Onderzoek Sara Bals

Abstract

Quantum dots (QDs) zijn een voorbeeld van de succesvolle overgang van innovatieve nanomaterialen van een uitvinding op laboratoriumschaal naar een technologie die betere en energie-efficiëntere elektronische apparaten mogelijk maakt, of gebouwen helpt om hernieuwbare energie op te wekken. Dergelijke toepassingen houden QDs echter onder permanente belasting, zoals constante verlichting, verhoogde temperaturen of blootstelling aan omgevingsfactoren. Pogingen om QDs bestand te maken tegen belasting-geïnduceerde veroudering en prestatieverlies zijn tijdrovend en kostbaar. Track The Twin pakt dit probleem aan via een onderzoeks- en opleidingsprogramma gericht op het creëren en gebruiken van digitale tweelingen van QDs (QDDTs). Gericht op het geval van QDs onder verlichting, creëert dit doel een uitzonderlijk rijke omgeving om een nieuwe groep van beginnende onderzoekers (ESRs) in nanomaterialen op te leiden. Getraind als experts in de nieuwste methoden van synthese, structuuranalyse en tijdsafhankelijke spectroscopie – van infrarood tot röntgenstraling – en computationele materiaalkunde, zullen de ESRs leren om krachten te bundelen om het gemeenschappelijke doel te bereiken: het demonstreren van belastingbestendige QDs die zijn gesynthetiseerd volgens de beste QD-structuren zoals voorspeld door de QDDTs. Om een dergelijke gezamenlijke inspanning te vergemakkelijken, zullen alle ESRs worden opgeleid om een gemeenschappelijk dataplatform te gebruiken en mede te ontwikkelen, en zullen zij voortdurend worden blootgesteld aan de diversiteit van omgevingen die nodig zijn om samen een QDDT te implementeren. Dankzij de nauwe samenwerking tussen wereldleidende academische partners en start-up bedrijven in nanomaterialen en computationele chemie, wordt wetenschappelijke training aangevuld met uitgebreide training in overdraagbare vaardigheden. Bovendien stelt de actualiteit van het onderzoeks- en opleidingsonderwerp – digitale tweelingen in de materiaalkunde – het consortium in staat een proactieve outreach-strategie te implementeren, die zich uitstrekt van persoonlijke outreach-activiteiten van de ESRs tot het uitdragen van QD-technologie om een breder veld van industriële actoren en beleidsmakers te bereiken, en ervoor te zorgen dat het netwerk een blijvende impact heeft op het onderzoek en de innovatie van nanomaterialen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Van Aert Sandra

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Protonuitwisselingsmembraanbrandstofcellen (PEMFC) zijn klaar om een koolstofvrije zware mobiliteit mogelijk te maken, maar er is nog steeds vooruitgang nodig in de richting van lagere platinavereisten. De optimalisatie van de nanoporeuze koolstof met een hoog oppervlak die de Pt-nanodeeltjes in de cellen ondersteunt, is een veelbelovende manier om een hoog Pt-gebruik en -rendement te bereiken. Het karakteriseren, simuleren en dus manipuleren van deze koolstoffen is echter moeilijk gebleken vanwege hun driedimensionale (3D), nanoscopische en zeer heterogene aard. In dit project zal ik geavanceerde elektronenmicroscopiemethoden gebruiken voor 3D en in situ karakterisering en deze koppelen aan atomistische simulaties om de poreuze structuur van de koolstof op meerdere schalen bloot te leggen, van het atomaire tot het primaire deeltjesniveau. Specifiek zal ik i) de atomaire structuur van de poriën in koolstofdragers blootleggen, ii) de morfologische descriptoren of het poriënnetwerk en hun relaties met transportweerstanden, en iii) de structurele veranderingen die de prestaties van PEMFC verbeteren. De resultaten zullen inzicht verschaffen in de oorsprong van prestatieverliezen, nieuwe kennis en datasets opleveren voor verbeterde nauwkeurigheid bij het modelleren en daardoor bijdragen aan PEMFC met een hoog vermogen en een laag Pt-gehalte.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Girod Robin

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Metaalhalide-perovskieten (MHP's) zijn veelbelovende halfgeleiders voor nieuwe opto-elektronische apparaten. Het gebruik van deze MHP's uitbreiden naar chiropto-elektronische toepassingen, zoals circulair gepolariseerd licht-fotodetectoren, is een veelbelovend onderzoeksdoel. Door het nauwkeurig selecteren van de organische en anorganische bouwstenen in perovskieten, is men er recent in geslaagd om chirale perovskieten met een niet-centrosymmetrische kristalstructuur te synthetiseren. De chiraliteit kan worden geïntroduceerd via chirale liganden, chirale kationen of via geassembleerde MHP-nanokristallen (NC's) met een chirale morfologie. In mijn project zal ik focussen op structuren die chirale kationen en geassembleerde NC's bevatten. De hypothese is dat vervormingen van het perovskietrooster de oorzaak is voor de chiraliteit en chiroptische eigenschappen in de MHP's. De mechanismen voor de chiraliteitsoverdracht zijn echter nog niet begrepen. Daarom is het doel van mijn project om via geavanceerde elektronenmicroscopietechnieken (4D STEM, elektronentomografie en elektronendiffractie) de heliciteit te bepalen van zelf-geassembleerde structuren en de vervormingen te onderzoeken in het anorganische raamwerk van MHP's met chirale kationen. Vanwege de hoge bundelgevoeligheid van deze MHP's zal ik nieuwe lage-dosistechnieken aanpassen en ontwikkelen. De verkregen inzichten uit dit project zullen de weg vrijmaken voor het ontwerpen van nieuwe chiroptische apparaten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Schrenker Nadine

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nanomaterialen zijn onmisbaar in verscheidene moderne technologieën die een invloed hebben op onze samenleving. Recent werd duidelijk dat de koppeling tussen nanomaterialen en licht veelbelovend is voor innovatieve ontwikkelingen die tot nieuwe toepassingen kunnen leiden op het gebied van energieopslag, fotoelektrochemische sensoren, fotovoltaïsche cellen, fotokatalyse, medicijnafgifte en andere. De succesvolle implementatie van deze koppeling in praktische toepassingen zal echter sterk afhangen van een grondig begrip van factoren die de structuur-eigenschap relatie beïnvloeden, zoals verbeterde stabiliteit, techno-economische performantie en invloed op het milieu. Het NANOlight-consortium heeft zich als een uniek en multidisciplinair platform gepositioneerd om deze cruciale uitdagingen aan te pakken. Het consortium brengt uitgebreide expertise op het gebied van nanowetenschap samen, waaronder de synthese van fotoactieve nanostructuren, geavanceerde elektronenmicroscopie en karakterisering met X-stralen, computationele materiaalwetenschap, toegepaste nano-engineering en techno-duurzaamheidsbeoordelingen. Door geavanceerde (3D) transmissieelektronenmicroscopie te combineren met geavanceerde lichtbronnen en in situ houders, streeft het consortium ernaar om de interactie tussen nanomaterialen en licht onder realistische condities te optimaliseren. Dergelijke experimenten zijn uiterst uitdagend, maar indien succesvol, zullen ze ongekende inzichten bieden in de fundamentele mechanismen die de interactie tussen licht en materie op nanoschaal bepalen. Door gebruik te maken van een synergetische aanpak streeft het consortium ernaar om een coherent begrip te verkrijgen van de manier waarop nanomaterialen licht absorberen, verstrooien, uitzenden of manipuleren. Deze fundamentele kennis zal een belangrijke rol spelen in het ontwikkelen en optimaliseren van toekomstige technologieën. Een dergelijk begrip is essentieel voor toepassingen waarin licht een faciliterende rol speelt of bij scenario's waarin licht de degradatie van het gedrag van nanomaterialen versnelt. Deze gebieden omvatten onder andere de plasmonische chiroptische nanopartikels voor vroegtijdige ziektedetectie, het overwinnen van de degradatie van pigmenten in kunstbehoud of (perovskiet) fotovoltaïsche nanomaterialen voor zonnecellen of X-stralendetectoren, plasmon-geactiveerde biosensoren en lichtgestuurde medicijnafgifte in nanogeneeskundige toepassingen, fotokatalytische waterstofproductie of CO2-conversie. Bovendien zal het consortium technisch-economische en milieubeoordelingen ontwikkelen bij lage TRL niveaus voor de beoogde nanotechnologische toepassingen met als doel veilige en duurzame technologische oplossingen te bevorderen. De doelstellingen van NANOlight sluiten uitstekend aan bij de duurzame onderzoeks- en innovatiedoelstellingen die door de EU naar voren zijn gebracht. Het onderzoek dat wordt uitgevoerd binnen het NANOlight consortium zal daarom de positie van UAntwerpen als een vooraanstaand centrum voor nanowetenschap op de Europese kaart versterken, en zal resulteren in verdere samenwerkingen op het gebied van nanotechnologie en gerelateerde technologieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Elektronenmicroscopie is een krachtig hulpmiddel voor het karakteriseren van nanomaterialen op atomaire schaal. Kleine nanoclusters zijn echter bijzonder gevoelig voor activering door een elektronenbundel vanwege hun hoge oppervlakte-volumeverhouding en gevoeligheid voor energetische elektronen1. De interactie tussen de elektronenbundel en nanoclusters kan de mobiliteit verhogen en structurele veranderingen teweegbrengen2, waardoor de nauwkeurigheid van dynamische in situ onderzoeken beinvloed wordt. In dit project we de door elektronenbundels geïnduceerde herstructurering van kleine nanoclusters kwantitatief analyseren en strategieën ontwikkelen om dit effect te verminderen door verschillende experimentele parameters te onderzoeken, zoals bundelenergie, sample-omgeving en beeldvormingstechnieken met lage dosis. Het implementeren van deze geavanceerde beeld- en analysetechnieken zal ons helpen het elektronenbundeleffect op de clusters te begrijpen en hun dynamiek te bestuderen onder gecontroleerde in situ omstandigheden. Daarnaast stellen we voor om dieper in te gaan op het gedrag van nanodeeltjes op vaste oppervlakken onder aangelegde elektrische velden door middel van in situ biasing-experimenten. Begrijpen hoe nanodeeltjes reageren op elektrische velden op een vast substraat is cruciaal voor verschillende toepassingen, waaronder katalyse, detectie en nano-elektronica3. Door gecontroleerde elektrische velden toe te passen tijdens elektronenmicroscopie kunnen we de dynamiek van de assemblage en herconfiguratie van nanodeeltjes onder externe stimuli onderzoeken. Om uitgebreid 3D-onderzoek van deze assemblages mogelijk te maken, zijn we bovendien van plan een nieuwe tomografie-biasing-chip te ontwikkelen waarmee we de driedimensionale architectuur van assemblages van nanodeeltjes in realtime kunnen onderzoeken, waardoor waardevolle inzichten worden verkregen in hun structurele evolutie en reactie op externe stimuli.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Balalta Deema

