Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Nieuwe methode om in situ informatie te vergaren over kristalstructuren veranderd door chemische reacties." "Joke Hadermann" "Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)" "In dit project zullen we als eerste onderzoeksgroep met behulp van precessie elektronendiffractie tomografie bepalen welke veranderingen er optreden in de kristalstructuur van materialen door oxidatie- en reductieprocessen. We zullen dit bepalen uit in situ verkregen gegevens, dit wil zeggen dat de data wordt opgenomen terwijl het monster nog in de omgeving is waarin de reactie gebeurde. Duurzame-energietechnologieën zijn van cruciaal belang voor onze maatschappij. In de processen die deel uitmaken van deze technologieën bepalen de kristalstructuren de paden voor ionengeleiding en de reversibiliteit, en alzo de efficiëntie, capaciteit en levensduur van de verschillende technologieën. Tijdens de werking treden structuurveranderingen op wanneer de materialen geoxideerd en gereduceerd worden. Deze veranderingen worden momenteel bepaald met in situ X-stralen en neutronen diffractietechnieken, maar enkel uit data beschikbaar van poederdiffractie-experimenten, aangezien de materialen doorgaans enkel actief zijn als kleine deeltjes. Poedertechnieken worden vaak geplaagd door het overlappen van reflecties van verschillende fasen en door verbreding van de reflecties, o.a. door de kleine kristalgroottes, waardoor de resultaten minder beslissend worden en sommige structuren onopgelost blijven. Door elektronen te gebruiken in plaats van X-stralen of neutronen, is het mogelijk met éénkristallen te werken die slechts een grootte hebben in het nanoschaal gebied, omdat elektronen veel sterker interageren met materie. De techniek precessie elektronendiffractie tomografie wordt nu reeds gebruikt voor de structuurbepaling uit ex situ éénkristal data. Door dit nu in situ te gebruiken, zullen we kunnen bepalen hoe structuren veranderen onder invloed van een oxiderende zuurstofatmosfeer, reducerende waterstofatmosfeer, onder hydratatie of in een koolstofdioxide omgeving of door elektrochemische oxidatie en reductie in vloeistofomgeving. Ons doel is om de pioniers te zijn met deze in situ PEDT techniek en de internationale gemeenschap van materiaalwetenschappers de hoge waarde van deze techniek te doen beseffen door missende structurele informatie te verschaffen in verschillende gebieden van onderzoek op energiematerialen, zoals batterijmaterialen, vaste stof brandstofcellen, protongeleidende brandstofcellen en chemical looping verbranding." "Atomair dunne membranen voor water- en ionentransport." "Erik Neyts" "Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)" "Membranen worden gebruikt voor scheidingsprocessen met toepassingen in diverse gebieden zoals waterontzilting, gasscheiding, energie technologieën, microfluidics en geneeskunde. Grafeen en gerelateerde materialen hebben dankzij hun exceptionele eigenschappen nieuwe mogelijkheden gecreeëerd in membraantechnologieën. Dergelijke membranen zullen onderzocht worden voor water en waterstof transport, ion-zeven en waterstof isotoop scheiding. Fundamenteel inzicht in massatransport op de nanoschaal zal verkregen worden dmv theoretische methoden en computationele modelering, met intensieve samenwerking met experimenten voor validatiedoeleinden." "Onderzoek van hybride “phase-change” materialen door middel van diëlektrische en impedantiespectroscopie" "Michael Wübbenhorst" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica" "Onderzoek van hybride “phase-change” materialen door middel van diëlektrische en impedantiespectroscopie" "Transitiemetaal dichalcogeniden als uniek 2D platform voor collectief kwantumgedrag." "Milorad Milosevic" "Theorie van de gecondenseerde materie" "Tweedimensionale transitiemetaal dichalcogeniden (2D-TMDs) zijn atomair dunne materialen die een prominente rol spelen in het hedendaagse onderzoek, door hun bijzondere elektronische en optische eigenschappen, hun afstelbaarheid door middel van elektrische gating en mechanische deformatie, en de mogelijkheid om heterostructuren te maken. Het werd echter veel minder geëxploreerd dat ze ook een rijkdom aan collectieve kwantumfasen vertonen, die gekarakteriseerd worden door collectief gedrag van de elektronen dat radicaal verschillend is van hun individuele toestanden. Eén van deze fasen is een ladingsdichtheidsgolf, waarbij de elektronen bij lagere temperaturen een geordende kwantumvloeistof vormen