Zuyd Onderzoek: Lectoraten
Onderzoek van Zuyd

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.

Toepassingsgebieden nanogestructureerde materialen

  • 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 Duurzame 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.

Lees meer Lees minder
  • De lector

    Prof. dr. Pascal J.P. Buskens is lector van het bijzonder lectoraat Nanostructured Materials sinds de oprichting van het lectoraat op 1 oktober 2016. Pascal combineert deze positie met zijn werk als principal scientist voor colloïden en grensvlakken bij TNO, waar hij sinds 2011 werkzaam is. Sinds 2017 is hij tevens professor aan de Universiteit van Hasselt.

    Van 1998 tot 2003 studeerde hij Chemie aan de RWTH Aachen University, en voerde vanaf 2003 tot 2006 ook zijn promotie onderzoek uit aan het Institut für Technische und Makromolekulare Chemie aan deze universiteit, in de onderzoeksgroep van Prof. Dr. Walter Leitner. Zijn promotie onderzoek richtte zich op de opheldering van het reactiemechanisme van zog. aza-Baylis-Hillman reacties, en de ontwikkeling van nieuwe methodes om deze reacties enantioselectief uit te voeren. In 2005 maakte Pascal in het kader van zijn promotie onderzoek een uitstap naar de University of Oxford om specifiek onderzoek aan het reactiemechanisme uit te voeren.

    Zijn loopbaan startte in 2006 bij DSM Functional Coatings (nu EBA Advanced Surfaces), waar hij tot 2011 verantwoordelijk was voor het R&D programma dat zich richtte op de ontwikkeling en commercialisatie van antireflectie coatings voor toepassing op glas voor zonnepanelen. Van 2012 tot 2017 was Pacal actief aan de RWTH Aachen University, waar hij als Privat-Dozent werkte aan het DWI-Leibniz Institut für Interaktive Materialien e.V., dat verbonden is aan de universiteit.

    Op vrijdag 24 november 2017 heeft prof. dr Pascal Buskens de Friedrich-Wilhelm prijs in ontvangst genomen. Deze prijs kreeg hij voor zijn academisch onderzoek naar nanogestructureerde optische materialen aan de RWTH Aachen University. Lees meer >>

    LinkedIn Pascal Buskens

  • Onderzoek

    Het lectoraat werkt aan de volgende deelonderwerpen.

    • Het bestuderen van de relatie tussen de eigenschappen van een geavanceerd materiaal, en diens chemische samenstelling en nanostructuur.
    • Het ontwerpen van geavanceerde nanogestructureerde materialen met eigenschappen die op maat gemaakt zijn voor een specifieke toepassing. Dit wordt mogelijk gemaakt met de kennis verworven in de studie benoemd onder het eerste punt.
    • Het maken van de onder punt 2 ontworpen geavanceerde materialen met specifieke chemische samenstelling en nanostructuur. Voor het realiseren van de juiste nanostructuur zal primair gebruik worden gemaakt van nanodeeltjes. Laboratoriumsynthese en opschaling van nanodeeltjes is dus een belangrijk onderdeel van het bijzonder lectoraat.
    • Het combineren van meerdere functies in één materiaal, en het overstappen van materialen met statische eigenschappen naar materialen die zich kunnen aanpassen aan omgevingsomstandigheden (adaptieve materialen). De natuur kent hier inspirerende voorbeelden zoals het neon tetravisje, dat de blauwe streep op zijn huid kan laten ontkleuren als het donker wordt.

    Publicaties van Pascal Buskens.

  • Samenwerking

    Het bijzonder lectoraat werkt met diverse partijen samen met als doel het onderzoek naar nanogestructureerde materialen en regionale ambities te ondersteunen.

    Koppeling fundamenteel en toegepast onderzoek
    Om zich optimaal te positioneren en regionale en nationale bedrijven en programma’s op het gebied van onderzoek naar nanogestructureerde materialen te ondersteunen, werkt het bijzonder lectoraat samen met het Brightlands Materials CenterTNO en universiteiten, waaronder de RWTH Aachen University. Op die manier is het mogelijk om fundamenteel universitair onderzoek bij universiteiten te koppelen aan toegepast onderzoek binnen Zuyd en TNO. In het onderzoek zal het bijzonder lectoraat zich richten op onderzoeksvragen van bedrijven, om in doelgerichte projecten met inzet van studenten en docent-onderzoekers bedrijven te ondersteunen in hun product- en technologie ontwikkeling.

    Regionale ambities en grensoverschrijdende samenwerking
    Dit bijzonder lectoraat sluit goed aan bij de doelstellingen en ambities van het programma “Chemistry of Advanced Materials” van de Topsector Chemie. Verder sluit dit bijzonder lectoraat, in de strategische samenwerking met TNO en het Brightlands Materials Center, goed aan bij een aantal regionale ambities, zoals verwoord in Brainport 2020, Limburg Economic Development agenda en het Kennis-as Limburg document. Het bijzonder lectoraat streeft naar een grensoverschrijdende samenwerking met universiteiten en kennisinstituten.

Lectoraat Nanostructured Materials
Nieuw Eyckholt 300
6419 DJ Heerlen