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) Energy Dispersive X-ray (EDX) analyzes zijn succesvol uitgevoerd door een EMAT operator aan de Osiris TEM onder supervisie van een TEM operator van de UGent gedurende een volledige werkdag.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Metalen nanodeeltjes met asymmetrische morfologieën hebben steeds meer wetenschappelijke belangstelling gekregen, vanwege de mogelijkheid om te interageren met (gepolariseerd) licht. Hierbij hangt de optische activiteit nauw samen met de driedimensionale vorm van het nanomateriaal. Het kwantificeren van de morfologische kenmerken van nano-objecten is echter een enorme uitdaging. Elektronentomografie maakt het mogelijk om de driedimensionale morfologie van nanomaterialen te achterhalen, maar tot nu toe is er alleen een kwalitatieve analyse van de morfologie van nanodeeltjes gemaakt. Onlangs werd een methode voorgesteld om de heliciteit van complexe nanomaterialen op het niveau van afzonderlijke deeltjes te kwantificeren, uitgaande van hoogwaardige elektronentomografische reconstructies. Om significante inzichten te verschaffen in de fundamentele oorsprong van optische eigenschappen zijn echter nieuwe technieken voor driedimensionale data-acquisitie met hoge doorvoer nodig. Dit project beoogt dergelijke methodes te ontwikkelen, gebaseerd op de flexibiliteit van moderne aberratie-gecorrigeerde transmissie-elektronenmicroscopen in combinatie met geavanceerde computertechnieken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Er zijn nieuwe elektrolysetechnologieën nodig die de kostenefficiëntie verbeteren door de kosten voor elektriciteit en construcitieonderdelen te verlagen om zo op grote schaal waterstof uit hernieuwbare energiebronnen te kunnen produceren. Tijdens dit project zal een baanbrekend fotoelektrolyseapparaat ontwikkeld worden dat (a) de elektriciteitsvraag voor de productie van schone waterstof zal verminderen; (b) het gebruik van kritische grondstoffen in elektroden/elektrokatalysatoren zal elimineren; en (c) waterstofproductie kan koppelen aan valorisatie van een van biomassa-afgeleide stroom, waardoor de techno-economische prestaties en circulariteit worden verbeterd. Het project heeft tot doel plasmon-versterkte, hybride foto-elektrolyse te bestuderen onder alkalische omstandigheden voor de productie van groene waterstof. De celspanningen zullen in de eerste plaats worden verlaagd door vervanging van de zuurstofevolutiereactie aan de anode door een organische oxidatiereactie (OOR) die thermodynamische voordelen, voordelen in verband met component- en operationele kosten en chemicaliën met toegevoegde waarde uit bioafval zal bieden via selectieve anodische processen. Ten tweede zal foto-elektrolyse, versterkt door plasmon-ENZ (Epsilon Near-Zero)-systemen, worden toegepast om de overpotentiaal van de cellen te verlagen en de energie-efficiëntie te verbeteren. Ten derde zal het computergestuurde ontwerp van CRM-vrije materialen de waterstofproductie mogelijk maken zonder afhankelijk te zijn van edele en/of schaarse metalen. Het project zal baanbrekende verbeteringen demonstreren ten opzichte van state-of-the-art met behulp van drie belangrijke prestatie-indicatoren die zijn gedefinieerd om nauwkeurig de wisselwerkingen weer te geven in energie-efficiëntie en kosten die voortvloeien uit de OOR en uit materiaalkeuzes die afwijken van state-of-the-art, terwijl de voordelen van een overgang naar CRM-vrije strategieën en de daaruit voortvloeiende verbeteringen in de kriticiteit worden afgewogen. De techno-economische en levenscyclusanalyse zal de materiaalkeuzes sturen om een prototype CRM-vrije foto-elektrolyser op laboratoriumschaal te ontwikkelen, en zal een pad uitstippelen naar kostenconcurrerende toepassingsscenario's voor exploitatie die verder gaat dan proof-of-concept. Binnen dit project zal de UAntwerpen partner zich in het bijzonder richten op de synthese van edelmetaalvrije plasmonische nanostructuren op basis van ZrN, en nieuwe soorten fotoelektrochemisch celontwerp onderzoeken. In nauwe samenwerking met de onderzoeksgroep EnvEcon zal een gedetailleerde technisch-economische analyse worden uitgevoerd, waaruit de beste kansen voor valorisatie zullen blijken. Uniek in het opzet van de valorisatieroutekaart is dat niet alleen kostenbesparingen in de constructie van de electrolyser of verkoopvolumes van geproduceerde waterstof worden verantwoord, maar ook winst die wordt gemaakt door opconversie van bioafvalstromen die worden gebruikt als de feed, en milieu- en aanverwante kostenimpact door het vermijden van het gebruik van kritische grondstoffen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Nimmegeers Philippe
• Co-promotor: Van Passel Steven

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Toekomstige technologische innovaties in gebieden zoals het Internet of Things en draagbare elektronica vereisen goedkope, gemakkelijk vervormbare en redelijk presterende bedrukte elektronische circuits. Huidige state-of-the-art (SoA) bedrukte elektronische apparaten laten mobiliteiten van ongeveer 10 cm²/Vs zien, ongeveer 100 keer lager dan traditionele Si-elektronica. Een veelbelovende oplossing om apparaten af te drukken met behulp van 2D halfgeleidende nanosheets levert relatief lage mobiliteiten (ongeveer 0,1 cm²/Vs) vanwege de beperkende aard van de overdracht van lading (CT) over inter-nanobladverbindingen. Door de junction-weerstand RJ te minimaliseren, zou de mobiliteit van bedrukte apparaten kunnen overeenkomen met die van individuele nanosheets, d.w.z. tot 1000 cm²/Vs voor fosforeen, vergelijkbaar met Si. HYPERSONIC is een high-risk, high-gain multidisciplinair project dat nieuwe chemische en fysische benaderingen exploiteert om RJ in bedrukte nanosheet-netwerken te minimaliseren, wat leidt tot ultragoedkope bedrukte apparaten met een prestatie van 10 tot 100 keer beter dan de SoA. De chemische benadering vertrouwt op chemische kruisverlinking van nanosheets met (half)geleidende moleculen om de inter-nanosheet-CT te stimuleren. De fysische benadering omvat de synthese van nanosheets met een hoog aspectverhouding, wat leidt tot een lage buigstijfheid en verhoogde inter-nanosheet-interacties, waardoor conformable, grote-oppervlakteverbindingen van meer dan 10e4 nm² worden verkregen om RJ dramatisch te verminderen. Onze radicale nieuwe technologie zal een reeks n- of p-type nanosheets gebruiken om bedrukte netwerken met mobiliteiten van maximaal 1000 cm²/Vs te bereiken. Een uitgebreide elektrische karakterisering van alle nanosheet-netwerken zal ons niet alleen in staat stellen om die met ultrahoge mobiliteit te identificeren, maar ook om de relatie tussen basisfysica/chemie en netwerkmobiliteit volledig te beheersen. We zullen de bruikbaarheid van onze technologie aantonen door onze best presterende netwerken te gebruiken als complementaire veldeffectapparaten in de volgende generatie geïntegreerde, draagbare sensorarrays. Bedrukte digitale en analoge circuits zullen sensorsignalen lezen en versterken, wat een potentiële commerciële toepasbaarheid aantoont.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door middel van Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy worden tien elektrontransparante lamella's voor Transmissie Elektronenmicroscopie gemaakt van specifieke gebieden van verschillende materialen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoek op het gebied van nanowetenschap en nanotechnologie is van cruciaal belang voor duurzaamheid op wereldschaal. Voortgang op dit gebied is onmogelijk zonder gebruik te maken van onderzoeksinfrastructuren (RI). RIANA omvat 7 Europese netwerken van topniveau-RI's om de meest geavanceerde technieken te bestrijken die relevant zijn voor synthese, nanofabricage, verwerking, karakterisering, analyse en simulatievermogen. Zeer aangepaste en efficiënte toegang tot 69 infrastructuren wordt gecoördineerd via één enkel toegangspunt en mogelijk gemaakt door een uitgebreide wetenschaps- en innovatiedienst door senior wetenschappers, experts voor de overdracht van technologie van de academische wereld naar de industrie en hoogopgeleide junior wetenschappers. De junior wetenschappers tillen de RI-ervaring naar een geheel nieuw niveau: ze bieden een op maat gemaakte wetenschapsdienst die gebruikers ondersteunt van initiële ideeën tot praktische experimenten, data-analyse en verspreiding van resultaten om de grootste impact te genereren met toegang tot RI van wereldklasse. Deze kern van RIANA is erop gericht om ervaren en nieuwe gebruikers uit de academische wereld of de industrie aan te trekken om hun veelbelovende ideeën tot een succes te maken en ze naar een hoger TRL-niveau te tillen. RIANA is flexibel ten opzichte van opkomende wetenschappelijke onderwerpen en behoeften: samen met stakeholders uit de nanowereld implementeert RIANA de mogelijkheid om flexibele toegang te bieden tot extra infrastructuren binnen en zelfs buiten Europa over het huidige consortium heen, en om wetenschappelijke dienstverlening te richten op evoluerende gebruikersbehoeften via extra gespecialiseerde junior wetenschappers.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbeeck Johan
• Co-promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

DELIGHT streeft naar excellentie van Europa op het gebied van nanowetenschap en impact op onderzoek en ontwikkeling op het hoogste niveau. Het project richt zich op multifunctionele nanomaterialen op basis van colloïdale deeltjes, organische/anorganische perovskieten en organische en biomaterialen. Het ontwerp en de fabricage van deze materialen voor toepassingen van de laatste generatie vereisen een hoog niveau van interdisciplinariteit met expertise op het gebied van scheikunde, natuurkunde, materiaalkunde, techniek, nanofabricage en biologie, in combinatie met de meest geavanceerde spectroscopische gereedschappen. De wetenschappelijke doelstellingen van DELIGHT zijn het vestigen van een platform van zeer veelzijdige functionele nanomaterialen, met behulp van machine learning en kunstmatige intelligentie voor de ontwikkeling en karakterisering van materialen/apparaten. De focus ligt op multifunctionele hybriden, heterostructuren en samenstellingen, en het volledig benutten van hun potentieel voor katalyse, energie, verlichting, plasmonica en theranostiek. Het onderzoek is georganiseerd in 3 werkpakketten (WPs) die zich richten op de ontwikkeling van nanomaterialen, functionele composieten en diepgaande karakterisering, en toepassingen van apparaten. Sociale en trainingsdoelstellingen zijn het opleiden van jonge onderzoekers in Europa op het hoogste niveau, met nadruk op interdisciplinariteit die fundamenteel is in de moderne nanowetenschap, het bevorderen van technologische knowhow die een duurzame en milieuvriendelijke moderne samenleving mogelijk maakt, en het bevorderen van gendergelijkheid in het wetenschappelijke landschap op alle niveaus. Deze doelstellingen worden geïmplementeerd in een werkpakket dat is gewijd aan training, het organiseren van lezingen, workshops, technologieoverdracht en outreach- en verspreidingsactiviteiten. DELIGHT heeft een academisch team van uitstekende kwaliteit samengesteld, dat de belangrijkste spelers in de EU op het gebied van nanomaterialen verbindt met toonaangevende universiteiten in de VS, Canada en Argentinië die bekend staan om hun unieke wetenschappelijke en technologische mogelijkheden en efficiënte technologieoverdracht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Elektronentomografie is een hulpmiddel van onschatbare waarde voor het karakteriseren van de 3D-structuur van nanomaterialen. Onlangs is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in de richting van realtime en snelle benaderingen voor het bepalen van de 3D-morfologie van nanodeeltjes. Deze omvatten quasi-3D-beeldvorming,[1] morfologische beeldvorming met secundaire elektronenbundel-geïnduceerde stroom (SEEBIC)[2] en snelle tomografie.[3] Deze technieken op zichzelf zijn echter onvoldoende voor bulkanalyse van materiaaleigenschappen of karakterisering van monsters met structuren die snel veranderen, zoals als straalgevoelige MOF's en perovskieten. Hierin willen we het gebruik van deze technieken onderzoeken in combinatie met computationele technieken zoals real-time neurale stralingsvelden (NERF's) en machine learning[4] om realtime analyses van tijdgevoelige nanomaterialen uit te voeren. Eén van die manieren zou zijn om snelle tomografie met NERF's te gebruiken om snel een 3D-scène te extraheren die kan worden omgezet naar een 3D-volume voor verdere analyse, of om machine learning te gebruiken met Fourier-domeinfilters en multiprocessing om real-time reconstructies met lage resolutie te verkrijgen voor analyse terwijl reconstructies met hogere resolutie worden berekend.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Craig Tim

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het overkoepelende doel van het project is de ontwikkeling van een analyse opstelling om tijdens het productieproces materialen te karakteriseren, specifiek voor gerecycleerde materialen. Voor een dergelijke opstelling gebaseerd op artificiële intelligentie (AI) is een grote set aan training data nodig die een brede waaier aan verschillende soorten data bevat zoals samenstelling, kristalstructuur, partikelgrootte en vorm. Elektronenmicroscopie (EM) kan deze informatie aanrijken in de micro tot nanometer schaal en zal de 'ground truth' data aanleveren voor de AI-gebaseerde software. Voor elk type EM data zijn er specifieke microscoop instellingen nodig en wordt er een welbepaalde detector gebruikt. Bij EM komt de informatie van een heel klein gebied op het staal, op micro- tot nanometer schaal. Het is dan ook een uitdaging om snel, meerdere, statistisch relevante analyses te doen. Het doel van het project is om de ontwikkeling van bruikbare methodes te initiëren waarbij snel, meerdere analyses kunnen worden gedaan op verschillende relevante schalen met combinatie van verschillende EM modi, op gerecycleerde materialen. Afhankelijk van de soort materiaal en de materiaaltoepassing, zijn verschillende kenmerken relevant. Ook het niveau van nauwkeurigheid van bijvoorbeeld de kristalliniteit, samenstelling of vorm zal verschillend zijn voor bijvoorbeeld gerecycleerde batterijmaterialen of beton. In gerecycleerde kathode materialen zal de kristalliniteit van de oxide matrix en de aanwezigheid van contaminerende coatings de performantie sterk beïnvloeden. Terwijl de eigenschappen van gerecycleerd beton sterk zal afhangen van de porositeit, morfologie en textuur op micro en nanometer schaal.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Metaalhalogenide perovskieten (MHP's) zijn veelbelovend voor lichtuitstralende diodes (LEDs) vanwege hun hoge kleurzuiverheid, afstembaarheid van de bandkloof en lage productiekosten. Het commerciële gebruik van MHP's in leds wordt echter belemmerd door onvoldoende kwantumefficiëntie en instabiliteit voor externe triggers, waaronder warmte, vocht en zuurstof. Om deze problemen te omzeilen, zal ik gecontroleerde zelf-assemblages van MHP nanokristallen ontwikkelen, die veel stabieler zijn wegens een dichte pakking en dotering van de individuele nanokristallen. De collectieve eigenschappen van de zelf-assemblages zullen bovendien resulteren in een verbeterde kwantumefficiëntie. Op deze manier beoog ik zeer uniforme, optisch actieve en stabiele actieve lagen voor leds te verkrijgen. De synthese en assemblage zullen geoptimaliseerd worden op basis van iteratieve metingen van hun optische eigenschappen en kwantitatieve transmissie-elektronenmicroscopie (TEM). Door elektronentomografie toe te passen, zal ik de stapeling van de nanokristallen kwantitatief beschrijven terwijl in situ TEM-studies me in staat zullen stellen om het degradatiegedrag te begrijpen. Mijn project zal de mogelijkheid creëren om zelf-assemblages van MHP nanokristallen te integreren in de volgende generatie leds. Ik streef ernaar om het gebruik van zelf-geassembleerde MHP's voor leds van een experimentele proof-of-concept (TRL 3) naar een in het laboratorium gevalideerde technologie (TRL 4) te brengen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Skvortsova Irina