die de structuur van het materiaal zelf verandert. Een andere collectieve kwantumfase in 2D-TMDs is de supergeleidende fase, waarbij de elektronen condenseren in een weerstandsloze zee van Cooperparen die elektrische stroom kan geleiden zonder enige weerstand. Bovendien dragen ook de spins van de elektronen bij tot een veelvoud van mogelijke combinaties voor nieuwe kwantumtoestanden en kunnen ze texturen vormen in monolaag TMDs die volledig afwezig zijn in de bulk vorm. Het is duidelijk dat al deze toestanden sterk met elkaar verstrengeld zijn, maar toch worden de fundamentele eigenschappen van hun wisselwerking nog niet goed begrepen. Dit verhindert ook de vooruitgang bij het ontwikkelen van geavanceerde nieuwe toepassingen. In dit project zal ik de wisselwerking tussen de toestanden uitgebreid bestuderen met behulp van state-of-the-art theoretische technieken. Voorts zal ik een stappenplan opstellen om de wisselwerking volledig gecontroleerd aan te kunnen passen door middel van deformatie, elektrische gating en doteren. Het uiteindelijke doel is om 2D-TMDs op de kaart te zetten als een uniek platform voor uiterst veelzijdige kwantumapparaten, door de specifieke voordelen van de verschillende toestanden die meespelen aan te wenden." "Spectroscopische identificatie van defecten in materialen voor perovskiet-gebaseerde hybride zonnecellen." "Biofysica en Biomedische Fysica, Nanogestructureerde en organische optische en elektronische materialen (NANOrOPT)" "Met organometaaltrihalide perovskiet zonnecellen zijn in de enkele jaren sinds hun introductie (in 2009) tot zeer hoge vermogen-omzettingsefficiënties aangetoond, tot 21% en met perspectief voor verdere toename. Ze worden beschouwd als een 'game changer' in het gebied van dunne-film photovoltaïsche cellen, maar de uitkomst hiervan zal kritisch afhangen van de mogelijkheden om defectvorming te vermijden in de perovskietlaag zowel als in de aangrenzende lagen. Die defecten treden op als vangstcentra voor negatieve en positieve ladingsdragers die hierdoor niet aan de fotostroom kunnen deelnemen. Zij kunnen ontstaan by de synthese en fabricatie van de materialen, maar ook als gevolg van degradatie die de levensduur van de zonnecellen beperkt. Het hoofddoel van mijn project is het identificeren en karakteriseren van de defecten die de performantie van de zonnecel begrenzen. De geometrische en electronische structuur van deze defecten zal onderzocht worden met multifrequente elektronen-paramagnetische resonantie (EPR) technieken die ook informatie opleveren over de aard en omgeving van de defecten. Een betere kennis van de elektronische structuur en de vormingsprocessen van de defecten zal een beter ontwerp van perovskietmaterialen en een optimalisering van de fabricatieprocessen voor deze zonnecellen mogelijk maken." "De massaoverdracht van polysulfide-ionen in samengestelde micro-mesoporeuze koolstofmaterialen en het effect daarvan op de elektrochemische prestaties van lithium-zwavelbatterijen" "Michael Wübbenhorst" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica" "Vanwege zijn hoge theoretische specifieke capaciteit, lage kosten en milieuvriendelijke eigenschappen trekt lithium-zwavelbatterij de aandacht van veel onderzoekers de afgelopen dagen. Echter, voordat deze volledig kan worden gecommercialiseerd, moeten er nog verschillende obstakels worden opgelost. Daaronder is het shuttle-effect afkomstig van de opgeloste tussenliggende polysulfiden van hoge orde, die diffunderen tussen kathode en anode en resulteren in een zelfontlading, een slechte cyclische stabiliteit en een snelle capaciteitsverval, een van de belangrijkste hindernissen. Om deze uitdaging aan te gaan, stellen we hier voor om het massaoverdrachtsproces van de polysulfiden in de micro / meso-poreuze koolstofmaterialen te bestuderen en vervolgens het ontwerp en de synthese van samengestelde koolstofmaterialen, die worden gebruikt als het geleidende raamwerk, evenals de zwavel / lithium sulfide-gastheer. Op basis van de resultaten van de literatuur en onze eerdere studies, zijn we van plan een hiërarchisch poreus koolstofmateriaal te verkrijgen met N / B / F gedoteerd op het oppervlak geassocieerd met de overgangsmetaal- en / of overgangsmetaaloxiden die sterk zijn gedispergeerd in de koolstofmatrix. Van die samengestelde koolstofmaterialen wordt verwacht dat ze een hoge interactie met polysulfidespecies vertonen. De massaoverdracht van de polysufiden zal langzamer zijn en het proces van de polysulfidendiffusie