分散状態を制御し、SWNTの微細構造を凝集状態と十分に剥離した状態の間で変化させることが示されました。これは電子顕微鏡観察と電気伝導率測定によって観察されました。[ 41 ]その後、彼のグループは、熱応答性のピレン修飾ポリ（N-シクロプロピルアクリルアミド）を用いることで、水中カーボンナノチューブ分散を調整できることを示しました。[ 42 ]

ポリマーナノ複合薄膜を用いたクロメート化成皮膜の代替

グランランの研究は、有毒化学物質を使用せずに鋼鉄やアルミニウムなどの金属表面を腐食から保護する、環境に優しい水性ナノブリック壁薄膜の開発にも焦点を当てています。彼の初期の研究では、これらのナノ複合コーティングは、わずか数百ナノメートルの厚さであっても、数日間腐食保護を提供できることが示されました。彼の研究によると、アルミニウムに300ナノメートルの厚さのコーティングを施すと、インピーダンスが2桁向上し、5日間腐食から保護できることが示されました。[ 43 ]さらに、彼の研究により、ナノコーティングは金属の前処理が少なく、無毒であるため、クロメート化成処理コーティングよりも効果的で環境に優しい代替品であることが確立されました。90ナノメートルという薄いコーティングでも、過酷な酸性環境において銅の腐食速度を3桁も低減できることが実証されました。[ 44 ]

賞と栄誉

  • 2007-2012 –国立科学財団（NSF）でのキャリア[ 45 ]
  • 2010年 – カール・ダールキスト賞、感圧テープ協議会（PSTC）[ 3 ]
  • 2012年 – LE Scriven若手研究者賞、国際コーティング科学技術協会（ISCST）[ 4 ]
  • 2018年 – アメリカ機械学会（ASME）フェロー[ 6 ]
  • 2018年 –フランス、南ブルターニュ大学名誉博士号
  • 2019年 – 全米発明家アカデミー上級会員[ 7 ]
  • 2021年 – 国際先端材料協会フェロー

選択された記事

  • Grunlan, JC, Mehrabi, AR, Bannon, MV, & Bahr, JL (2004). 極めて低い浸透閾値を有する水性単層ナノチューブ充填ポリマー複合材料. Advanced Materials , 16(2), 150–153.
  • Kim, D., Kim, Y., Choi, K., Grunlan, JC, & Yu, C. (2010). ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)を添加することでナノチューブ充填ポリマー複合材料の熱電特性が改善された. ACS Nano, 4(1), 513–523.
  • Coleman, JN, Lotya, M., O'Neill, A., Bergin, SD, King, PJ, Khan, U., ... & Nicolosi, V. (2011). 層状物質の液体剥離法による二次元ナノシートの作製. Science , 331(6017), 568–571.
  • Smith, RJ, King, PJ, Lotya, M., Wirtz, C., Khan, U., De, S., ... & Coleman, JN (2011). 界面活性剤水溶液中における無機層状化合物の大規模剥離.先端材料, 23(34), 3944–3948.
  • Blackburn, JL, Ferguson, AJ, Cho, C., & Grunlan, JC (2018). カーボンナノチューブベースの熱電材料とデバイス. Advanced Materials , 30(11), 1704386.
  • Lazar, ST, Kolibaba, TJ, & Grunlan, JC (2020). 難燃性表面処理. Nature Reviews Materials , 5(4), 259–275.
  • Chiang, HC, Iverson, ET, Schmieg, K., Stevens, DL, & Grunlan, JC (2023). 高耐湿性スーパーガスバリア性高分子電解質複合薄膜. Journal of Applied Polymer Science , 140(7), e53473.

参考文献

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