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door middel van gefocuseerde ionenbundel raster-elektronenmicroscopy (FIB-SEM) worden dunne elektron transparante lamella's gemaakt die kunnen worden bestudeerd met hoge-resolutie transmissie-elektronenmicroscopie (HR-TEM).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een krachtige techniek om de lokale structuur van een breed scala aan materialen volledig te karakteriseren. Vanwege vele recente hardware-ontwikkelingen wordt de kwaliteit van TEM-metingen tegenwoordig uiteindelijk bepaald door de monsterdragers. Verrassend genoeg is hun belang tot nu toe grotendeels over het hoofd gezien. De vele voordelen van grafeenlagen als drager zijn erkend door de gemeenschap, maar commerciële "grafeenroosters" hebben een slechte dekking en worden gedomineerd door ongewenste resten en Cu-nanodeeltjes uit het bereidingsproces. Daarom komt commercieel grafeenroosters momenteel overeen met slechts 1% van de gebruikte roosters. Een oplossing voor dit probleem is een nieuw protocol om hoogwaardige grafeenroosters te produceren, ontwikkeld binnen mijn lopende ERC Consolidator-beurs "REALNANO". Een vergelijking met de state-of-the-art toont de superieure kwaliteit van de HYPERGRAPH-roosters aan. Bovendien geeft onze lopende marktverkenning bij toonaangevende groepen in zowel materiaalwetenschap als biowetenschappen een zeer sterke behoefte aan grafeenroosters die een hoge en constante kwaliteit leveren. Daarom is het algehele doel van deze PoC om onze HYPERGRAPH-dragers aan de TEM-gemeenschap, onze marktintroductie, te leveren. Om dit doel te bereiken, is onze methodologie gebaseerd op verdere productontwikkeling (reproduceerbaarheid, kostenefficiëntie en houdbaarheid), verkenning van andere mogelijke toepassingen en zakelijke planning. Op deze manier streven we ernaar om de Technology Readiness Level voor HYPERGRAPH te verhogen van 4 naar 7 en de Commercial Readiness Level van 4 naar 6. Als eindgebruiker die dagelijks de "pijn" voelt die verband houdt met de slechte kwaliteit van TEM-dragers, ben ik ervan overtuigd dat valorisatie van onze technologie een cruciale leemte in de TEM waardeketen kan opvullen. Op deze manier zal HYPERGRAPH de karakterisering en verdere ontwikkeling van nieuwe generaties nano- en biomaterialen mogelijk maken, met toepassingen op gebieden zo divers als katalyse, geneeskunde, eiwitonderzoek, virale infecties en energie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Grafeen en gerelateerde materialen hebben een groot potentieel om in verschillende toepassingen gebruikt te worden vanwege hun hoge elektrische en thermische geleidbaarheid. Het daadwerkelijke gebruik in echte toepassingen vereist echter een grondig begrip betreffende het verband tussen de fysische eigenschappen en afwijkingen van de ideale structuur. Om dergelijke inzichten te verkrijgen, is een lokale karakterisering door elektronenmicroscopie vereist. Helaas zijn grafeen en multilagen van dit materiaal erg gevoelig voor de elektronenbundel. Daarom zullen we nieuwe ontwikkelingen in het veld benutten om dosis-efficiënte elektronenmicroscopietechnieken toe te passen. De grenzen van deze technieken zullen worden verkend, wat van belang zal zijn voor verschillende lopende samenwerkingen en toekomstige Horizon Europe projecttoepassingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Metaalhalogenide-nanokristallen zijn aantrekkelijke materialen met toepassingen zoals lichtschermen, zonnecellen en medische scanners. De potentiële impact op de samenleving is enorm, maar commercialisering wordt belemmerd door de aanwezigheid van lood en de instabiliteit van deze materialen tegen b.v. warmte, vocht of licht. Bij het ontwikkelen van nieuwe (loodvrije) nanokristallen met verbeterde eigenschappen en stabiliteit, is karakterisering van de atomaire structuur en samenstelling cruciaal. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een ideale techniek om nanomaterialen te onderzoeken, maar het opnemen van beelden van metaalhalogenides is zeer moeilijk door hun gevoeligheid voor de elektronenbundel. Dit project is een unieke samenwerking tussen EMAT, de TEM-groep aan de Universiteit Antwerpen, en de groep van Professor Liberato Manna (IIT, Genua) en heeft als doel innovatieve TEM-technieken te ontwikkelen en zo de structuur en samenstelling van metaalhalogenide-nanokristallen te koppelen aan hun eigenschappen en stabiliteit. We zullen hierbij gebruik maken van 4D raster TEM en zullen met deze dosis-efficiënte techniek b.v. spanning, defecten of nieuwe fasen in metaalhalogenides bepalen. Bovendien zullen we nieuwe in situ TEM-houders gebruiken en zo atomistische fenomenen onderzoeken die optreden door omgevingstriggers. Op deze manier zal ons project leiden tot de synthese van nieuwe metaalhalogenide-nanokristallen met verbeterde eigenschappen en stabiliteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Van Aert Sandra

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het project zal voortbouwen op recent werk betreffende de ontwikkeling van grafeengrids voor TEM, gesteund op nieuwe overdrachtstechnieken. De beschikbaarheid van grafeengrids binnen EMAT heeft een reeks experimenten mogelijk gemaakt die tot nu toe niet mogelijk waren vanwege een gebrek aan de nodige TEM-ondersteuning. Dit geeft ons de mogelijkheid om het potentieel van het gebruik van grafeengrids voor de karakterisering van de voorgestelde materialen te onderzoeken. De resultaten van dit project zijn belangrijk voor gebruikers uit een aantal domeinen, zoals materiaalwetenschap, life science of in situ elektronenmicroscopie. Wat betreft licentiemogelijkheden is dit onderzoek relevant voor 3 hoofdgroepen van kandidaatbedrijven: de huidige leveranciers van TEM grafeengrids, de fabrikanten van in situ TEMhouders en een groep bedrijven die recent actief zijn geworden op de cryoTEM markt die zich richt op 'Single Particle Analysis'.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel van DYNASTY is om een significante attractiepool voor nanomateriaal onderzoek op te bouwen in Zuid Europa, meer bepaald in het FORTH onderzoeksinstituut in Kreta. Dit zal bereikt worden door gezamelijke onderzoeksinitiatieven en samenwerking met twee gerenomeerde Europese onderzoeksteams die aan de top staan in het nanomateriaal onderzoek. De activiteiten zullen bijdragen aan het wetenschappelijke onderzoek met als doel het aantrekken en motiveren van jonge wetenschappers in nanomateriaal (bv. 2D materialen) wetenschap en technologie. De partners zijn enerzijds de Universiteit Antwerpen (UA) met sterke expertise in geavanceerd onderzoek in elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek en vaste stof fysica vanuit respectievelijk de EMAT en CMT onderzoeksgroepen die beiden deel uitmaken van het UA Nanolab Center of Excellence (Belgie). En anderzijds het National Institute of Applied Sciences (INSA- University of Toulouse) met sterke expertise in geavanceerde spectroscopische karakterisatie technieken voor 2D materialen. De activiteiten betreffen het geven van training door wederzijdse labo bezoeken, workshops, korte opleidingen, gemeenschappelijke conferenties en uitgekiende communicatie activiteiten om jonge onderzoekers aan te trekken in FORTH. De betrokken teams stellen hun expertise ter beschikking om een geavanceerd beeldvorming en spectroscopie expertise centrum op te bouwen (combinatie van niet-lineaire en tijdsgeresolveerde optische spectroscopie) die zal toelaten om nauwkeurige analyses uit te voer op 2D materialen en hun heterostructuren. Aan het einde van dit 3 jarig project zal FORTH de nodige vaardigheden hebben verworven in het domein van nanomateriaal karakterisatie en het ontwikkelen van nanoelektronische componenten. Hiermee zal DYNASTY een collaboratief platform vormen die de experimentele netwerken tussen nanomateriaal onderzoekscentra in Europa verder uitbouwt. Dit zal toelaten dat het lokale team in Griekenland zal kunnen bijdragen aan excellent interdisciplinaire onderzoek op een hoger niveau.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbeeck Johan
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Co-promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Therapeutic drug monitoring (TDM) heeft het potentieel om de kwaliteit van leven van patiënten te verbeteren en de zorglast te verminderen. Huidige TDM-methoden zijn afhankelijk van ingebouwde sensoren in katheters of pijnlijke veneuze bloedextractie met de analyse in gecentraliseerde laboratoria. Dit verklaart de behoefte aan niet-invasieve en realtime TDM via draagbare elektrochemische apparaten. Lage detectielimieten en continue monitoring zijn echter nog steeds onopgeloste problemen, waarbij het biofoulingproces aan het oppervlak van de elektrode het belangrijkste knelpunt is. Daarom zal de verkenning van nanoporeus goud (np-Au) als een functioneel materiaal in micronaalden (MN) anti-biofouling-eigenschappen bieden terwijl het uitstekende analytische prestaties vertoont. Eiwitadsorptie vindt inderdaad alleen plaats op het buitenste niveau van het nanoporeuze materiaal, waardoor de meeste elektroactieve plaatsen beschikbaar blijven voor het elektrochemische reactie. Microsen zal het volgende ophelderen: 1) de fundamentele elektrochemische processen aan een nanoporeus oppervlak, 2) de relatie tussen de np-Au-structuur en eiwitadsorptie, en 3) de verhoogde elektrokatalytische activiteit van de doelmoleculen, methotrexaat en esketamine, met behulp van np-Au. Door dit te doen, zal Microsen nieuwe MN-sensoren voor methotrexaat en esketamine introduceren om langdurige monitoring van pijnloze TDM bij respectievelijk chemotherapie en depressiebehandeling mogelijk te maken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Parrilla Pons Marc

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel van TEMPEL is de ontwikkeling van een nieuwe electrolyser waarmee waterstof kan worden geproduceerd op basis van stoom en restwarmte. EMAT zal de nieuw ontwikkelde materialen karakteriseren met SEM en TEM.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel van het CLUE-innovatieproject is de ontwikkeling van een efficiënte elektrolyzer voor langdurige elektrochemische conversie van CO2 naar ethyleen onder realistische en industrie-relevante CO2-stromen en gebruikmakend van efficiënte elektroden gebaseerd op mono- en bimetallische clusters.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

"Metal-organic frameworks" (MOFs) zijn poreuze kristallijne materialen waarvan de samenstelling flexibel kan worden aangepast. Hun uitstekende eigenschappen zijn belangrijk voor energieopslag, gasadsorptie en -scheiding, katalyse, medicijnafgifte, etc. Er zijn echter nog veel open vragen over hun structuur en de interacties met de omgeving, die enkel beantwoord kunnen worden met in situ transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) op atomair niveau. Helaas zijn deze experimenten door de gevoeligheid voor de elektronenbundel erg uitdagend of zelfs onmogelijk wanneer driedimensionale (3D) beeldvorming vereist is. De combinatie van geavanceerde TEM en 3D reconstructie algoritmes vormt een baanbrekende aanpak om de 3D structuur van MOFs te bestuderen onder realistische omgevingscondities. Visualisatie van de MOF structuur, incl. defecten en interfaces bij hoge temperatuur en in een gas is zeer uitdagend, maar zal leiden tot nieuwe inzichten omdat afwijkingen van een perfecte structuur cruciale impact hebben op de eigenschappen. Bovendien zullen mijn doelstellingen toelaten om de fundamentele redenen voor degradatie (door vocht en/of temperatuur) van MOFs op atomair niveau te begrijpen. Mijn project zal daarom de basis vormen voor een verdere optimalisatie van MOFs. De nieuwe methodologieën die ik zal ontwikkelen zullen bovendien toelaten om een brede klasse van nanomaterialen te onderzoeken die tot dusver niet door TEM konden worden bestudeerd vanwege de gevoeligheid van de bundel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Kavak Safiyye

