Capillaire nanosuspensies voor de fabricage van slimme poreuze materialen

Het op een gecontroleerde manier creëren van sterke fysieke gels met een netwerkstructuur met verschillende sterktes van dezelfde componenten en concentratie is nuttig in veel toepassingen, zoals bij het structureren van voedingsmiddelen of cosmetische formuleringen, of als een voorloper voor poreuze materialen, membranen en gedrukte elektronica. De aard van gel in termen van structuur en sterkte is een sterke functie van de verwerkingsomstandigheden. De toestand van de gel kan tijdens het aanbrengen verschillen van de uiteindelijke toestand als gevolg van transport en opslag. De uiteindelijke toepassing kan op grote schaal zijn, zoals in een industriële omgeving waar het materiaal van punt A (waar het wordt vervaardigd) naar punt B (waar het wordt opgeslagen/verzonden) of op kleine schaal zoals 3D-printen waar het materiaal moet vanuit de opslagtank via een doseermondstuk stromen om complexe structuren te vormen. Een van de grootste uitdagingen is om voor en na de stroom dezelfde netwerkstructuur te hebben, zodat het eindproduct de gewenste eigenschappen heeft. Onlangs hebben we aangetoond dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid niet-mengbare secundaire vloeistof aan een suspensie kan leiden tot dramatische veranderingen in de structuur ervan, waardoor ruimte-overspannende netwerken worden gevormd die capillaire suspensies worden genoemd. Deze suspensies zijn ternaire deeltjes-vloeistof-vloeistofsystemen samengesteld uit deeltjes die zijn gedispergeerd in een primaire vloeistof met een kleine hoeveelheid secundaire niet-mengbare vloeistof. Afhankelijk van de verhouding van secundaire vloeistof tot die van de primaire en de bevochtigbaarheid van de deeltjes kan men twee verschillende toestanden verkrijgen: de hangende toestand waarin de secundaire vloeistof de deeltjes meer bevochtigt dan de primaire; en de capillaire toestand waarin de bevochtiging wordt omgekeerd. De toevoeging van secundaire vloeistof leidt tot een dramatische overgang van een vrij stromende vloeibare toestand naar een sterke geltoestand. Afhankelijk van de samenstelling van deeltjes-vloeistof-vloeistofsystemen kan men overgaan van een pendulaire toestand naar sferische agglomeratie, of bicontinue structuren (bijels) vormen. Capillaire nanosuspensies kunnen worden ontworpen en vervaardigd met de krachten tussen de nanodeeltjes die reageren op externe stimuli of chemische reacties, waardoor de reactie van de suspensies op veranderingen in de pH, temperatuur of zoutgehalte van de omgeving kan worden geprogrammeerd. Capillaire suspensies kunnen ook worden gebruikt als voorlopers voor de fabricage van poreuze keramische materialen. De combinatie van microdeeltjes en nanodeeltjes leidt tot een significante toename van de druksterkte van het resulterende materiaal. De combinatie van nanodeeltjes met verschillende bevochtigbaarheid maakt het mogelijk slimme poreuze materialen te maken die bijvoorbeeld kunnen worden toegepast voor het scheiden van vloeistoffen. De invloed begrijpen van combinaties van deeltjes van verschillende grootte en bevochtigbaarheid, evenals de eigenschappen van de vloeibare fasen op de netwerkstructuur en reologie van capillaire nanosuspensies. Fabriceren en karakteriseren van poreuze lichamen uit capillaire suspensies die deeltjes met ten minste twee verschillende bevochtigbaarheid en nanodeeltjes bevatten. ● Taak 1: Ontwikkeling en karakterisering met hoge resolutie van de netwerkstructuur van capillaire nanosuspensies met combinatie van deeltjes met verschillende groottes en bevochtigbaarheid. Ik zal de netwerkstructuur karakteriseren met behulp van confocale microscopie. Dit taak zal zich richten op capillaire nanosuspensies die kunnen worden gebruikt als voorlopers voor nieuwe poreuze materialen. ● Taak 2: Experimenteel onderzoek van de reologie van capillaire nanosuspensies. Reologie zal worden gemeten en gebenchmarkt met behulp van verschillende methoden en conventionele apparaten aanwezig aan de KU Leuven en Unilever en vergeleken met de resultaten van experiment on snel uitrekken van vloeibare brug. De gegevens zullen worden gebruikt voor de validatie van het theoretische model. ● Taak 3: Ontwikkeling van nieuwe functionele materialen op basis van nanosuspensies. Ik ontwikkel en optimaliseer methoden voor: fabricage van slimme nanomaterialen met een hoge porositeit en hoge sterkte uit capillaire nanosuspensies. De capillaire bruggen zullen zijn gestold, en de primaire vloeibare fase zal worden verwijderd door bulk de-binding. De eigenschappen van poreuze nanomaterialen geproduceerd door beide methoden (porositeit, mechanische sterkte, structuur, poriegrootteverdeling, permeabiliteit) zullen op beide knooppunten worden gekarakteriseerd.