weg van de positieve elektrode zal worden belemmerd. In dit project proberen we ons te concentreren op het ontwerp en de composiet koolstofmaterialen effectief te fabriceren en ondertussen de lithiumzwavelaccu te realiseren met een hoge vermogensdichtheid en hoge cyclische stabiliteit." "Continue laser-geïnduceerde nucleatie van kristallisatie." "Christophe Vande Velde" "Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT)" "Precieze nucleatie die leidt tot gecontroleerde groei, is de meest kritische stap in procesdesign voor producten met precieze deeltjesgrootteverdeling en nauwkeurig bepaald polymorfism (van levensbelang, bijvoorbeeld in de farmaceutische industrie). De literatuur biedt indicaties dat het gebruik van intense laserpulsen kan leiden tot gecontroleerde nucleatie, maar het bewijs daarvoor is op dit moment onvoldoende statistisch onderbouwd, en de scope van het fenomeen nog onvoldoende onderzocht. Dit project beoogt het ontwerp en de bouw van een reactor waarin op continue wijze en met hoge throughput nucleatie bestudeerd kan worden onder instraling van laserlicht. Ervaring met de bouw van flowreactoren is reeds aanwezig in de ART onderzoeksgroep. De laseropstelling zelf is ter beschikking bij de onderzoeksgroep Experimentele Fysica van de Gecondenseerde Materie." "Ultradense and Ultrastable molecular glasses by molecular beam deposition." "Michael Wübbenhorst" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica" "Organic molecular beam deposition (OMBD) is a promising tool for the preparation of glasses with extraordinary high packing density, low enthalpy and low fictive temperature. In the recent years, several organic glass formers have been investigated with respect to their ability to form ultra-stable glasses (US-glass) by physical vapour deposition, among them, H-bonding systems like polyols showed exceptional USG properties.This project aims to further explore the idea of stable glass formation by PVD by advanced preparation protocols along with real-time, in-situ characterization by dielectric relaxation spectroscopy, ac-calorimetry, gravimetry (QCM) and ellipsometry." "QDOCCO: Quantum dots voor luminescente conversie." Bals "Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)" "Dit project beoogt de ontwikkeling van een nieuwe kwantumdot (QD) technologie gebaseerd op III-V elementen, enerzijds ter verbetering van de kleurweergave en een vermindering van het energieverbruik van beeldschermen, en anderzijds ter verbreding van de toepassingsmogelijkheden naar lichtbronnen met een spectrum op maat. Hiervoor zal overgegaan worden van een remote fosfor naar een on-chip configuratie waarbij zowel de performantie, stabiliteit, kost en samenstelling van de QDs geoptimaliseerd worden." "Driedimensionale atomaire modellering van functionele nanokristallijne structuren uit één kijkrichting." "Sandra Van Aert" "Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)" "Het doel van dit project is om de 3D atomaire structuur van nanokristallen te bepalen uit transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) beelden die verkregen worden langs één enkele kijkrichting. Dit doel is uiterst uitdagend, maar kan worden beschouwd als een belangrijke doorbraak om materialen te onderzoeken die degraderen of vervormen tijdens de opname van beelden opgenomen langs verschillende kijkrichtingen, zoals in elektronentomografie. Tot dusver werd 3D beeldvorming op atomaire schaal alleen uitgevoerd voor modelsystemen, die relatief stabiel zijn onder de elektronenbundel. We verwachten dat aberratie gecorrigeerde TEM gecombineerd met geavanceerde statistische technieken en theoretische modellering tot baanbrekende resultaten zal leiden om de 3D atomaire structuur te bepalen op een dosis- en tijdefficiënte manier. Onze nieuwe methodologie zal ons in staat stellen om functionele materialen te karakteriseren die zeer gevoelig zijn voor de elektronenbundel, zoals organische perovskieten, colloïdale halfgeleiders of batterijmaterialen. Bovendien zal het ons de mogelijkheid geven om het dynamisch gedrag van nanodeeltjes in situ te onderzoeken. Verder zullen we het aantal deeltjes dat we kunnen analyseren drastisch kunnen verhogen, wat van cruciaal belang is om het verband tussen de structuur en de functionele eigenschappen te begrijpen. We verwachten daarom dat dit project alle nodige input zal leveren om eigenschappen van materialen te voorspellen en mogelijk zelfs om de synthese van nieuwe nanostructuren te ondersteunen."