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onlangs rapporteerde de groep van prof. Masuhara een nieuw fenomeen in het optisch vangen van nanodeeltjes: deeltjes bewegen zoals een zwerm buiten het brandpunt! Het effectieve bestralingsgebied in de optische val wordt vergroot door meervoudige fotonverstrooiing vanuit de gevormde (nano / micro) -assemblage. Dit fenomeen wordt nu 'Optically Evolved Assembling' genoemd. Fenomenologisch is de optisch ontwikkelde assemblage/zwerm gemakkelijk te begrijpen: aanvankelijk zitten een beperkt aantal nanodeeltjes vast aan de interface, ruim binnen het focale volume, wat resulteert in een kleine zwerm. De gevangen NP's verstrooien het licht in de optische val, waardoor het optische potentieel buiten de focus wordt vergroot. Daardoor kunnen nieuwe nanodeeltjes bijkomen in de zwerm en het effect versterken. Het concept "Optically Evolved Assembling" is geheel nieuw en heeft veel (praktisch) potentieel voor lichtgeïnduceerde materiaalproductie in de toekomst. Inderdaad, het bereiken van een niveau van controle over de zelfgeorganiseerde collectieve beweging op nanoschaal in vloeibare omgevingen, vergelijkbaar met wat is bereikt bij het manipuleren van objecten op nanoschaal op oppervlakken en in hoogvacuümomgevingen, zou een revolutie teweeg kunnen brengen in vele aspecten van nanotechnologie en colloïdale wetenschap. Dit wetenschappelijke onderzoeksnetwerk heeft tot doel een uitgebreid model te ontwikkelen voor de "Optically Evolved Assembling" -formatie op nanoschaal dat verder gaat dan het intuïtieve begrip dat we nu hebben. Optische (verstrooiing, gradiënt en absorptie) krachten vormen de kern van de waargenomen assemblages/zwermen, maar de tot dusver onontgonnen hydrodynamische effecten spelen vermoedelijk ook een cruciale rol. Om deze in kaart te brengen zullen we optisch beeldvorming met superresolutie uitvoeren van de verschillende dynamische assemblages onder verschillende optische vangomstandigheden om de individuele en collectieve beweging van de deeltjes in de assemblage/zwerm te ontrafelen. We zullen de verkregen experimentele informatie vergelijken met berekende theoretische modellen en simulaties om onze ontwikkelde modellen verder te bewijzen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Lichtdetectie en -emissie zijn cruciaal voor toepassingen zoals beeldschermen en scanners. Gezien het maatschappelijk belang is er nood aan goedkope opto-elektronische halfgeleidermaterialen met hoge energie-efficiëntie. Metaalhalogenideperovskieten (MHPs) zijn veelbelovende en makkelijk te fabriceren halfgeleiders met sterke lichtabsorptie en -emissie in een breed spectraal bereik. Integratie in opto-elektronische componenten is nog gelimiteerd door de beperkte stabiliteit bv. door omzetting van de optisch actieve "zwarte" fase naar een inactieve fase. Gebaseerd op onze recente "proof-of-concept", stellen we hier een nieuw paradigma voor om deze zwarte fase te stabiliseren. Hierbij wordt kristalspanning geïntroduceerd in dunne MHP lagen door groei op een substraat en/of door nano- tot micropaternering van de MHP laag. PERsist steunt op de synergie tussen vooraanstaande experten inzake geavanceerde micro/spectroscopie en modellering van nanomaterialen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Verbeeck Johan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het European Training Network CATCHY levert een gezamenlijke inspanning om nieuwe hoogwaardige thermo- en elektrokatalysatoren te ontwerpen voor de omzetting van CO2 in synthetische brandstoffen met toegevoegde waarde, en biedt tegelijkertijd een unieke reeks opleidingsmogelijkheden die jonge onderzoekers de expertise en vaardigheden bieden die werkgevers nodig hebben op het gebied van nanotechnologie. Katalyseonderzoek is gericht op het begrijpen en optimaliseren van bestaande katalysatoren en het op maat ontwerpen van nieuwe materialen met een focus op hoge activiteit, hoge selectiviteit en economische haalbaarheid. CATCHY zal nieuwe hoogwaardige CO2-conversiekatalysatoren op maat maken door een nieuwe multidisciplinaire katalyse-door-ontwerpbenadering die combineert: i. productie van bimetalen gasfaseclusters van gecontroleerde homogeniteit die overgangs-, edele en post-overgangsmetalen mengen en depositie op verschillende dragers; ii. uitgebreide karakterisering van hun morfologie (ex situ en in situ); iii. fundamentele experimentele en theoretische reactiviteitsstudies; en iv. (elektro)katalytische laboratoriumtesten. Een prototype van de meest veelbelovende elektrokatalysator zal worden getest onder realistische bedrijfsomstandigheden. CATCHY biedt een interactieve trainingsaanpak die nieuwe mogelijkheden combineert voor de fabricage en karakterisering van op clusters gebaseerde nanogestructureerde oppervlakken om innovatieve toepassingen te produceren. Een complementaire academische en industriële omgeving zorgt voor een intersectoraal opleidingsprogramma. Er zal een sectorgerichte opleiding worden gegeven door de nadruk te leggen op geselecteerde katalysetoepassingen die rechtstreeks verband houden met kwesties op het gebied van energie en klimaatverandering die van het grootste belang zijn voor de EU en de wereld. Het uitgebalanceerde programma combineert lokale experttraining door academische en industriële partners, een netwerkbrede detacheringsregeling en netwerkbrede training. De maatschappelijke en ecologische urgentie om de nadelige effecten van klimaatverandering in de komende decennia te verminderen, en de bijzondere geavanceerde benadering van het katalysatorontwerp, zullen de inzetbaarheid van de jonge onderzoekers van CATCHY garanderen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Altantzis Thomas

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De eigenschappen van nanomaterialen worden hoofdzakelijk bepaald door hun 3D-structuur. Met elektronen-tomografie kan men de morfologie en samenstelling van nanostructuren in 3D meten, zelfs bij atomaire resolutie. Helaas worden al deze metingen uitgevoerd bij kamertemperatuur en in ultrahoog vacuüm, wat omstandigheden zijn die volledig irrelevant zijn voor het gebruik van nanodeeltjes in echte toepassingen! Bovendien hebben nanodeeltjes vaak liganden aan hun oppervlak, die de interface vormen met de omgeving. Deze liganden worden meestal verwaarloosd bij de beeldvorming, hoewel ze de groei, thermische stabiliteit en zelf-assemblage van de aandrijving sterk beïnvloeden. Ik zal innovatieve en kwantitatieve 3D-karakteriseringstools ontwikkelen, die compatibel zijn met de snelle veranderingen van nanomaterialen die zich voordoen in een realistische thermische en gasvormige omgeving. Om oppervlakliganden te visualiseren, zal ik directe elektronendetectie combineren met nieuwe exit-wave reconstructie technieken. Het volgen van de 3D-structuur van nanomaterialen in een relevante omgeving is uiterst uitdagend en ambitieus. Onze voorlopige experimenten tonen echter de enorme impact aan.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nanomaterials play a key role in modern technology and society, because of their unique physical and chemical characteristics. The synthesis of nanomaterials is maturing but surprisingly little is known about the exact roles that different experimental parameters have in tuning their final properties. It is hereby of crucial importance to understand the connection between these properties and the (three-dimensional) structure or composition of nanomaterials. The proposed consortium will focus on the design and use of nanomaterials in fields as diverse as plasmonics, electrosensing, nanomagnetism and in applications such as art conservation, environment and sustainable energy. In all of these studies, the consortium will integrate (3D) quantitative transmission electron microscopy and X-ray spectroscopy with density functional calculations of the structural stability and optoelectronic properties as well as with accelerated molecular dynamics for chemical reactivity. The major challenge will be to link the different time and length scales of the complementary techniques in order to arrive at a complete understanding of the structure-functionality correlation. Through such knowledge, the design of nanostructures with desired functionalities and the incorporation of such structures in actual applications, such as e.g. highly selective sensing and air purification will become feasible. In addition, the techno-economic and environmental performance will be assessed to support the further development of those applications. Since the ultimate aim of this interdisciplinary consortium is to contribute to the societal impact of nanotechnology, the NanoLab will go beyond the study of simplified test materials and will focus on nanostructures for real-life, cost-effective and environmentally friendly applications.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Neyts Erik
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Met gebruik van microtomie werden dunne snedes van 60, 80 en 100 nm gemaakt van een NiCrFe legering. De staalvoorbereiding was succesvol. De snedes zullen worden gebruikt voor synchotron STXM metingen door de Universiteit Gent.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Promotor: Van Tendeloo Staf

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Karakterisatie van biopolymeren met lage-dosis secundaire elektronen en backscatter elektronen beeldvorming in een environmental scanning elektronen microscoop. De analyses kaderen in een studie van opname processen van transitiemetalen in afvalwaters.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Chirale kenmerken in metalen nanodeeltjes resulteren in chiroptische eigenschappen die van belang zijn voor veel toepassingen, zoals enantioselectieve katalyse of scheiding, chirale detectie of medicijnafgifte. Deze toepassingen komen voort uit de verschillende interacties van chirale plasmonische nanodeeltjes met links- en rechtshandig circulair gepolariseerd licht (CPL). De ontwikkeling van nanodeeltjes met complexe structuren en morfologieën is daarom een belangrijk veld binnen de nanotechnologie. De eigenschappen van chirale nanomaterialen worden meestal gekarakteriseerd door het meten van hun circulair dichroïsme (CD), dat de interactie van een ensemble van deeltjes met CPL kwantificeert. Meerdere factoren kunnen echter aan de oorsprong liggen van het opgenomen CD-signaal, zoals een spiraalvormige morfologie, chirale kenmerken in de kristallijne structuur of de aanwezigheid van chirale moleculen op of nabij het oppervlak van de chirale nanodeeltjes. Er is momenteel echter nog geen consensus hoe de verschillende factoren bijdragen. Om nanodeeltjes met op maat gemaakte chiroptische eigenschappen te verkrijgen, is het dus belangrijk om het verband tussen het CD-signaal en de morfologie van de nanodeeltjes te begrijpen. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een uitstekende techniek om de structuur van nanomaterialen te onderzoeken. Verschillende experimenten, binnen het expertisegebied van EMAT, kunnen worden uitgevoerd om de morfologie, structuur of eigenschappen van chirale nanodeeltjes te onderzoeken. Voorbeelden hiervan zijn 3D structurele karakterisering door middel van scanning elektronenmicroscopie (SEM), elektronentomografie in reële en reciproke ruimte en elektronenbundel-geïnduceerde stroommetingen (SEEBIC). Bovendien is er nog steeds discussie in het veld over de toepassing van elektronenenergieverliesspectroscopie (EELS) om chirale kenmerken van nanodeeltjes te meten. Hoewel deze technieken bij EMAT al worden ontwikkeld in het kader van andere projecten, zal hun gecombineerde toepassing op chirale nanodeeltjes nog verder ontwikkeld moeten worden. Identificatie van chirale oppervlaktefacetten is momenteel bijvoorbeeld onmogelijk vanwege een gebrek aan 3D-resolutie door elektronentomografie of SEEBIC. Visualisatie van chirale moleculen en micellen die aan de oorsprong liggen van de groei van chirale nanodeeltjes is een andere uitdaging die de ontwikkeling van lage-dosis beeldvormingstechnieken vereist, bovendien gecombineerd met in situ TEM om een relevante, vloeibare omgeving te genereren. Bovendien moeten kwantificeringsprocedures, b.v. om de mate van heliciteit te definiëren, worden ontwikkeld. Dergelijke computationele technieken, onder andere gebaseerd op het gebruik van het trainen van een neuraal netwerk en het modelleren van de verbinding tussen structuur en eigenschappen, zijn uitdagende aspecten, maar de knowhow om getalenteerde postdocs te helpen de huidige beperkingen te overwinnen, is beschikbaar binnen EMAT.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Lamoen Dirk
• Co-promotor: Verbeeck Johan
• Mandaathouder: Mychinko Mikhail

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Anorganische nanodeeltjes en nanostructuren met complexe morphologieën verkrijgen steeds meer wetenschappelijke belangstelling omwille van hun interactie met (gepolariseerd) licht. Vaak wordt verondersteld dat de optische activiteit het gevolg is van een specifieke morfologie van het nanomateriaal. Kwantificatie van de morfologie van nanostructuren is echter zeer uitdagend. Elektronentomografie laat toe om de driedimensionale vorm van nanomaterialen betrouwbaar weer te geven, maar tot nu toe was enkel een kwalitatieve interpretatie van de morfologie van nanodeeltjes mogelijk. Ik heb onlangs een methode geïntroduceerd om de heliciteit van individuele nanodeeltjes te kwantificeren, uitgaande van hoogwaardige elektronentomografie-reconstructies. Echter, om significante inzichten te verkrijgen over de oorsprong van optische eigenschappen, is verdere vooruitgang vereist. Daarom zal ik kwantitatieve elektronentomografie toepassen (EMAT, Universiteit Antwerpen) en ensemble- en single-particle VIS-NIR spectroscopie uitvoeren (AMOLF Instituut, Amsterdam). Door deze resultaten te combineren, zal ik een systematisch onderzoek uitvoeren voor verschillende soorten complexe nanodeeltjes die gesynthetiseerd zullen worden in de groep van professor Luis Liz-Marzán (CICBiomagune, San Sebastán). Op deze manier kan ik belangrijke feedback leveren om de synthese en de optische activiteit van deze materialen te verbeteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Heyvaert Wouter

