Zuyd.nl maakt gebruik van cookies. Klik hier voor meer informatie.

Sluiten
groen 3

Nanostructured Materials

Het bijzonder lectoraat Nanostructured Materials is opgericht op 1 oktober 2016 in samenwerking met TNO en het Brightlands Materials Center, en is onderdeel van het lectoraat Material Sciences. Het lectoraat richt zich op het ontwikkelen en maken van nanogestructureerde materialen waarvan de eigenschappen bepaald worden door een slimme combinatie van chemische samenstelling en nanostructuur.

Deze nanogestructureerde materialen kennen verschillende toepassingsgebieden:

  • Nanogestructureerde materialen met op maat gemaakte optische en/of elektronische eigenschappen met name voor toepassing in gebouwenveloppen ter verbetering van de energie-efficiëntie van gebouwen
  • Nanogestructureerde materialen ten behoeve van energieopslag, met als focusgebied chemische energieopslag
  • Nanogestructureerde materialen ten behoeve van toepassing in zonnecellen (samen met het bijzonder lectoraat Zonne-Energie in de Gebouwde Omgeving)


Wat zijn nanostructured materials?

Het Griekse woord νανος of het Latijnse nanus betekent dwerg. Een nanometer – afgekort als nm - is 1 miljardste (10-9) meter, ofwel op een schaal waar we ons meer bij kunnen voorstellen: een tennisbal is honderd miljoen nanometers dik, een menselijk haar is honderdduizend nanometers dik, een bacterie heeft typisch een afmeting van duizend nanometers en een virus is ongeveer honderd nanometers groot.

 

Wanneer spreken we nu van een nanomateriaal? Volgens de wetenschappelijke definitie van een nanomateriaal is dit een materiaal dat in minimaal één dimensie een afmeting heeft tussen 1 nm en 100 nm. In de praktijk, en ook binnen dit lectoraat, wordt deze definitie vaak opgerekt tot materialen die kleiner zijn dan 1000 nm ofwel 1 micrometer.

Wat is er zo bijzonder aan nanostructured materials?
Wel, in het algemeen geldt dat wanneer je materialen verkleint, je verhoudingsgewijs meer oppervlak maakt per volume. Neem bijvoorbeeld een bol met een straal van 1 meter: deze heeft een boloppervlak van 12.56 m² en een volume van 4.19 m³. De verhouding oppervlak tot volume bedraagt dus 3. Voor een bol met een straal van 1 mm is die verhouding 3000, en voor een bol met een straal van 1 nm 3 miljard. Deze enorme toename van het oppervlak per volume is sterk bepalend voor de eigenschappen van nanomaterialen, en voor hoe nanomaterialen wisselwerken met het materiaal waar ze in ingebouwd worden.

 

Daarnaast kunnen de eigenschappen van nanomaterialen ook bepaald worden door zogenaamde quantum size effecten: dit zijn bijzondere eigenschappen die ontstaan doordat elektronen opgesloten raken in 1, 2 of 3-dimensionale kleine ruimtes. Het lectoraat richt zich met name op de ontwikkeling van nanomaterialen met heel specifieke optische eigenschappen. Omdat de golflengte van licht soortgelijk groot is als de karakteristieke afmeting in een nanomateriaal, zijn nanomaterialen bij uitstek geschikt voor de manipulatie van licht. En met manipuleren bedoel ik bijvoorbeeld reflecteren, doorlaten, verstrooien, geleiden of van kleur doen veranderen.

 

Een bekend voorbeeld uit de natuur zijn de sprankelend blauwe vleugels van de Morpho rhetenor vlinder. Meestal wordt een bepaalde kleur veroorzaakt door kleurstoffen of pigmenten die een deel van het zichtbare licht absorberen. Het deel van het licht dat niet geabsorbeerd wordt en vanaf het gekleurde object terugkaatst naar je oog, bepaalt dan uiteindelijk de kleur van het object. Dit geldt traditioneel ook voor de kleur blauw. Het prachtige blauwe gewaad van de maagd Maria bijvoorbeeld, dat op veel Renaissance schilderijen is afgebeeld, is gebaseerd op het pigment ultramarijn.

 

De vlindervleugel bestaat echter uit een polymeermateriaal dat op zichzelf niet gekleurd is, nl. chitine. Dit is een variatie op het natuurlijk polymeer cellulose, en is opgebouwd uit het monomeer N-acetylglucosamine. De kleur van de vlindervleugel wordt dus alleen bepaald door de nanostructuurtjes op het oppervlak – nanokerstboompjes – die ervoor zorgen dat blauw licht selectief gereflecteerd wordt. Zou je de vleugels, na overlijden van de vlinder, vermalen en de structuurtjes zo kapot maken, dan verliest het materiaal zijn kleur.

Contact

Meer contactinfo