< Terug naar vorige pagina

Organisatie

Afdeling Soft Matter Reologie en Technologie

Division

Tijdsduur:1 jan 1998  →  Heden
Organisatieprofiel:

Het doel van de afdeling Soft Matter, Reologie en Technologie (SMaRT) is om onderzoek naar zachte materie en de reologie van complexe vloeistoffen op fundamenteel niveau en hun toepassing op technische processen te bevorderen en uit te voeren. Dergelijke complexe vloeistoffen omvatten een breed scala aan materialen, waaronder polymeeroplossingen, -smelten en -mengsels, emulsies, colloïdale dispersies, oplossingen van oppervlakteactieve stoffen, enz.

Een kenmerk van dergelijke complexe vloeistoffen en zachte materie is dat ze een meer complex stromings- en vervormingsgedrag vertonen dan eenvoudige Newtonse vloeistoffen of vaste stoffen volgens Hooke die normaal respectievelijk geassocieerd worden met vloeistof- of vaste stofmechanica. Het doel van de SMaRT divisie is dus om de fundamentele afhankelijkheid van de moleculaire en microstructuur van dergelijke systemen te bestuderen en meer bepaald van hun complexe en niet-lineaire verschijnselen zoals afschuifstromings- en rekversteviging, lineaire en niet-lineaire visco-elasticiteit, en thixotropie.

Een dergelijke link tussen de microscopische en macroscopische respons van een materiaal begint meestal met goed gedefinieerde modelmaterialen en -systemen, die ons in staat stellen om de fundamentele principes en onderliggende mechanismen die het stromings- en vervormingsgedrag van complexe vloeistoffen bepalen, te meten en relevante reologische constitutieve modellen te ontwikkelen. Dit laat ons toe om vervolgens het gedrag van meer complexe systemen in werkelijke toepassingen te begrijpen en te beschrijven, maar ook om de microstructuur en daarmee het stromings- en vervormingsgedrag van formuleringen aan te passen om aan de vereisten van de huidige materiaaleigenschappen te voldoen en deze zelfs te verbeteren.

Om deze doelen te bereiken, beschikt de divisie SMaRT over een ultramoderne reologische infrastructuur. Deze omvat traditionele, spannings- en vervormingsgecontroleerde reometers (zowel rotationele als capillaire) en ook nieuwe technieken om de rekeigenschappen te meten. Bovendien is een breed scala aan technieken aanwezig om de variabele en door stroming geïnduceerde microstructuur te karakteriseren, waaronder (confocale) microscopische technieken, lichtverstrooiing, rheo-optische en diëlektrische methoden, als ook apparatuur voor de verwerking van polymeren, poeders en dispersies en instrumenten om interfasereologie en dynamica van vloeistofstructuren aan oppervlakken te bepalen. Dit wordt uitgebreid met (reometrische) instrumentatie ontwikkeld voor onderzoek met hoogwaardige Röntgenbronnen op de synchrotrons in Grenoble en Hamburg, en neutronenverstrooiing.

De algemene onderzoeksthema's die de divisie SMaRT momenteel behandelt, zijn devolgende:

Op het vlak van van vrije oppervlaktestromingen ligt de nadruk op de opbreekdynamica van vloeistofstralen die polymeren, micro- en/of nanodeeltjes bevatten en die een viscositeitsbereik omspannen van waterig tot honingachtig. Dit wordt uitgebreid naar rekstromingen van polymeeroplossingen en smelten met het doel het algemene rekgedrag in niet-lineaire vervormingsstromen kwantitatief te beschrijven. Hieruit resulterend toepassingsgericht onderzoek omvat het elektrospinnen van complexe nanovezels en het elektrosprayen van 'core-shell' nanodeeltjes voor farmaceutische en energetische toepassingen.

Het effect van geometrische begrenzing op de reologie van deeltjessuspensies, microgelen en emulsies met microstructuren ter grootteorde van nano- tot micrometers wordt onderzocht. De onderzoeken hebben betrekking op reologie in gecontroleerde begrenzingen (dunne filmreometrie) en onder gecontroleerde normaalkracht, triboreometrie en tribologisch onderzoek van complexe vloeistoffen, met toepassingen in smeermiddelen en voedselinname.

De structuur en reologie van suspensies wordt ook onderzocht binnen de SMaRT onderzoeksgroep. De stabiliteit, veroudering en stromingsgeïnduceerde veranderingen in de structuur worden in kaart gebracht met behulp van reo-optische technieken. Specifieke apparatuur  zoals een 'twin-drive' reometer laat ons toe om bijvoorbeeld de koppeling tussen vlokgrootte en thixotropie te onderzoeken en een temperatuursgecontroleerde  afschuifcel gemonteerd op een confocale microscoop kan worden gebruikt om netwerkstructuren te analyseren. Zulke onderzoeken hebben als doel om de microstructuur van deeltjesnetwerken direct te koppelen aan hun reologische respons om het gedrag te voorspellen en te controleren.

We gebruiken ook een nieuwe methode om netwerkvorming in suspensies te induceren gebaseerd op capilariteit. De structuur van deze capillaire suspensies wordt onderzocht zowel in functie van de samenstelling als in functie van aangelegde krachten en vervormingen. De koppeling tussen structuur en reologie stelt ons in staat informatie te verkrijgen over de flexibiliteit of rigiditeit van het netwerk en levert  methoden om de reologische respons aan te passen. Tot het toepassingsgericht onderzoek dat tevens wordt gevoerd met betrekking tot capillaire suspensies behoort onder andere de snelle productie van poreuze materialen en van barstvrije films voor 'printed electronics'.

Trefwoorden:Zachte materie, Reologie, Polymeren, Colloïden, Rheo-optics, Polymeer blends, Complexe vloeistoffen, Voedselreologie, Polymeer oplossingen, Gels, Grensvlakeffecten, Polymerverwerking, Suspensies, Verwerken
Disciplines:Fysica en nanofysica van gecondenseerde materie, Ontwerptheorieën en -methoden, Mechanica, Andere mechanische en productie ingenieurswetenschappen, Chemisch productontwerp en formulering, Algemene chemische en biochemische ingenieurswetenschappen, Process engineering, Transportfenomenen, Andere (bio)chemische ingenieurswetenschappen, Polymere materialen, Engineering van biomaterialen, Composieten en hybride materialen, Materialenwetenschappen en -techniek, Andere materiaaltechnologie, Biomechanische ingenieurswetenschappen