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door middel van Focussed Ion Beam - Scanning Electron microscopy en Transmission Electron Microscopy - Energy Dispersive X-ray diffraction werd de interactie tussen Al2O3 en polyimide lagen bestudeerd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door middel van Transmissie Elektronenmicroscopie - Energy Dispersive X-ray diffraction, werd de locatie van zilver nanopartikels bestudeerd in zeoliet stalen. De stalen werden gecrushed ter voorbereiding van TEM.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gespecialiseerde TEM beeldvorming technieken werden gebruikt om de locatie en grootte te bepalen van zilver nanopartikels in zeolieten. TEM tomografie werd gebruikt om de stalen in 3D te karakteriseren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel van het FUNY project is om poeders te functionaliseren zodat bijvoorbeeld hun adhesie of dispersie kenmerken veranderen, of de poeders meer of minder hydrofiel zijn, afhankelijn van de industriële toepassing.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Metaalhalogenide perovskieten (MHP) zijn veelbelovende halfgeleiders voor de volgende generatie opto-elektronische toepassingen vanwege hun uitstekende eigenschappen en goedkope verwerkbaarheid. Helaas worden echte toepassingen momenteel gehinderd door het gebrek aan stabiliteit wanneer MHP's worden blootgesteld aan relevante omstandigheden. Om deze beperking te overwinnen, is een nauwkeurige kennis van de structuur-eigenschaprelatie in MHP's vereist. Daarom beoogt dit project de ontwikkeling van nieuwe en geavanceerde transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) technieken voor in situ experimenten, waarbij MHP's zullen worden blootgesteld aan realistische omgevingsfactoren. Hierbij is de ontwikkeling van lage dosis TEM technieken cruciaal omwille van de hoge elektronenbundelgevoeligheid van MHP's. Deze technieken zullen worden gecombineerd met in situ experimenten onder hitte, gasvormige omgeving en hoge spanning. Op basis van de uitkomst zal ik beter inzicht krijgen betreffende veelbelovende stabilisatiemethoden zoals erankering aan het grensvlak. Ik zal hierbij de invloed van grensvlakdefecten en korrelgrenstypes in gestructureerde MHP dunne films karakteriseren. Bovendien zullen de resultaten, verkregen met TEM, nieuwe inzichten opleveren over degradatiemechanismen onder invloed van hoge spanning, zuurstof of vocht. Op deze manier zal mijn project de nodige input leveren om nieuwe strategieën te ontwikkelen voor het verbeteren van de stabiliteit van MHP's op de lange termijn.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Schrenker Nadine

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het overkoepelende doel van MUMMERING is om een onderzoekstool te creëren die de rijkdom aan nieuwe 3D-beeldvormingsmodaliteiten omvat die steeds populairder worden voor toepassingen in materiaalkunde, en om een doctoraatsprogramma te creëren dat 15 beginnende onderzoekers (ESR's) opleiding biedt betreffende deze expertise. De uitdaging van het verwerken en analyseren van terabytes aan 3D-gegevens beperkt nu al het niveau van wetenschappelijk inzicht dat uit veel datasets wordt gehaald. Met snellere acquisitietijden en multidimensionale modaliteiten zullen deze uitdagingen binnenkort opschalen naar het petabyte-regime. Om deze uitdaging aan te gaan, zullen we een open access, open source platform creëren dat transparant en efficiënt de volledige workflow afhandelt, van data-acquisitie, over reconstructie en segmentatie tot fysieke modellering, inclusief temporele modellen, d.w.z. 3D "films". We vinden het essentieel om deze laatste stap te bereiken zonder de wetenschappelijke standaarden in gevaar te brengen. De 15 ESR's zullen worden ingeschreven in een intensieve doctoraatsopleiding die alle aspecten van 3D-beeldvorming omvat, en zullen profiteren van een gevarieerd traject die de reikwijdte en benadering van onderzoek zullen uitdagen en verbreden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Chen Qiongyang

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een onmisbare karakteriseringstechniek voor veel toepassingen in materiaal- en biowetenschappen. Gedurende de laatste twee decennia is er enorme vooruitgang geboekt op het gebied van aberratiecorrectoren, nieuwe detectoren en specimenhouders. Toch is er nog veel ruimte voor de verdere verbetering van TEM experimenten door het optimaliseren van de koolstofdragers die als ondersteuning van het specimen worden gebruikt. Grafeendragers hebben het potentieel om TEM metingen van laag-contrast en stralingsgevoelige materialen naar een hoger niveau te tillen. Helaas is de kwaliteit van commercieel verkrijgbare grafeendragers buitengewoon slecht en zijn deze dragers ook relatief duur. Het doel van HYPERGRAPH is om grafeendragers van hoge kwaliteit te produceren die een hoge dekking, extreme vlakheid en zuiverheid vertonen tegen een kostprijs die minstens 4 keer lager is dan de huidige standaard. We zullen bovendien de productie, reproduceerbaarheid en houdbaarheid verbeteren. Op deze manier wordt het mogelijk om een verscheidenheid aan TEM experimenten naar een hoger niveau te brengen. Dit project heeft bijgevolg cruciale impact voor de verdere ontwikkeling van (nano)materialen die van belang zijn voor katalyse, detectie alsook voor medische en energietoepassingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ARCLATH-2 project heeft als doel een antwoord te bieden aan bestaande nadelen inzake veilig transport en opslag van waterstof via het ontwikkelen van een nieuwe concept gebaseerd op clathraten. Na vooronderzoek tijdens het ARCLATH-1 project is bewezen dat dit concept werkt en dat waterstof inderdaad kan opgeslagen worden in clathraten bij technische en economische relevante condities, zoals druk en temperatuur. In dit ARCLATH-2 vervolgproject zal getracht worden de waterstof opslagcapaciteit te maximaliseren bij gelijkaardige druk en temperatuur condities. Tevens zal binnen dit project een praktisch proces ontwikkeld worden voor reversibele waterstofopslag en -afgifte gebaseerd op 'pressure swing cycling' technologie op laboschaal.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Bimetaal MPt (M: Fe, Co, Ni) nanodeeltjes (NP's) die anisotrope morfologieën vertonen, zijn van groot belang voor de elektrokatalytische zuurstofreductiereactie (ORR). Helaas worden MPt-legeringen in hun oorspronkelijke A1-fase snel afgebroken in zure media wat de toepassingen van brandstofcellen ernstig beperkt. Annealing op hoge temperatuur van CoPt en FePt NP's om de chemisch geordende L10-fase te bereiken is van cruciaal belang om een ​​zuurstabiele katalysator te verkrijgen en de ORR-activiteit te stimuleren. In CATOM is het mijn doel om een ​​gecontroleerde route vast te stellen om de L10-fase te bekomen terwijl de morfologie van de katalysator wordt beschermd. Ik zal de nodige inzichten verwerven om dit ambitieuze doel te bereiken door gebruik te maken van geavanceerde elektronenmicroscopie (EM) technieken. Vanwege de complexe NP-morfologieën moeten deze onderzoeken in 3D worden uitgevoerd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Jenkinson Kellie

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De 4D-karakterisering van nanodeeltjes, d.w.z. de tijdsevolutie van hun 3D-structuren, is essentieel om hun gedrag onder externe prikkels zoals temperatuur en druk te begrijpen. Een recente revolutie in transmissie-elektronen microscopie heeft het mogelijk gemaakt om in-situ tomografie-experimenten uit te voeren; daarom is 4D-beeldvorming binnen handbereik. Echter, er zijn dringend nieuwe rekenhulpmiddelen nodig, aangezien de conventionele beeldvormingsmethoden er niet in slagen om stabiele 4D-beelden te produceren. 4D-ATOM zal rekentechnieken ontwikkelen om 4D-beeldvorming van nanodeeltjes mogelijk te maken. In het bijzonder zal 4D-ATOM een numeriek schema construeren op basis van een dynamische niveau-setmethode om de veranderingen in nanodeeltjes tijdens hun verwarming of chemische transformaties te meten. Deze tools zullen onderzoekers in staat stellen degradatiemechanismen te begrijpen en te overwinnen voor gevoelige structuren zoals metaalhalogenide perovskietmaterialen, met toepassingen voor zonnecellen of röntgendetectoren. Bovendien zal het begrijpen van de dynamische evolutie van de structuur van de nanodeeltjes tijdens katalyse het mogelijk maken om de efficiëntie en stabiliteit van het katalytische proces te verbeteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Kadu Ajinkya Anil

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Een van de grootste wereldwijde uitdagingen is het minimaliseren van broeikasgasemissie. Het ontwikkelen van een milieuvriendelijker alternatief voor het energie-intensieve Haber-Bosch-proces is een veelbelovende manier om dit probleem aan te pakken. Dit project focusseert daarom op de ontwikkeling van de stikstofreductiereactie, die meer energie efficiënt is. Helaas hebben de huidige katalysatoren voor dit proces zeer lage activiteiten en selectiviteit. Ons doel is dus om een nieuwe state-of-the-art katalysator te ontwikkelen, bestaande uit Fe-Au kern-schil nanodeeltjes op een stikstof-gedoteerde koolstof drager. Fe en Au vertonen beide goede katalytische eigenschappen voor de stikstofreductiereactie, maar we verwachten dat de combinatie van beide elementen tot synergie zal leiden, zoals eerder geobserveerd voor kern-schil deeltjes in gelijkaardige reacties. Om de stabiliteit en activiteit te verbeteren zullen de katalysatoren worden ingebouwd in een poreuze drager. De combinatie van elektronenmicroscopie en elektrochemische testen laat toe om de katalysator op rationele manier te verbeteren. De effecten van de poreuze drager, doping, deeltjesdistributie, core-shell configuratie en de structuur van de interfaces op de activiteit zal worden bestudeerd. Degradatiemechanismes zullen worden onderzocht om de uiteindelijke stabiliteit te verbeteren. Dit onderzoek in een belangrijke stap bij om de stikstofreductiereactie industrieel rendabeler te maken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Hoekx Saskia

Onderzoeksgroep(en)

• Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De snelle vooruitgang in de materiaalwetenschap die het ontwerp van materialen tot op nanoschaal mogelijk maakt, vereist ook karakteriseringstechnieken die de materialen tot op dezelfde schaal kunnen analyseren, zoals transmissie-elektronenmicroscopie. Als de belangrijkste elektronenmicroscopiegroep van België, een van de grootste ter wereld, draagt EMAT voortdurend bij aan de ontwikkeling van TEM-technieken, zoals beeldvorming met hoge resolutie, diffractie, elektronentomografie en spectroscopie, met de nadruk op kwantificering en reproduceerbaarheid, evenals als het gebruik van TEM-methodologie op het hoogste niveau om materiaalwetenschappelijke problemen in de echte wereld op te lossen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voor de University of Gent, zijn hoge resolutie HAADF-STEM beelden opgenomen, in combinatie met STEM-EDX element analyse mapping. De partikels waren palladium, cobalt agglomeraten en hadden niet de verwachtte vorm.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Zelfassemblage van nanodeeltjes (NP's) biedt een veelzijdig platform voor het ontwerpen van nieuwe materialen met verbeterde collectieve eigenschappen. Een veelbelovende route om op maat gemaakte eigenschappen te bereiken met NP's is om ze samen te brengen in superstructuren genaamd Supraparticles (SP's). Het grootste potentieel voor het naar voren brengen van diverse nieuwe eigenschappen komt van multicomponent-SP's, waarin meerdere soorten NP's worden gebruikt in de SP's. Ik stel voor om sferische opsluiting te gebruiken om eerst SP's te bouwen die ik vervolgens zal behandelen met kationenuitwisseling (CE), een krachtig hulpmiddel voor het synthetiseren van NP's met gecontroleerde structuren. Het doel is om een ​​robuuste route uit te stippelen om SP's met meerdere componenten op een gecontroleerde manier te structureren en de ontwikkeling van nieuwe SP's met optimale eigenschappen mogelijk te maken voor toepassingen variërend van katalyse tot fotovoltaïsche energie. Een volledige structurele analyse van door kationen uitgewisselde (CE-ed) SP's in 3D is essentieel omdat het het CE-proces in SP's zal onthullen. Ik zal innovatieve kwantitatieve 3D-elektronenmicroscopie (EM) -technieken ontwikkelen om de dynamiek van de structurele evolutie van CE-ed SP's op het enkele NP-niveau te onderzoeken en inzicht te geven in het bereiken van optimale eigenschappen. Optimalisatie van monsterondersteuning en ontwikkeling van snelle multimode elektrontomografie zal dit mogelijk maken door bundelschade te elimineren. Vloeistoftomografie stelt me ​​in staat om de 3D-structuren van CE-ed SP's onder realistische omstandigheden volledig te begrijpen. Door in-situ verwarming en snelle multimode elektrontomografie te combineren, zal ik het mechanisme van door warmte geïnduceerde intra- en interdeeltjes CE in SP's ontcijferen. Met mijn programma kan ik het samenspel tussen NP-vorm, stapelen en verwarmen op de resulterende SP-structuren begrijpen. Dit programma zal de start zijn van een volledig nieuwe onderzoekslijn op het gebied van zowel colloïdale wetenschap als 3D-karakterisering. Het resultaat zal de mogelijkheden voor het ontwerp en de toepassing van functionele materialen vergroten en de grenzen van 3D EM-technieken verleggen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Wang Da

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

HeatNMof-project heeft tot doel slimme multifunctionele nanocarriers van geneesmiddelen te ontwikkelen op basis van MOFs, die zowel een specifieke controle van reacties bieden (bv verwarming veroorzaakte afgifte van geneesmiddelen) en aanvullende eigenschappen zoals beeldvorming (magnetische resonantie, thermische of opto-akoestische beeldvorming) en / of hyperthermie therapie. De succesvolle ontwikkeling van dit project, waarbij academische en industriële partners betrokken zijn, zal bijdragen tot de verbetering van de zeer maatschappelijk relevante kankertherapie. Het project zal bovendien de volgende generatie materiaalwetenschappers opleiden in een zeer interdisciplinaire en intersectorale onderzoeksomgeving.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Herlaadbare Li-ion-batterijen vormen een belangrijke pijler in onze huidige technologie en samenleving. Om te voldoen aan de voortdurende vraag naar meer opgeslagen energie per gewicht, is het belangrijk de energie-efficiëntie te behouden over de levensduur en spanningsverval en hysteresis te minimaliseren. Deze nadelige effecten zijn hoofdzakelijk afkomstig van de structurele veranderingen in het kathodemateriaal tijdens het op- en ontladen. Recente ontwikkelingen tonen aan dat de zuurstofredoxreactie in veelbelovende Li-rijke NMC-kathodes, die bijdraagt aan hoge spanning, inherent verbonden is met migratie van de overgangsmetalen bij het op- en ontladen. Het is daarom noodzakelijk om inzicht te verkrijgen in deze complexe wisselwerking om zo de voordelen te kunnen benutten en tegelijkertijd de nadelige effecten te elimineren. Om beide effecten systematisch te volgen en te scheiden van de invloed van de microstructuur, zullen we nieuwe modelstructuren synthetiseren met specifieke structurele variaties van de initiële kristalstructuur en microstructuur. We zullen de structurele veranderingen tijdens het op- en ontladen bestuderen met geavanceerde structuurkarakterisatietechnieken, en deze relateren aan de elektrochemische eigenschappen. Dit project zal dus resulteren in de ontwikkeling van innovatieve Li-ion-batterij kathodes en de rol van de microstructuur, lokale structuur en lokale valentie op de stabiliteit van Li-ion-batterijen duidelijk in kaart brengen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Verbeeck Johan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ARCLATH-project onderzoekt hoe energie, in de vorm van moleculaire waterstof, kan worden opgeslagen en getransporteerd in een kristalstructuur, zogenaamde clathraten. Op deze manier is er een nieuw opslag- en transportsysteem beschikbaar, zodat hernieuwbare energie kan worden gebruikt waar en wanneer dat nodig is.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project omvat de structurele karakterisering van niet giftige 'quantum dots' die zullen worden gebruikt in hoge intensiteit licht toepassingen, met behulp van geavanceerde transmissie elektronen microcopie (TEM) technieken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De eigenschappen van nanomaterialen worden hoofdzakelijk bepaald door hun 3D-structuur. Met elektronen-tomografie kan men de morfologie en samenstelling van nanostructuren in 3D meten, zelfs bij atomaire resolutie. Helaas worden al deze metingen uitgevoerd bij kamertemperatuur en in ultrahoog vacuüm, wat omstandigheden zijn die volledig irrelevant zijn voor het gebruik van nanodeeltjes in echte toepassingen! Bovendien hebben nanodeeltjes vaak liganden aan hun oppervlak, die de interface vormen met de omgeving. Deze liganden worden meestal verwaarloosd bij de beeldvorming, hoewel ze de groei, thermische stabiliteit en zelf-assemblage van de aandrijving sterk beïnvloeden. Ik zal innovatieve en kwantitatieve 3D-karakteriseringstools ontwikkelen, die compatibel zijn met de snelle veranderingen van nanomaterialen die zich voordoen in een realistische thermische en gasvormige omgeving. Om oppervlakliganden te visualiseren, zal ik directe elektronendetectie combineren met nieuwe exit-wave reconstructie technieken. Het volgen van de 3D-structuur van nanomaterialen in een relevante omgeving is uiterst uitdagend en ambitieus. Onze voorlopige experimenten tonen echter de enorme impact aan.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Zelfassemblage van nanodeeltjes (NDs) biedt een veelzijdig platform voor het ontwerpen van nieuwe (meta) materialen met verbeterde collectieve eigenschappen die verschillen van de som van hun componenten. Een veelbelovende route om NDs over meerdere lengteschalen te structureren, is door de NDs in sferische opsluiting te laten samenstellen om Supraparticles (SPs) te vormen. Het is een uitdaging om multi-component SPs te ontwerpen omdat de parameterruimte voor een optimale thermodynamica en kinetische effecten groot is. Om deze uitdaging aan te gaan, passen we kationenwisseling (CE) toe op reeds zelf samengestelde SPs met kwantumstippen (QS). Meercomponenten SPs met verschillende structuren zullen worden verkregen, hetgeen onmogelijk is met conventionele synthetische routes. Een volledige analyse van de resulterende CE-ED SPs is essentieel omdat een grondig begrip van de structuur / eigenschap-verbinding van de SPs een meer rationele synthese van nieuwe structuren met vooraf gedefinieerde eigenschappen mogelijk zal maken. We zullen geavanceerde Energy dispersive X-ray spectroscopy tomography toepassen op CE-ed SPs om posities, oriëntaties en elementaire verdelingen van singe QS in 3D te extraheren. We zullen gebruikmaken van een geavanceerde verwarmingshouder voor elektrotomografie, waarbij warmte-geïnduceerde morfologische en compositorische veranderingen van de CE-ed SPs in 3D worden onderzocht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Wang Da

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project omvat de ontwikkeling van een staalvoorbereidingsprotocol door middel van gefocuseerde ionen bundel - scanning elektronen microscopie en (cryo)-ultramicrotomie. Met scanning (SEM) en transmissie (TEM) elektronen microscopie wordt de coating rond partikels bestudeerd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

PROCEED ontwikkelt nieuwe hybride perovskiet materialen voor de volgende generatie lichtdetectoren, -emitterende en -capterende devices. Naast fotovoltaïsche energie hebben hybride perovskieten een hoog toepassingspotentieel, in o.a. röntgendetectoren en lasers. Om dit potentieel te realiseren, zal de chemische en structurele flexibiliteit van perovskieten worden benut om de materiaalarchitectuur naar een volgend niveau van complexiteit te tillen en dit door middel van een strategie gebaseerd op variatie in samenstelling, doping- en ligandchemie, implementatie van nieuwe hybride perovskieten met verschillende dimensionaliteit (2D, 3D), structuren (nanoplaatjes, dunne films, dikke lagen en éénkristallen) en gecontroleerde morfologie (kristalliniteit, uniformiteit), en hun integratie in geavanceerde devicestructuren. Dit maakt een ordegrootte aan verbetering van de materiaalstabiliteit mogelijk, alsook een sterke toename van de respectievelijke performantie parameters (gevoeligheid voor röntgendetectoren, versterking voor lasers en conversie-efficiëntie voor zonnecellen), en dit aan lagere of vergelijkbare productiekosten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De synthese van metallische nanodeeltjes met gewenste, welbepaalde grootte en morfologie blijft een grote uitdaging in de materiaalkunde. Hoewel de groei van goud nanodeeltjes matuur is, zijn de synthetische procedures tot nu toe voornamelijk empirisch geëvolueerd. Het verkrijgen van een volledige controle over de synthese van goud nanodeeltjes is van cruciaal belang voor hun efficiënte toepasbaarheid in bijvoorbeeld fotothermische therapie en plasmonische detectie. Om de synthese protocollen te optimaliseren en nanodeeltjes met specifieke eigenschappen te verkrijgen, is er echter een gedetailleerde kwantitatieve structurele karakterisering van de producten tijdens de verschillende groeifasen nodig. Deze karakterisering van de tussentijdse producten en finale nanodeeltjes zal uitgevoerd worden door middel van geavanceerde transmissie-elektronenmicroscopie (TEM). Het doel van dit project is om TEM technieken te optimaliseren en nieuwe driedimensionale (3D) karakteriseringstools te ontwikkelen die geschikt zijn om verschillende aspecten van de groei van Au nanodeeltjes te verduidelijken. Deze nieuwe methodologieën zullen me in staat stellen goud nanodeeltjes in verschillende groeifasen te karakteriseren, wat de nodige inzichten zal opleveren om controle te krijgen over zowel de groei van de startproducten als de finale Au nanodeeltjes. Een uitdagend en ambitieus doel in dit project is het realiseren van high throughput 3D onderzoeken om een statistisch relevante analyse uit te voeren met betrekking tot de grootte en vorm van nanodeeltjes. Dit project zal een grote impact hebben op de synthese van metallische nanodeeltjes. De resultaten van onze experimenten zullen het mogelijk maken monodisperse nanodeeltjes te synthetiseren, wat zal leiden tot een effectiever gebruik in biomedische toepassingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Bladt Eva

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Metal nanoparticles (NPs) are intriguing systems due to their efficient interactions with light stemming from localized surface plasmon resonances (LSPRs), a phenomenon which is exploited in many applications in fields ranging from physics to biology and medicine. In particular, anisotropic shapes are interesting because of strong electromagnetic field enhancements at corners and tips. Next to monometallic NPs, bimetallic NPs offer an additional way of tuning the functionality and plasmon resonance and are advantageous for applications such as photocatalysis. Understanding the delicate interplay between particle morphology, composition and optical properties is of utmost importance in optimizing particle design for the desired applications. While optical properties of metal NPs have been related to structure by using surface imaging techniques like scanning electron microscopy (SEM), a complete connection to the atomically resolved 3D structure has never been accomplished. Here, I propose to investigate the correlation of the full atomic morphology (including composition) and optical properties of (bi)metallic NPs by single-particle optical experiments and electron microscopy techniques such as atomically resolved electron tomography. I will furthermore study the correspondence and differences between electronically-excited and optically-excited plasmon modes. The key aspect of the proposed research is that the correlated measurements will be performed, on the same particle allowing for a full understanding of how the morphology and composition of a metal NP is related to its optical properties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Albrecht Wiebke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Processen in energietoepassingen en katalyse, zowel als biologische processen, worden steeds belangrijker door de toenemende aandacht in de samenleving voor duurzame energiebronnen en technologieën. Voor een grondig begrip van deze processen, moeten we ze kunnen volgen tot op nano- of atomaire schaal. Transmissie elektronenmicroscopie (TEM) is hiervoor de optimale techniek, maar in zijn conventionele opstelling is het nodig dat het studieobject in ultrahoog vacuüm wordt geplaatst, wat de studie van processen onmogelijk maakt. Binnen deze aanvraag stellen we daarom voor om de studieobjecten met behulp van omgevingshouders in een gas/damp of vloeistofomgeving in de microscoop te plaatsen (en dit bij verschillende temperaturen). Op deze manier wordt beeldvorming, spectroscopie en diffractie van processen in reële tijd mogelijk. Deze infrastructuur zal verschillende onderzoeksgroepen binnen de Universiteit Antwerpen toelaten om innovatieve experimenten en vernieuwend onderzoek uit te voeren waarvoor de kennis van processen en interacties nodig is, zoals de interactie van vaste stoffen met gassen/dampen of vloeistoffen voor katalyse, de processen die voorkomen bij het laden en ontladen van batterijen, de nucleatie en groei van nanodeeltjes en de gedetailleerde ontrafeling van intracellulaire pathways in biologische processen relevant voor toekomstige cel-gebaseerde therapieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hernieuwbare energiebronnen zullen in de toekomst aan belang winnen. Het gebruik van CO2 als grondstof in combinatie met de toevoer aan hernieuwbare energie, maakt het mogelijk om de fluctuaties in energieproductie op te vangen en tegelijkertijd de CO2-uitstoot te verminderen. In dit onderzoek zal CO2 elektrochemisch omgezet worden tot CO. Vandaag de dag is de elektrochemische reductie van CO2 (ERC) nog niet rendabel op industriële schaal door het gebrek aan efficiënte elektrokatalysatoren. In het verleden zijn al verschillende onderzoeken verricht naar het verbeteren van de elektrokatalytische activiteit, selectiviteit en stabiliteit met tegelijkertijd een daling in de totaalkost van de elektrokatalysator. De laatste jaren winnen core-shell nanopartikels (NPs) aan belang en worden beschouwd als mogelijke vervangende elektrokatalysatoren door hun hoge productselectiviteit, maar tot op vandaag kampen deze elektrokatalysatoren nog met een lage productiviteit. De bimetallische versterkingseffecten zouden aan de basis liggen van de verhoogde performanties verkregen met core-shell NPs in vergelijking met de individuele metalen. Fundamentele inzichten in de core-shell interacties ontbreken nog steeds omdat deze structuren zeer weinig bestudeerd zijn in vergelijking met andere elektrokatalysatoren. De karakterisatie van deze structuren, het belangrijkste onderzoeksdoel van deze doctoraatsstudie, is dan ook van zeer groot belang om inzichten te krijgen in het verband tussen de morfologie, structuur, samenstelling en de elektrokatalytische eigenschappen, wat op zijn beurt zorgt voor een verbetering in de ERC performantie. Het gebruik van state-of-the-art elektrochemie gecombineerd met elektrontomografie zal het mogelijk maken om deze inzichten te verwerven.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Pacquets Lien

Onderzoeksgroep(en)

• Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van het MUMMERING project is de ontwikkeling van een overkoepelend onderzoekstool waarin de rijkdom van nieuwe 3D-beeldvormingstechnieken omvat zitten die toepassing vinden in de materiaalkunde, gecombineerd met de opleiding van 15 doctoraatstudenten in het gebruik van deze tool. Deze ontwikkelingen zijn hoognodig om te vermijden dat de enorme hoeveelheden aan waardevolle tomografische data niet in de virtuele vergetelheid raakt. De uitdaging ligt in het verwerken en analyseren aan terabytes van 3D-gegevens zonder het wetenschappelijk inzicht te verminderen dat geextraheerd kan worden uit deze datasets. Door snellere acquisitietijden en multidimensionele modaliteiten zullen deze uitdagingen nog verder opschalen tot het petabyte regime. Om deze uitdaging aan de pakken zullen wij een open access, open source platform oprichten waarin de volledige workflow van data acquisitie, reconstructie en segmentatie tot fysieke modellering (incl. temporele modellen zoals 3D 'filmpjes') transparent en efficient verwerkt wordt. Wij zien het als essentieel om deze laatste stap te bereiken zonder de wetenschappelijke standaarden te compromiteren met het oog op integratie van 3D beeldvorming in de industrie 4.0. De 15 doctoraatsstudenten zullen deel uitmaken van een intensieve, brede doctoraatsopleiding waarin alle aspecten van 3D beeldvorming aan bod zullen komen zowel als een breed spectrum aan intersectorale detacheringen die hun reikwijdte en aanpak van onderzoek zullen uitdagen en verbreden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Beenhouwer Jan
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

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.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

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.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De Francqui-Stichting kent een mandaat toe van Francqui Onderzoekshoogleraar aan de Universiteit voor een periode van 3 jaar. Het mandaat richt zich tot hoogleraren van uitzonderlijk hoog niveau, wiens onderzoek behoort tot een actueel en belangwekkend onderzoeksdomein en wiens wetenschappelijke en internationale uitstraling bijdraagt tot een verhoogd aanzien van de Instelling. Met dit mandaat geeft de Stichting de mogelijkheid aan de hoogleraar zich volop te wijden aan zijn/haar onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de opdrachtgever. UA levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

EUSMI is een platform dat Europese onderzoekers, die onderzoek uitvoeren naar zachte materie, zal ondersteunen door hen toegang te verlenen tot open access infrastructuur zoals karakterisatie, synthese en modelering om hun onderzoek verder uit te breiden. Het voorgaande project ESMI heeft de standaard reeds gezet en EUSMI zal dit verder uitbreiden. EUSMI zal de Europese concurrentiepositie in onderzoek en innovatie in het domein van zachte materie verder versterken door uitbreiding van het reeds bestaande aanbod met nieuwe capaciteiten. Een volledige waaier aan kerninfrastructuren, en bijhorende expertise, van 15 top-instituten zal beschikbaar gesteld worden binnen EUSMI voor een hele gemeenschap van onderzoekers doorheen de waardeketen, inclusief KMO's en toegepast onderzoek. Toegang zal verleend worden tot een breed gala aan infrastructuur toepasbaar binnen het onderzoeksdomein gaande van geavanceerde karakterisatietechnieke, over experimentele installaties voor chemische syntheses, waaronder opschaling en capaciteiten op grotere schaal tot modellering met state-of-the-art supercomputers. De bestaande infrastructuur zal voortdurend verbeterd worden via JRA waardoor gebruikers steeds toegang zullen hebben tot de meest geavanceerde toestellen. Bijkomend wordt een uitgebreid netwerkprogramma opgezet wat zal zorgen voor een efficiënte verspreiding en communicatie, evenals opleiding van zowel gevestigde onderzoekers als een opkomende generatie wetenschappers. Deze benadering zal dienen als een stimulans voor academisch onderzoek en verdere innovatie in zachte nanotechnologie door een multidisciplinaire toolbox van essentiële onderzoeksinfrastructuur en -expertise aan te bieden om gebruikers te begeleiden, de volgende generatie technieken en instrumenten te ontwikkelen om nieuwe zachte materialen te synthetiseren, te karakteriseren en te simuleren en bij te dragen tot de creatie van een brede kennisbasis.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de opdrachtgever. UA levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de opdrachtgever. UA levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de opdrachtgever. UA levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Klaarblijkelijk is een van de hedendaagse uitdagingen in het gebied van elektronentomografie, het verhogen van de snelheid en de doorvoer van 3D reconstructies van nanomaterialen. Tegelijkertijd moet de kwaliteit van de reconstructie voldoende blijven om betrouwbare kwantitatieve resultaten te verwerven betreffende parameters zoals de korrelgrootte of de morfologie. Bovendien wordt er steeds meer aandacht besteed aan het onderzoek naar straling gevoelige materialen zoals polymeren of composieten, aangezien ze steeds belangrijker worden voor de nanotechnologie. Tomografisch onderzoek naar zulke materialen is echter zeer uitdagen omdat de materialen afbreken of vervormen ten gevolge van de lange opname duur. Tenslotte, indien het mogelijk wordt om 3D onderzoek te verrichten in quasi real-time, wordt in situ 3D elektronenmicroscopie mogelijk. In situ TEM verwijst naar technieken die de directe observatie van de evolutie van nanomaterialen op atomaire schaal mogelijk maken. Dergelijke studies zijn van cruciaal belang voor een efficiënt gebruik van nanomaterialen in nanotechnologie. Bijvoorbeeld door de ontwikkeling van in situ 3D tomografie kan onderzocht worden hoe de nanostructuren veranderen als functie van de temperatuur in real-time.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Vanrompay Hans

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Elektronentomografie is een zeer krachtige techniek die toelaat om de 3-dimensionale structuur van nanomaterialen te onderzoeken, ook op atomaire schaal. Echter, nieuwe ontwikkelingen binnen de nanotechnologie versterken de vraag naar nog meer geavanceerde kwantitatieve 3-dimensionale karakteriseringstechnieken die kunnen gebruikt worden om complexe (hetero-)nanostructuren te bestuderen. Binnen dit project zullen we ons toespitsen op hetero-metallische deeltjes met elektrokatalytische toepassingen en kern-schil structuren die van belang zijn binnen de fotokatalyse. Katalytische hetero-nanodeeltjes vertonen sterk verbeterde eigenschappen in vergelijking met nanostructuren die maar uit 1 element bestaan, maar de fundamentele reden voor dit geoptimaliseerd gedrag is nog niet helemaal duidelijk. Om het verband tussen de structuur, samenstelling en katalytische eigenschappen te begrijpen, is innovatieve 3-dimensionale elektronenmicroscopie vereist. Binnen dit project zullen we daarom geavanceerde, aberratie-gecorrigeerde elektronenmicroscopie combineren met nieuwe 3 dimensionale reconstructie algoritmen om zo de structuur en samenstelling van nanomaterialen te kwantificeren. De combinatie van deze baanbrekende experimenten met activiteit en stabiliteitsmetingen zal ons toelaten om cruciale vragen te beantwoorden die zowel belangrijk zijn voor elektro- en fotokatalyse. Op basis van deze unieke inzichten kunnen we de activiteit van de katalytische nanostructuren sterk verbeteren. We verwachten dan ook dat de resultaten van het project enorme impact zullen hebben. Zo kunnen fundamentele inzichten betreffende plasmonica, de fotokatalytische prestaties in zonlicht verbeteren. Dit is van enorm belang bij de ontwikkeling van een betere luchtzuiveringstechnologie. Een gefundeerde selectie van katalysatoren zal ons verder in staat stellen industrieel toepasbare reacties zoals de reductie van CO2 of zuurstofreductie sterk te verbeteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Lenaerts Silvia

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Uitgebreid onderzoek is onlangs verricht betreffende de gecontroleerde synthese van lanthanide nanomaterialen vanwege hun mogelijke toepassingen in verlichting, beeldschermen, opto-elektronica, zonne-energie en bio-imaging. Echter, om de eigenschappen te optimaliseren, is een fundamenteel begrip van de connectie tussen structuur en eigenschappen vereist. Transmissie elektronen microscopie (TEM) is een uitstekende techniek om nanomaterialen te onderzoeken, maar conventionele TEM beelden zijn slechts tweedimensionale (2D) projecties van driedimensionale (3D) objecten. In dit project, zullen we een volledige 3D karakterisatie van lanthanide nanomaterialen tot op atomaire schaal uitvoeren met geavanceerde TEM en nieuwe reconstructie algoritmes.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Zhang Yang

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Li-ion batterijen zijn de dominante technologie voor draagbare electronica en de automotive sector. In dit project zullen nieuwe kathode materialen voor herlaadbare batterijen ontwikkeld worden, waaronder ook Li en Na batterijen. Hiervoor wordt samengewerkt opgezet tussen EMAT en College de France (Parijs). De groep van Prof. J.-M Tarascon in College de France is gespecialiseerd in synthese en electrochemische karakterisatie van een brede waaier aan nieuwe kathode materialen voor herlaadbare batterijen. De structurele transformatie van deze batterijen bij lading en ontlading kan niet altijd in kaart gebracht met enkel bulk diffractie methoden (X-ray/neuteron), hiervoor is geadvanceerde transmissie elektron microscopie (TEM) noodzakelijk. EMAT biedt verdergaande karakterisatie van materialen tot op atoomschaal aan met verschillende TEM technieken, waaronder elektron diffractie en visualisatie technieken (HAADF- en ABF-STEM) die vaak gecombineerd worden met verdere chemische analyse door middel van spectroscopie (STEM-EDX en STEM-EELS). Hierdoor wordt het mogelijk om de structuur, compositie en valentietoestand van nieuwe kathode materialen direct te visualiseren bij lading en ontlading wat verdere ontwikkeling van nieuwe batterij-technologieën toestaat.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nano assemblages zijn twee- of driedimensionale (3D) collecties van nanodeeltjes. De eigenschappen van de samenstellingen worden bepaald door het aantal deeltjes, hun positie, vorm, chemische aard en binding. Als we in staat zijn om deze parameters in 3D te bepalen, dan kunnen we de nodige input leveren om de fysische eigenschappen te voorspellen. Het doel van dit project is daarom om een volledige 3D karakterisatie van complexe nano-assemblages uite voeren, tot op atomaire schaal. We zullen dit doel te bereiken door geavanceerde elektronenmicroscopie en nieuwe 3D reconstructie-algoritmen te combineren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Altantzis Thomas

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Elektronentomografie heeft zich ontwikkeld tot een krachtige techniek om de driedimensionale (3D) structuur van nanomaterialen bestuderen. Echter, een groot nadeel is de totale looptijd die nodig is om de noodzakelijke 2D projectiebeelden verkrijgen, ze uit te lijnen en de uiteindelijke 3D reconstructie berekenen. Het is daarom onmogelijk om een groot aantal metingen uit te voeren. Zulke metingen zijn noodzakelijk om de structuur van nanomaterialen te verbinden met hun eigenschappen. Ook de 3D-studie van bundelgevoelige materialen en realtime 3D studies worden belemmerd. Het doel van dit project is om de nodige tijd voor elektronentomografie sterk te verminderen. Daarom worden nieuwe opnameprocedures gecombineerd met speciale 3D-reconstructie algoritmen. Dit zal ons in staat stellen om een hele reeks nieuwe experimenten uit te voeren, zoals high-throughput elektronentomografie, elektronentomografie van zachte materialen en insitu elektronentomografie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Goris Bart
• Mandaathouder: Vanrompay Hans

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de opdrachtgever. UA levert aan de opdrachtgever de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tijdens de afgelopen jaren is de complexiteit van nanosystemen enorm toegenomen. Bijgevolg is het niet langer voldoende om alleen hun structuur en samenstelling te karakteriseren; elektronische eigenschappen zoals valentie en binding zijn ook van cruciaal belang. Dit soort informatie kan verkregen worden met behulp van elektronen energieverlies spectroscopie (EELS) in een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). Conventionele TEM data vormen echter een 2D-projectie van een 3D voorwerp. Het belangrijkste doel van dit project is om 3D, kwantitatieve informatie te bekomen over de samenstelling, structuur en elektronische eigenschappen van verschillende nanomaterialen. De combinatie van EELS en nieuwe 3D reconstructie-algoritmen wordt beschouwd als een baanbrekende nieuwe techniek. Onze experimenten zullen tot unieke inzichten leiden die ook de synthese van nanomaterialen met nieuwe functionaliteiten zullen initiëren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Batenburg Joost
• Co-promotor: Goris Bart
• Co-promotor: Turner Stuart

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Materie is een driedimensionale (3D) agglomeratie van atomen. De eigenschappen van de materialen worden bepaald door de posities van de atomen, hun chemische aard en de bindingen. Als we deze parameters in 3D kunnen bepalen dan beschikken we over de nodige gegevens die toelaten om de eigenschappen te voorspellen. Het doel van dit project is dan ook om een complete 3D karakterisering van complexe heteronanosystems uit te voeren tot op de atomaire schaal. De combinatie van geavanceerde elektronenmicroscopie en nieuwe 3D-reconstructie-algoritmen is een innovatieve benadering om de positie en de kleur (chemische aard en binding) van elk individueel atoom in 3D te kwantificeren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Bladt Eva

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Partoens Bart
• Mandaathouder: Abakumov Artem
• Mandaathouder: Neirinckx Alexander
• Mandaathouder: Pfannmöller Martin
• Mandaathouder: Pourbabak Saeid

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het Excellentie consortium Nano vertegenwoordigt de expertise op het gebied van de nanowetenschappen die aanwezig is in de drie deelnemende groepen: EMAT, CMT en PLASMANT. Het consortium staat in voor een uniforme communicatie en samenwerking die de kernkwaliteiten van de verschillende groepen bundelt om de reeds sterke internationale positie van de nanowetenschappen aan de Universiteit Antwerpen nog verder te versterken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbeeck Johan
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Partoens Bart
• Co-promotor: Schryvers Nick
• Co-promotor: Van Tendeloo Staf

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door recente ontwikkelingen op het gebied van de synthese van nieuwe nanomaterialen, is er meer nood aan kwantitatieve karakteriseringstechnieken die informatie kunnen leveren tot op de atomaire schaal. Veel fysische eigenschappen van deze nanomaterialen worden immers bepaald door de exacte atoomposities en de chemische samenstelling van het specimen. In dit project zullen we een techniek ontwikkelen die zulke metingen toelaat door een combinatie te gebruiken van innovatieve analytische technieken in de transmissie elektronen microscoop en tomografische reconstructiemethoden. Zulke kwantitatieve experimenten kunnen leiden tot nieuwe inzichten die de katalytische en optische eigenschappen verklaren van een breed spectrum van nanostructuren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Goris Bart

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het algemeen doel van het SBO PROJECT 'INSITU' is de ontwikkeling van methodologieën en tools om de eigenschappen van nanodeeltjes tijdens de processing te onderzoeken. Zelfs wanneer men vertrekt van goed gedefinieerde stabiele suspensies van nanodeeltjes, is het vaak moeilijk om een afdoende dispersiekwaliteit tijdens het verwerken van complexe formulaties te verzekeren, of de structuur tijdens het vormen van een coating te controleren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het algemeen doel van dit project is de opbouw van een kennisplatform voor nanofunctionalisatie van deeltjes en vezels. Hierbij zal gefocust worden op twee innovatieve technieken (atmosferisch plasma en plasma versterkte atomic layer deposition) voor de gecontroleerde oppervlaktemodificatie van deeltjes. Daarnaast wil men de karakterisatiemethodes ontwikkelen die nodig zijn om de oppervlaktemodificatie te kwantificeren. De technieken zullen ontwikkeld en bestudeerd worden voor een breed scala van materialen wat betreft deeltjesgrootte (nano/ɱm), vorm (deeltjes, vezels), materiaal (anorganisch/organisch) en structuur (poreus/niet-poreus). Dit moet resulteren in een toolbox voor oppervlaktemodificatie van poeders op nanoschaal, door het aanbrengen van specifieke chemische groepen of door een nm-dunne coating op het oppervlak. Het doel van deze oppervlaktemodificaties is het verbeteren van de performantie van de deeltjes in hun toepassing (bv. verbeteren van dispersiegedrag) of om extra functionaliteiten toe te voegen aan het poederoppervlak.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de Universiteit Utrecht. UA levert aan de Universiteit Utrecht de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds IMEC. UA levert aan IMEC de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Neyts Erik
• Co-promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ht doel van dit project (CNTb)is de ontwikkeling van de basiskennis en proces concepten voor het maken van gealigneerde carbon nanobuis bundels (aligned carbon nanotube bundles, aCNTb's). Deze zouden een gelijkaardige stijfheid moeten hebben als koolstofvezels met tegelijk een sterk verbeterde taaiheid, zodat structurele composieten bereikt worden met hoge inherente "strain to failure". Op deze manier kunnen deze "vezels" een volgende generatie versterkingsvezel worden vergeleken met koolstofvezel en staalvezel, waarbij de voordelen van beide gecombineerd worden: stijfheid en taaiheid van staalvezels gecombineerd met het lage gewicht van koolstofvezels.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds EU. UA levert aan EU de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Bladt Eva

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds Erasmus Mundus. UA levert aan Erasmus Mundus de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Verbeeck Johan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

SUNFLOWER is een gezamenlijk onderzoeksproject van 17 partnerinstellingen uit de wetenschap en de industrie. Het doel is de ontwikkeling van zeer efficiënte, duurzame, goedkope en milieuvriendelijke gedrukte organische fotovoltaïsche cellen. Elektronenmicroscopie wordt gebruikt om degradatie te onderzoeken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel. Elektronentomografie op atomaire niveau zal worden ontwikkeld en toegepast op verschillende soorten nanomaterialen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Goris Bart

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

"Soft matter" omvat een brede klasse materialen, waaronder colloïden, polymeren, biologische stalen en biomaterialen. Hoewel het gebruik van dergelijke materialen steeds belangrijker wordt bij nanotechnologie, kan een succesvolle implementatie alleen worden bereikt door middel van een grondig structureel onderzoek op het nanometer niveau. Elektronenmicroscopie is de meest gebruikte techniek om anorganische (nano) materialen te bestuderen, zelfs op de atomaire schaal. Zulke onderzoeken zijn echter verre van eenvoudige wanneer zachte materie wordt overwogen. Daarom is deze aanvraag gericht op een environmental scanning electron microscope evenals een cryo ultramicrotoom.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Adriaensen Dirk
• Co-promotor: De Wael Karolien

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel. De interactie tussen metalen en halfgeleidende materialen zal worden onderzocht op nanometerschaal.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project behandelt de optimalisatie van de relatie tussen structuur en activiteit voor twee klassen van nanoporeuze materialen: Ag-TiO2 nanobuisjes en Periodische Mesoporeuze Organosilica's. We gebruiken hierbij een multidisciplinaire aanpak die geavanceerde 3D beeldvormingstechnieken combineert met moderne computationele methodes, beide op atomaire schaal. Dit laat toe om de synthese en de activiteit van de nanoporeuze materialen op een meer doelgerichte manier te verbeteren t.o.v. de klassieke trial-and-error methodes.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Batenburg Joost
• Co-promotor: Partoens Bart

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de Vlaamse overheid. UA levert aan de Vlaamse overheid de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds SIM. UA levert aan SIM de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract. Het project betreft structurele en chemische karakterisering van gealigneerde CNTs op atomaire niveau en op micrometerschaal. Een techniek zal worden ontwikkeld om vezels te bekomen gebaseerd op de CNTs

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Kennis van de 3 dimensionale structuur en compositie van nanomaterialen op atomaire schaal is onmisbaar wanneer de fysische eigenschappen van deze materialen onderzocht moeten worden. In dit onderzoek probeer ik om verschillende moderne technieken in een elektronenmicroscoop te combineren met elektronentomografie om een drie dimensionaal beeld te maken van de atomaire structuur van de onderzochte materialen. Deze materialen kunnen varieren van core-shell nanodeeltjes tot interfaces in nanokristallen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Mandaathouder: Goris Bart

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Bij stamcelonderzoek speelt MRI beeldvorming een cruciale rol om te kunnen bepalen of toegediende stamcellen het doelwitorgaan bereiken, lokaal overleven, differentiëren en deel zullen uitmaken van het aangetaste weefsel. Echter, kennis m.b.t. de interactie van contrastpartikels met (sub)cellulaire structuren ontbreekt. In dit project zullen geavanceerde TEM technieken worden toegepast om verschillende types MRI contrastpartikels en opladingstechnieken voor neurale stamcellen te onderzoeken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Ponsaerts Peter
• Co-promotor: Van Der Linden Annemie

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel binnen dit project is de groei van metallische nanodraden gebaseerd op biomoleculaire templaten via de bottom-up aanpak grondig te begrijpen zodat de eigenschappen van de nanostructuren (zoals diameter en bedekking) controleerbaar worden. Dit doel zal worden nagestreefd door het effect op de morfologie van verschillende parameters tijdens de groei experimenteel te bestuderen. De informatie verkregen met TEM en AFM zal worden gecombineerd met een theoretische analyse van de mogelijke interacties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project heeft drie belangrijke doelstellingen. Een eerste doel is de vorming te bestuderen van metaal/legering deeltjes, gebonden op een dragend substraat en bekomen door oppervlakte-gestuurde chemische of elektrochemische depositie. Het tweede doel betreft het systematisch wijzigen van het oppervlak van de individuele deeltjes. Hierbij worden de gepaste, complementaire experimentele methodes aangewend voor de studie van de elektronische en structurele eigenschappen van de nanodeeltjes. Het bijeenbrengen en interpreteren van de complementaire informatie die geleverd wordt door de verschillende methodes, is het derde doel van het project.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel van dit project is het ontwikkelen van discrete tomografie voor elektronenmicroscopie. Hierbij zal worden uitgegaan van een nieuw reconstructie-algoritme dat momenteel op het Visielab wordt ontwikkeld. Het betreft het DART-algoritme: een iteratief, algebraïsch algoritme dat stappen van het SIRT-algoritme uit de continue tomografie afwisselt met discretie-stappen. Binnen de SIRT-iteraties worden telkens pixels vastgezet op één van de constante grijswaarden, waardoor een nieuw stelsel lineaire vergelijkingen wordt bekomen met minder onbekenden dan het oorspronkelijke stelsel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Batenburg Joost
• Co-promotor: Sijbers Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nieuwe nanosystemen worden steeds complexer zowel wat betreft chemsiche samenstelling als structuur. Vandaar worden er ook steeds hogere eisen gesteld aan microscopische en nanoscopische karakterisatietechnieken. Dit heeft ervoor gezorgd dat de ontwikkelingen in de wereld van de transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) de laatste decennia op zijn minst spectaculair kunnen worden genoemd. Naast de race om een steeds betere resolutie met behulp van microscopen die gecorrigeerd zijn voor verschillende lensaberraties, worden rechtstreeks interpreteerbare resultaten bekomen met behulp van geavanceerde TEM technieken zoals de focusvariatietechniek en donkerveldbeeldvorming in een rastertransmissie-elektronenmicroscoop (HAADF-STEM). Het is duidelijk dat deze nieuwe ontwikkelingen meer dan ooit toelaten om vaste stoffen op atomaire schaal te onderzoeken en dit niet enkel structureel, maar ook chemisch en elektronisch. Echter, de meeste resultaten werden tot nu toe behaald voor zeer goed gekende materialen zoals Si en Au. Deze materialen lenen zich inderdaad wanneer een nieuwe techniek moet worden uitgetest, maar in onze hedendaagse technologie worden er vaak meer complexe systemen gebruikt. Wanneer men geavanceerde TEM wil gebruiken om actuele problemen binnen de vaste-stoffysica op te lossen blijkt dat helaas niet evident. Deze uitdaging vormt het doel van dit project.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Tendeloo Staf
• Mandaathouder: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dankzij hun brede variëteit aan fysische eigenschappen (e.g. ferromagnetisme, CMR en supergeleiding) vormen keramische dunne lagen de basis voor een groot aantal technologieën. Bovenstaande eigenschappen worden vaak bepaald door parameters op zeer lokale schaal. Hoogresolutietransmissie-elektronenmicroscopie (HRTEM) wordt routinematig gebruikt om de atomaire structuur van dunne lagen te bepalen. De verwerking van de beelden wordt echter bemoeilijkt door de aberraties van het lenzensysteem. Een ander nadeel van 'klassieke' microscopie is dat enkel de intensiteit (= (amplitude)2) geregistreerd wordt. Een essentieel deel van de elektronengolf, de fase, gaat dus verloren. Verschillende technieken werden al ontwikkeld om bovengenoemde problemen op te lossen, twee van die methodes zullen in dit project toegepast worden, nl. de "focusvariatie" methode en "off-axis" elektronenholografie. Beide methodes werden tot nu toe voornamelijk toegepast op 'bulk' materialen met een vooraf gekende structuur. De uitdaging van dit project ligt dan ook in de toepassing van deze techniek op nanosystemen en systemen waar de locale (minuscule) structuurveranderingen de eigenschappen van het systeem beïnvloeden. In de buurt van defecten en grenslagen, kunnen de atoomposities afwijken van hun ideale posities. Zulke kleine veranderingen kunnen echter een grote invloed hebben op de fysische eigenschappen van de materialen. Bedoeling van dit project is de atoomposities (of de spanningen) in de buurt van vlakke discontinuïteiten (substraat-film grensvlakken, kristaldefecten,...) in nanogestructureerde materialen te bepalen met een precisie van 5-10 pm. Praktisch wordt in eerste instantie gedacht aan supergeleidende materialen van het type (La-Sr)CuO4 op een LaSrAlO4 substraat en aan (La-Sr)MnO3 CMR materialen, gegroeid op verschillende substraten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Tendeloo Staf
• Mandaathouder: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Binnen dit project onderzoeken we korrelgrenzen en grensvlakken in supergeleidende dunne lagen en tapes aan de hand van hoogresolutie transmissie elektronenmicroscopie. Op deze manier kunnen de fysische eigenschappen van deze systemen worden geoptimaliseerd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Tendeloo Staf
• Mandaathouder: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Binnen dit project onderzoeken we korrelgrenzen en grensvlakken in supergeleidende dunne lagen en tapes aan de hand van hoogresolutie transmissie elektronenmicroscopie. Op deze manier kunnen de fysische eigenschappen van deze systemen worden geoptimaliseerd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Tendeloo Staf
• Mandaathouder: Bals Sara

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject