Lopende projecten

Katalyse voor CCU: valorisatie van CO en CO2 via koolstofafvang en -gebruik. 01/01/2021 - 31/12/2025

Abstract

Deze Wetenschappelijke Onderzoeksgemeenschap (WOG) is samengesteld uit onderzoekers van verschillende en complementaire achtergrond in het gebied van CCU. Deze kritische pool van wetenschappelijke expertise kan de ontwikkeling van CCU technologieën versnellen en advies verlenen aan het beleid, industriële en publieke sectoren. Ons doel is om een CCU netwerk op te bouwen, relevant voor het Vlaamse/Europese industriële landschap, gefocust op het uitwisselen van kennis, het stimuleren van samenwerking vooral tussen jonge onderzoekers, en onderzoeksmiddelen te delen tussen indviduele kennisinstellingen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

"Power-to-olefins": Elektrificatie van stoomkraking en plasma conversie van methaan naar ethyleen 01/01/2021 - 31/12/2024

Abstract

Het doel van dit project is om CO2 emissies van olefine productie drastisch te doen dalen door de verbrandingsovens, verantwoordelijk voor 90% vn de CO2 emissies, te vervangen door een combinatie van twee nieuwe geëelektrificeerde reactorconcepten, nl. een geëlektrificeerde rotor stator stoomkraker, en een plasma-gebaseerde ethyleen booster. Onze bijdrage situeert zich in deze laatste, waarvoor we een kinetisch model en een reactormodel zullen ontwikkelen voor proces-optimizatie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Kunstmest maken vanuit lucht via plasma (Sustainable Manure) 01/12/2020 - 30/11/2022

Abstract

Het hoofddoel van dit project is de commercialisatie van een doorbraak-technologie voor het opwaarderen van natuurlijk mest naar een verbeterde kunstmest, om de wereldwijde voedingsproductie te verbeteren en emissies te reduceren. We maken gebruik van plasmatechnologie. Het consortium bestaat uit 2 bedrijven (het Zweedse ScanArc Plasma Technologies AS en het Noorse N2 Applied) en onze onderzoeksgroep PLASMANT. Onze rol in dit project is het modelleren van plasma reactor design en van de chemie, alsook expeirmenten in deze verbeterde reactoren, voor verbeterde toepassing.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Computational studie van nieuwe reactiepaden in gasconversie op nieuwe nanokatalysatoren. 01/11/2020 - 31/10/2023

Abstract

Omzetting van broeikasgassen (in het bijzonder CH4 en CO2) in grondstoffen met toegevoegde waarde is van zeer groot belang, zowel in de context van klimaatverandering als van de chemische industrie. De traditionele omzetting van CH4 en CO2 vereist doorgaans een hoge temperatuur en druk, alsook het gebruik van zeer dure en vervuilende metalen. Daarom zijn duurzame katalysatoren met hoge selectiviteit voor de omzetting van CH4 en CO2 bij kamertemperatuur zeer gewenst vanuit chemisch, milieu- en economisch perspectief. Sinds kort worden zgn. single-atom katalysatoren onderzocht als nieuwe materialen, niet alleen omdat ze het gebruik van metalen minimaliseren, maar ook omdat ze beter werkzaam (kunnen) zijn dan conventionele katalysatoren mbt. hun specifieke activiteit. In dit project zal ik dmv. DFT berekeningen een nieuwe klasse van nanokatalysatoren onderzoeken, door het heel specifiek regelen van hun oppervlak. In het bijzonder zal ik de gedetaillerde reactiepaden onderzoeken van chemische en elektrochemische conversie van CH4 en CO2 in brandstoffen op deze materialen. Ik zal onderzoeken hoe deze mechanismen de reactiesnelheden bepalen door het ontwikkelen van specifieke kinetisch modellen voor iedere (elektro)chemische reactie. Ter validatie zal ik mijn computationele resultaten ook vergelijken met experimentele resultaten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Stikstoffixatie via plasma-vloeistof interactie: Onderzoek d.m.v. simulaties en experimenten. 01/11/2020 - 31/10/2022

Abstract

De hoeveelheid NH3 die vandaag geproduceerd wordt met het Haber-Bosch (H-B) proces onderhoudt meer dan 40% van de wereldbevolking, in de vorm van meststoffen. Dit proces is echter zeer energie-intensief met een hoge CO2 uitstoot, dat nog maar weinig ruimte laat voor optimalisatie. Door de dreigende klimaatsverandering is er nood aan een milieuvriendelijk alternatief. Mijn project zal plasma-vloeistof interactie onderzoeken als mogelijk alternatief. In het algemeen biedt plasma-gebaseerde NH3 productie diverse voordelen, zoals de werking bij atmosfeerdruk en kamertemperatuur, en de mogelijkheid voor koppeling aan hernieuwbare energie. Plasma-vloeistof interactie heeft het extra voordeel dat het geen nood heeft aan het zeer vervuilende steam methane reforming proces, aangezien het H2O gebruikt als de waterstofbron in plaats van H2. Om NH3 productie via plasma-vloeistof interactie te kunnen optimaliseren, is een grondige kennis vereist over de onderliggende mechanismes. Het is mijn doel deze kennis te verkrijgen m.b.v. een gecombineerd 0D-2D model. Ik zal twee verschillende plasmabronnen gebruiken, namelijk een plasma jet en DBD, en zal hun voordelen en optimalisatiemogelijkheden voor NH3 productie onderzoeken. Voor de ontwikkeling van het DBD model plan ik een onderzoeksverblijf in de groep MIPSE. Ten slotte zal ik ook experimenten uitvoeren, voor validatie van de modellen alsook om een meer compleet beeld te verkrijgen van de plasma-vloeistof systemen en hun mogelijkheden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Plasma-katalytische hydrogenatie van CO2 tot CH3OH: Studie van de onderliggende mechanismen via geïntegreerd microkinetisch modelleren van plasmachemie en oppervlaktereacties. 01/11/2020 - 31/10/2022

Abstract

Er is een groeiende interesse in het omzetten van CO2 naar waardevolle chemicaliën. Een interessant proces is hydrogenatie tot CH3OH, een waardevolle brandstof en intermediair in de chemische industrie. De CO2 conversie en CH3OH selectiviteit zijn echter beperkt door thermodynamica wanneer heterogene katalyse wordt gebruikt. Een mogelijke oplossing is het combineren van katalyse met niet-thermisch plasma, wat kinetisch gelimiteerde processen mogelijk maakt bij temperaturen die thermodynamisch gunstig blijven. In mijn project zal ik de plasma-katalytische conversie van CO2 tot CH3OH computationeel bestuderen om inzicht te krijgen in de onderliggende mechanismen. Dit inzicht is momenteel immers zeer beperkt. Ik zal beginnen met het ontwikkelen van een 0D chemische kinetiek model van een CO2/H2 plasma. Vervolgens zal ik een microkinetisch oppervlakte model ontwikkelen om de reacties aan het oppervlak van de katalysator te simuleren. In de derde stap zal ik deze modellen koppelen om te bestuderen hoe de katalysator de gas fase beïnvloedt en omgekeerd. Ik zal ook de invloed van verschillende katalysatoren en ZnO promotie onderzoeken. Al deze modellen zullen gevalideerd worden aan de hand van experimenten en worden verbeterd wanneer de resultaten onvoldoende in overeenstemming zijn. Het uiteindelijke doel is om de plasma en katalysator condities te optimaliseren voor de plasma-katalytische hydrogenatie van CO2 tot CH3OH.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Model-gebaseerde verbetering van het reactor design in een gliding arc plasmatron voor CO2 conversie met en zonder katalysator 01/11/2020 - 31/10/2022

Abstract

De opwarming van de aarde is een complex probleem en er moet dringend iets veranderen. Het broeikasgas CO2 is een belangrijke factor in dit vraagstuk. Als CO2 omgezet wordt in nieuwe waardevolle componenten en brandstoffen, kan het een duurzame kringloop vormen. Plasmatechnologie heeft het potentieel om tot deze kringloop te komen. De gliding arc plasmatron (GAP) reactor is daarvoor bijzonder interessant, maar de huidige prestaties zijn ontoereikend. Mijn project zal zich richten op de conversie van CO2 en CO2/CH4 mengsels in nuttige grondstoffen in deze reactor. Ondanks de veelbelovende resultaten van de GAP, botst het huidige reactor design op limieten. Vernieuwing van het design is van cruciaal belang om de conversie en energie-efficiëntie te optimaliseren. Ook de combinatie met een katalysator werd nog niet getest en kan leiden tot een verbeterde conversie en selectiviteit. Om een optimaal ontwerp te bekomen, is er meer inzicht nodig in de onderliggende mechanismes. De beste aanpak is daarom een combinatie van modelleren en experimenten. Ik zal nieuwe designs onderzoeken met behulp van een chemische reactiekinetiek 0D model en een 3D model op basis van fluïd dynamica. De modellen zal ik valideren met behulp van experimenten, met specifieke diagnostiek tijdens twee verblijven aan de Technische Universiteit Eindhoven en de Universiteit van Bochum. Uiteindelijk leidt deze gecombineerde studie tot meer inzicht in deze plasma reactor voor een geoptimaliseerde werking.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Van fysisch plasma tot cellulaire reactiepaden: een multidisciplinaire benadering om de responspatronen te ontrafelen geïnduceerd door niet-thermisch plasma voor kankerbehandeling. 01/10/2020 - 30/09/2023

Abstract

Kankertherapie evolueert snel, deels vanwege de vooruitgang in andere domeinen, die geleid heeft tot de ontwikkeling van gedetailleerde methoden voor het bestuderen van kankerpatronen en innovatieve therapieën. Niet-thermisch plasma (NTP) is een nieuwe behandeling die in opkomst is voor kanker-immunotherapie. Bioinformatica is een ander wetenschapsgebied dat een snelle groei doormaakt, en we kunnen steeds grotere hoeveelheden 'omics' gegevens verzamelen en verwerken. In mijn project zal ik een combinatie van experimentele en bioinformatica benaderingen gebruiken om fundamentele effecten van NTP op kankercellen te bestuderen: 1) de mechanismen die de gevoeligheid van cellen beïnvloeden en 2) moleculaire veranderingen die kunnen worden benut voor combinatietherapie. In vitro experimenten zullen worden uitgevoerd om verschillende kankercellijnen in te delen in verschillende gevoeligheidsgroepen op basis van NTP-geïnduceerde celdood, en de cel redoxbalans en celdoodmodaliteiten zullen worden bestudeerd. Transcriptoomanalyse en bioinformaticamethoden voor kanker zullen worden gebruikt om de geactiveerde patronen te ontdekken. Kenmerkende genpatronen uit de transcriptoomgegevens zullen ook worden bestudeerd om een vollediger beeld te krijgen van de immunologische veranderingen in met NTP behandelde cellen. Alle in silico resultaten zullen experimenteel gevalideerd worden. Dit project betekent een meerwaarde voor meerdere wetenschapsgebieden en opent nieuwe onderzoekslijnen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Onderzoek in het domein van de plasma chemie (i.k.v. ERC Syng). 01/02/2020 - 31/01/2026

Abstract

Dit onderzoek omvat experimenten en modellering voor plasma gebruikt voor milieutoepassingen, groene chemie, en in de geneeskunde, meer specifiek voor plasma-gebaseerde gasconversie (CO2, N2, CH4) in meer waardevolle componenten, alsook voor kankerbehandeling.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasma-vloeistof interactie: Gecombineerde 0D-2D modellering en experimentele validatie. 01/01/2020 - 31/12/2023

Abstract

Plasma-vloeistof interactie is een belangrijk subdomein van plasma-wetenschappen, met veelbelovende toepassingen, zoals waterbehandeling, chemische synthese en vooral geneeskunde, bv. kankerbehandeling, waar plasma-behandelde vloeistoffen gelijkaardige anti-kanker eigenschappen lijken te hebben als het plasma zelf, en eenvoudiger kunnen toegediend worden voor tumoren in het lichaam. Ondanks de groeiende interesse in plasma-vloeistof interactie is er nood aan meer fundamenteel inzicht in de onderliggende fysische en chemische processen. In dit project wensen we dit te bekomen via gecombineerde 0D-2D modellering, voor twee belangrijke plasma types, een plasmajet en een dielektrische barriere ontlading (DBD). De combinatie van 0D en 2D modellen is heel interessant, want het laat ons toe om hun voordelen te combineren en hun nadelen te vermijden. Een 0D model kan immers de volledige plasma-vloeistof chemie (gasfase, interface en vloeistof) beschrijven met beperkte rekentijd, maar zonder ruimtelijke informatie, terwijl 2D fluid dynamica simulaties beperkte chemie beschrijven, door hun lange rekentijd, maar zich richten op de fysische interactiemechanismen, zoals gas en vloeistof stromingsdynamica en transport van deeltjes, en DBD filament interactie met de vloeistof. Tenslotte zullen ook experimenten uitgevoerd worden om de belangrijkste vloeistofdeeltjes te meten, ter validatie van de modellen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Onderzoek naar de fundamentele plasma-effecten op de tumor micro-omgeving via de ontwikkeling van een gecontrolleerd plasma-systeem voor klinische kankertherapie. 01/01/2020 - 31/12/2023

Abstract

Niet-thermische plasmatechnologie wint aan interesse als nieuwe kankertherapie. Plasma wordt reeds klinisch toegepast bij patiënten met hoofd- en halskanker, de zesde meest voorkomende kanker wereldwijd, met lange-termijn overlevingskansen onder 50%. Hoewel de eerste studies veelbelovend zijn (bv. partiële remissie, minder pijn, geen gerapporteerde neveneffecten), werd een aandachtspunt gesignaleerd bij de klinische toepassing, nl. lage reproduceerbaarheid van de behandeling. De huidige plasmatoestellen worden immers met de hand bediend en de arts moet zelf een inschatting maken i.v.m. geschikte behandelingtijd. Dit leidt tot een grote variabiliteit, zeker als de arts het plasmatoestel over een groter oppervlak moet bewegen. Daarom willen wij een robotsysteem voor plasmabehandeling ontwikkelen, dat toelaat om de fundamentele plasma-effecten op de tumor te onderzoeken, voor klinische kankerbehandeling. We zullen meerdere sensoren gebruiken om de patiëntomgeving te detecteren, artificiële intelligentie om de patiëntverstoringspatronen (bv. ademhaling) te 'leren en voorspellen', en een robotarm om het plasma toe te dienen. We zullen dit systeem uittesten op 3D tumormodellen en op muizen. Dit project zal een grote stap voorwaarts betekenen voor klinische toepassing van plasma voor kankerbehandeling, door de voorheen onbekende biologische responsen van plasma te ontrafelen en een antwoord te bieden op de klinische aandachtspunten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Dioxide naar monoxide: Innovatieve katalyse voor de omzetting van CO2 naar CO (D2M). 01/01/2020 - 30/09/2021

Abstract

Het doet van dit project is om verschillende (katalytische) technologieën te ontwikkelen voor de productie van CO als chemische component via de conversie vanuit CO2. De verschillende technologieën zullen vergeleken worden om hun potentieel te evalueren, en om veelbelovende strategieën te definiëren voor verdere ontwikkeling en opschaling.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Omzetting van elektriciteit naar chemicaliën 01/01/2020 - 30/06/2021

Abstract

Het doel van dit project is om CO2-neutrale ammoniakproductie aan te tonen via processen gedreven door hernieuwbare elektriciteit, nl. (photo)elektrokatalytische en plasma-gebaseerd routes. Vijf wetenschappelijke doelen werden gedefinieerd: 1) Begrijpen van de mechanismen van N2 activatie in kandidaat-elektrokatalysatoren 2) Screening en rationale ontwikkeling van hoog-efficiente elektrokatalysatoren voor N2 reductie 3) Onderzoeken en optimizatie van extrensieke parameters voor duurzame N2 reductie 4) Onderzoek en ontwikkeling van plasma reactoren voor NH3 productie 5) Ontwikkeling van een elektro- en plasmareactor aangedreven door een fotovoltaïsche zonnecel

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Atmosferisch plasma as groene oplossing voor verbeterde adhesie en functionalizatie (PlasmaSol). 01/11/2019 - 31/10/2022

Abstract

Het algemene doel van het project is om niet-thermische atmosferische plasmatechnologie te gebruiken als een ecologische methode voor oppervlakmodificatie, om zo de huidige niet-ecologische processen te vervangen en/of oppervlakeigenschappen te verkrijgen die momenteel niet haalbaar zijn met conventionele processen. Binnen het PlasmaSol project wordt deze technologie onderzocht om (i) een goede adhesie tussen verschillende substraten enerzijds en folies of coatings anderzijds te verzekeren, (ii) hout-kunststof-composieten en textiel te voorzien van een antimicrobiële functionaliteit, en (iii) de brandvertragende eigenschappen van textiel te verbeteren. Door gebruik te maken van een uitgebreid arsenaal aan geavanceerde karakterisatietechnieken wordt fundamentele kennis over plasmachemie en -fysica verkregen, wat zal leiden tot een waardevolle dataset van geschikte precursoren voor de behandelde substraten. Deze dataset zal ook toepassingen vinden in domeinen die buiten de scope van dit project vallen. Om meer fundamentele inzichten in het plasmaproces te krijgen, zal het experimentele werk aangevuld worden met theoretisch modelleren van zowel de plasmareactor als het ontwerp van de nozzle met behulp van numerieke stromingsleer van de gasstroom en het plasmaproces, voor een uitgebreide selectie van condities.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

CO2-conversie in een microgolf plasma: een studie naar de onderliggende mechanismen d.m.v. computationeel en experimenteel onderzoek. 01/11/2019 - 31/10/2021

Abstract

Klimaatopwarming wordt gezien als een van de belangrijkste bedreigingen voor de mensheid. Het is daarom van cruciaal belang om nu actie te ondernemen. Een van de zaken die de strijd tegen klimaatopwarming kan helpen is het voorkomen van de productie en uitstoot (naar de atmosfeer) van CO2. De creatie van een gesloten kringloop van CO2 kan hierbij van cruciaal belang zijn. Hierbij kan men CO2 opvangen en recycleren tot producten van toegevoegde waarde, zoals industriële chemicaliën of brandstoffen. Een manier om tot deze kringloop te komen is d.m.v. plasma, een geïoniseerd gas. Hierop zal mijn project zich focussen: de conversie van CO2 in aanwezigheid van H2O in een microgolfplasma. H2O is een veelvoorkomende moleculen, maar desondanks bestaat er geen model voor CO2/H2O. Voordat echter een goed geoptimaliseerd systeem verkregen kan worden, moeten de onderliggende mechanismen onderzocht worden en dus ook alle bijhorende processen. De beste aanpak hiervoor is een combinatie van modelleren en experimenten. Hiervoor zal ik ook twee computermodellen opstellen: een model gebaseerd op chemische kinetiek (0D) en een tweede op fluïde dynamica (2D). Als tweede luik, zal ik experimenten doen in de UMONS en DIFFER. Uit de verkregen resultaten kunnen inzichten worden gehaald die dan zullen leiden tot verbeterde kennis over het systeem en dus ook een geoptimaliseerde conversie en efficiëntie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Inzicht in de chemie aan de grens tussen plasma en katalysator door middel van simulaties op atomaire schaal. 01/10/2019 - 30/09/2022

Abstract

Plasmakatalyse wordt sinds kort gezien als een veelbelovend alternatief voor traditionele thermo-katalytische technieken. Het plasma is fysisch uit evenwicht, met veel energie geconcentreerd in een beperkt aantal vrijheidsgraden, en kan hierdoor de kinetiek en het evenwicht van bepaalde chemische processen selectief manipuleren. Verschillende fysische effecten aan de grenslaag tussen plasma en katalysator – zoals vibrationeel geëxciteerde moleculen, oppervlakteladingen en elektrische velden – zijn niet aanwezig onder "gewone" thermische condities, en kunnen de katalytische oppervlaktechemie drastisch wijzigen. Er is echter zeer weinig geweten over deze nieuwe klasse van oppervlakteprocessen door een gebrek aan experimenten of gedetailleerde modellen. In dit project zal ik de unieke fysicochemische fenomenen onderzoeken die plaatsgrijpen op de grenslaag tussen plasma en katalysator. Ik zal een geïntegreerd atomistisch simulatiemodel ontwikkelen, hiermee de fundamentele mechanismen van plasma-geïnduceerde processen op de katalysator ontrafelen, en onthullen hoe selectieve koppeling tussen plasma en katalysator tot nieuwe chemische regimes leidt. De ongewone chemie op de grens van plasma en katalysator is nieuw, onontgonnen terrein in het domein van katalyse; de fundamentele inzichten uit dit project zullen een grote stap voorwaarts zijn in ons begrip van de fysische chemie van oppervlakken, en kunnen een bijdrage leveren aan de ontwikkeling van nieuwe gasconversietechnieken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasma voor efficiënte stikstoffixatie 01/10/2019 - 30/09/2021

Abstract

Stikstoffixatie op industriële schaal verloopt via het Haber-Bosch proces, dat de productie van kunstmest domineert, maar een energie-intensief proces is, verantwoordelijk voor meer dan 300 miljoen ton CO2 uitstoot. Er is dus nood aan alternatieve technologie. Plasma is veelbelovend voor gedelocaliseerde productie, gebaseerd op hernieuwbare energie, en meerbepaald voor NO productie. In dit project wordt een gepulste microwave (MW) plasma bij atmosfeerdruk onderzocht voor NO productie uit lucht, op basis van computermodellering en experimenten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Oppervlakte-begrensd, snel-gemoduleerd plasma voor proces- en energie-intensificatie voor de conversie van kleine moleculen (SCOPE). 01/04/2019 - 31/03/2025

Abstract

Dit ERC Synergy project introduceert een grondbrekende nieuwe benadering om hernieuwbare energie te gebruiken voor drie belangrijke industriële reacties: 1) N2 fixatie, 2) CH4 valorizatie en 3) CO2 conversie in vloeibare brandstoffen. We gebruiken hiervoor niet-thermisch plasma, wat een groot potentieel heeft om deze kleine (laag reactieve) moleculen om te zetten bij normale temperatuur en druk, met een veel lagere koolstof voetafdruk (tot meer dan 90% tov bestaande processen). Echter, de selectiviteit en energie-efficiëntie van plasmatechnologie voor deze reacties is nog te laag, en dus zijn radicaal nieuwe benaderingen nodig, in combinatie met katalyse. Door geëxciteerde toestanden te creëren in vaste katalysatoren, die synergetisch werken met de geëxciteerde plasmadeeltjes, introduceren we een gloednieuw idee voor plasma-katalyse symbiose. Daarnaast introduceren we een nieuw concept van nano-/micro-plasma array via een innovatief elektrodedesign, om plasma te genereren aan het katalysatoroppervlak, waardoor we lange afstand transport vermijden. Door ferromagnetische nanodomeinen in te bouwen in de katalysator support en radiofrequente verhitting te introduceren, creëren we snelle temperatuursmodulaties direct aan de actieve sites van de katalysator. Door al deze elementen te combineren, zal dit project de selectiviteit en energie-efficiëntie verbeteren tot een niveau bereikt wordt dat geschikt is voor exploitatie. Dit vereist een synergie over verschillende schalen: nano (aan de katalysator), micro (op niveau van modelleren van de plasmadeeltjes), milli (op reactorschaal) en mega (op niveau van productieplant, voor duurzame productie en inschatten van de impact via "Life-Cycle-Assessment").

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Computationeel modelleren van materialen: van atomistische eigenschappen tot nieuwe functionaliteiten. 01/01/2019 - 31/12/2023

Abstract

In deze WOG is het globale doel om bestaande computationele methoden te gebruiken en nieuwe methoden te ontwikkelen op de atomaire en moleculaire schaal om fundamentele materiaaleigenschappen te modeleren en simuleren, om zo nieuwe materiaal functionaliteiten te ontrafelen en begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasmakatalyse voor CO2 recycling en groene chemie (PIONEER). 01/01/2019 - 31/12/2022

Abstract

Het hoofddoel van dit project is de opleiding van een nieuwe generatie experten in CO2 valorisatie via plasmakatalyse. Plasmakatalyse is veelbelovend, maar de onderliggende processen zijn nog niet begrepen. In dit project zal het onderzoek zich toespitsten op een beter begrijpen van CO2 plasma's, hun interactie met katalysatoren, de vorming van geëxciteerde deeltjes, en de fundamentele reactiemechanismen. Verschillende soorten plasma's en katalysatoren en verschillende reactorconcepten zullen bekeken worden. De PhD topics reiken van plasmafysica tot de fysicochemische karakterisatie van vaste stof oppervlakken en katalysatoren. De studenten zullen ook getraind worden in verschillende soft skills.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Ontwikkeling van pakking materialen en katalysatoren voor selectieve en energie efficiënte plasmagedreven conversies (PLASMACATDESIGN). 01/01/2019 - 31/12/2022

Abstract

PlasMaCatDESIGN heeft tot doel de ontwerpregels voor (katalytisch geactiveerde) pakking materialen te ontwikkelen om plasma-geactiveerde gasfase conversiereacties naar basis chemicaliën te verbeteren. Door de materiaal- eigenschap – performatie correlatie te begrijpen, beogen we het verhogen van de conversie, selectiviteit en energie efficiëntie van twee geselecteerde industrieel en milieu relevante model reacties waar plasma katalyse specifieke voordelen kan hebben: selectieve CO2 conversie naar C1-C5 (geoxideerde) koolwaterstoffen en anorganische amines (stikstof fixatie).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Atomair dunne membranen voor water- en ionentransport. 01/01/2019 - 31/12/2022

Abstract

Membranen worden gebruikt voor scheidingsprocessen met toepassingen in diverse gebieden zoals waterontzilting, gasscheiding, energie technologieën, microfluidics en geneeskunde. Grafeen en gerelateerde materialen hebben dankzij hun exceptionele eigenschappen nieuwe mogelijkheden gecreeëerd in membraantechnologieën. Dergelijke membranen zullen onderzocht worden voor water en waterstof transport, ion-zeven en waterstof isotoop scheiding. Fundamenteel inzicht in massatransport op de nanoschaal zal verkregen worden dmv theoretische methoden en computationele modelering, met intensieve samenwerking met experimenten voor validatiedoeleinden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasma-gebaseerde kankerbehandeling: Atomaire schaal simulaties. 01/10/2018 - 30/09/2021

Abstract

Plasma's zijn veelbelovend voor kankerbehandeling, maar er is een beter begrip van de anti-kanker eigenschappen nodig. De biologische effecten van plasma worden toegewezen aan de reactieve zuurstof- en stikstofdeeltjes (RONS). Plasma-geproduceerde RONS regelen essentiële biochemische "pathways", die chemische en fysische veranderingen in cellen teweegbrengen, maar de onderliggende mechanismen worden nog niet helemaal begrepen. In dit project worden atomaire simulaties gebruikt om de interactiemechanismen bestudeerd van RONS met 6 verschillende proteïnen die een vitale rol spelen in kanker(behandeling). Zowel reactieve als niet-reactieve moleculaire dynamica simulaties worden gebruikt om plasma-geïnduceerde structurele en functionele verandering in antioxidant, transmembraan- en celloppervlak proteinen te bestuderen, alsook de daaropvolgende effecten op hun beschermende, transport en bindingseigenschappen, die uiteindelijk tot kanker celdood zullen leiden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Plasma voor toepassingen in het milieu, geneeskunde, analytische chemie en materiaalwetenschappen. 01/05/2018 - 31/12/2024

Abstract

Plasma is een geïonizeerd gas. Het is de vierde aggregatietoestand, naast vast, vloeibaar en gasvormig. Het komt in de natuur voor, maar kan ook door de mens opgewekt worden door het aanleggen van elektrische velden of warmte aan een gas. Plasma bestaat uit gasmoleculen, maar ook uit vele reactieve deeltjes, zoals elektronen, verschillende soorten ionen, radicalen en geëxciteerde deeltjes. Deze reactieve chemische cocktail maakt plasma interessant voor vele toepassingen. Wij bestuderen de onderliggende mechanismen in plasma, met inbegrip van de plasmachemie, plasma reactor design en plasma‐oppervlak interacties, door middel van computersimulaties en experimenten, om de volgende toepassingen te verbeteren: (1) in materiaalwetenschappen (voor nanotechnologie en de fabricatie van microchips), (2) voor analytische chemie, (3) in milieu/energie toepassingen (nl. de conversie van broeikasgassen en stikstoffixatie, en (4) in de geneeskunde (vooral kankeronderzoek).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Experimentele en theoretische studie van de fundamentele mechanismen van stikstoffixatie door plasma en plasma-katalyse: ontwikkeling van nieuwe, milieuvriendelijke en efficiënte processen (NITROPLASM). 01/01/2018 - 31/12/2021

Abstract

Stikstof is een cruciaal element voor levende organismen op aarde. De transformatie van atmosferische N2 in moleculen die geïncorporeerd kunnen worden door de meeste organismen (zgn. N2 fixatie) wordt ofwel gedaan door microorganismen of door energetisch kostelijke chemische processen (bliksem, het Haber- Bosch (H-B) proces). Vermits de theoretische limiet voor de energie- consumptie van N2 fixatie via non-thermisch plasma (NTP) meer dan 2.5 keer lager is dan de energie-consumptie van het H-B proces, heeft dit project als doel om de NTP processen voor N2-fixatie te bestuderen, via zowel reductie als oxidatie. Het doel is om een gedetailleerd inzicht te krijgen in de N2 fixatie-mechanismen in N2/O2 en N2/CH4 plasma's door gecombineerde experimenten en numerieke simulaties van een groot aantal plasma-types, met inbegrip van plasma-vloeistof-ontladingen. Om de N2 fixatiesnelheid en het rendement te verhogen, zal ook plasmakatalyse bestudeerd worden in dezelfde gasmengsels. De katalysatoren zullen bereid worden via traditionele alsook plasma-gebaseerde calcinatie en plasma-gebaseerde modificatie van de "supports" en gesynthetiseerde katalysatoren. In dit project wensen we dus fundamenteel inzicht te verkrijgen in de mechanismen van plasma-gebaseerde N2 fixatie in de gasfase, vloeistoffase en aan katalysatoroppervlakken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Afgelopen projecten

Atomaire schaal modellering voor plasma-geassisteerde kanker immunotherapie: Studie van de signaalremmende eiwitten. 01/10/2019 - 30/09/2020

Abstract

Biomedische toepassingen van koude atmosferische plasma's krijgen toenemende interesse, vooral voor kanker immunotherapie. De onderliggende mechanismen zijn echter nog verre van begrepen. Plasma creëert een mengsel van reactieve zuurstof- en stikstofdeeltjes, die interageren met levende cellen, en op moleculair niveau modificaties teweegbrengen in de celcomponenten (bv. proteïnen) tengevolge van oxidatie. Dit zal de intra- en/of intercellulaire signaaloverdrachten beïnvloeden, die aanleiding geven tot veranderingen in het celmetabolisme, waarvan men aanneemt dat het leidt tot immunogene kankerceldood. Om de effecten van plama op het proces van kankerceleliminatie door het immuunsysteem beter te begrijpen, is een fundamenteel inzicht nodig in de proteïne-proteïne interactie van kankercellen en immuuncellen, en in het effect van plasma-geïnduceerde oxidatie op deze interactie. Complementair aan experimenten kunnen computersimulaties de onderliggende processes bestuderen met nanoschaal precisie. In dit project wens ik daarom de mechanismen van immunogene celdood geïnduceerd door plasma-gecreëerde RONS te ontrafelen, die aanleiding geven tot eliminatie van kankercellen door immuuncellen. Specifiek zal ik een combinatie van verschillende soorten atomaire schaal simulaties uitvoeren, om de interactie tussen proteïnen van immuuncellen en van kankercellen, en het effect van oxidatie op deze interactie te bestuderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Multischaal simulaties van magnetron sputterdepositie. 01/10/2018 - 31/03/2019

Abstract

Numerische simulaties laten toe om inzicht te verwerven in de basisprocessen die uiteindelijk aanleiding geven tot de complexiteit van reële experimenten. In dit project worden multischaal simulaties uitgevoerd om de vorming van dunne katalytische Pt films in een zogenaamde sputterdepositie setup beter te begrijpen. Simulaties gebaseerd op de wetten van de hydrodynamica (zgn. "fluid" simulaties) worden gebruikt om het gedrag van het sputter-depositie proces beter te begrijpen op macroschaal. Deze simulaties leveren de input die nodig is voor de daaropvolgende simulaties op micro/atomaire schaal. In deze atomaire schaal simulaties worden nieuwe methodologieën aangewend – in het bijzonder collectieve variabele-aangedreven hyperdynamica simulaties – om (computationele) toegang te krijgen tot tijdsschalen die ver buiten het bereik van standaard moleculaire dynamica simulaties liggen. Uit de resultaten van deze simulaties hopen we beter te zullen begrijpen hoe de morfologie en structuur van dunne Pt films wordt gevormd en hoe we deze – uiteindelijk – kunnen sturen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasmabehandelde vloeistoffen voor kankerbehandeling: de selectiviteit tegen kankercellen verklaren door een gecombineerde experimentele en computationele studie. 01/10/2018 - 31/01/2019

Abstract

Plasma wint aan interesse voor kankerbehandeling, hoewel de toepassing nog in zijn kinderschoenen staat. Naast directe plasmabehandeling van kankercellen kan plasma ook gebruikt worden om vloeistoffen te behandelen, die gelijkaardige anti-kankereffecten blijken te hebben als het plasma zelf. Deze plasmabehandelde vloeistoffen (Eng: plasma-treated liquids, PTL) zijn veelbelovend voor kankerbehandeling, omdat ze meer algemeen kunnen worden toegepast, bv. ze kunnen direct in weefsel van patiënten geïnjecteerd worden. Echter, de selectiviteit van PTL behandeling naar kankercellen, waarbij normale cellen onaangetast blijven, werd nog niet grondig onderzocht. Dit is exact de focus van dit project. We wensen uit te zoeken welke kankerceltypes meer (of minder) gevoelig zijn aan PTL behandeling en hoe de selectiviteit naar kankercellen kan bevorderd worden. Daarom zullen we de chemische samenstelling van de PTL (reactieve zuurstof-, stikstof- en chloordeeltjes) in verband brengen met de selectiviteit in celdood van kankercellen vs. normale cellen, om uit te zoeken welke deeltjes deze selectiviteit kunnen bevorderen (WP1). In parallel zullen we een 0D en 2D computationeel model ontwikkelen om de plasma-vloeistof interacties te bestuderen (WP2+3). Met de verkregen kennis in WP1 zullen de modellen gebruikt worden om uit te zoeken welke plasmabehandelingsvoorwaarden de selectiviteit kunnen bevorderen. Vervolgens zullen deze condities gebruikt worden in patient celexperimenten om de selectiviteit te verbeteren (WP4). Tenslotte zullen we ook de onderliggende mechanismen van deze selectiviteit in de celexperimenten trachten te ontrafelen (WP4).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Plasmakatalyse op nanoschaal: een generisch Monte Carlo model voor onderzoek naar de diffusie en de chemische reacties van plasmadeeltjes aan poreuze katalysatoren. 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

In dit project willen we een generiek model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in en uit de poriën van een katalysator te simuleren, alsook de katalytische reacties aan het porieoppervlak. Op deze manier trachten we inzicht te verwerven in de onderliggende processen van plasmakatalyse in het algemeen, en specifiek van de plasmakatalytische conversie van CO2 en H2 naar methanol. In dit project willen we focussen op de conversie op een Cu-katalysator. Met behulp van kwantumchemische berekeningen willen we de adsorptie-eigenschappen bepalen van de belangrijkste plasmadeeltjes en de verschillende reactiemechanismen en reactiesnelheden aan het oppervlak. In parallel willen we een Monte Carlo model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in katalysatorporiën te bestuderen, alsook hun oppervlaktereacties, waarvoor we gebruik zullen maken van de resultaten bekomen via de kwantumchemische berekeningen. Dit model zal ons toelaten om de rol van plasmadeeltjes te bestuderen bij de methanolsynthese, de invloed van de poriegrootte en de porievorm, op het totale rendement, welke reactieproducten en nevenproducten gevormd worden en of deze producten uit de poriën kunnen diffunderen, om plaats te maken voor nieuwe reagentia. De resultaten van deze studie zullen de noodzakelijke informatie verschaffen voor het beter begrijpen van de fundamentele plasmakatalytische processen en zijn essentieel voor het verder optimaliseren van deze beloftevolle processen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Ontrafelen van de mechanismen van plasma-geinduceerde immunogene kanker celdood en bepalen van de efficientie om anti-tumor immuniteit op te wekken: Een experimentele en computationele studie. 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

Dit project bestudeert de mechanismen van niet-evenwichtsplasma in kankerbehandeling, en meer specifiek de rol van het immuunsysteem, via een combinatie van experimenten, computersimulaties en karakterisatie van plasma-behandelde vloeistoffen gebruikt voor de kankerbehandeling.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Modellering en experimentele validatie van een "flowing afterglow" ionenbron bij atmosfeerdruk gebruikt voor "ambient" ionizatie massaspectrometrie. 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

"Ambient desorption/ionization mass spectrometrie" is een nieuw domein binnen de massaspectrometrie dat toenemend aan belang wint in de analytische chemie. In dit project wensen we een ioenbron voor deze toepassing te beschrijven via computersimulaties, nl. de "flowing atmospheric pressure afterglow" (FAPA).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Het dynamische gedrag van koolstof nanostructuren tijdens hun groei op lange tijdsschaal 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

De eigenschappen van koolstofnanobuisjes (CNTs) hebben voor een zeer grote wetenschappelijke en commerciële interesse in mogelijke toepassingen van deze materialen gezorgd. Deze toepassingen vereisen doorgaans echter zeer specifieke eigenschappen, die in grote mate bepaald worden door hun structuur. Op dit ogenblik is er nog onvoldoende kennis beschikbaar over de precieze groeimechanismen die deze structuur bepalen. Een zeer interessante techniek om deze materialen te groeien is zgn. plasma-geassisteerde chemische damp afzetting (PECVD). In dit project worden de mechanismen van het groeiproces in PECVD onderzocht aan de hand van nieuwe simulatietechnieken. In het bijzonder wordt aandacht besteed aan synergetische effecten die kunnen optreden en die bijzonder moeilijk experimenteel te onderzoeken zijn.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Simulaties op atomaire schaal voor een beter begrip van kankerbehandeling via plasma's. 01/10/2017 - 30/09/2019

Abstract

Plasma's bij atmosfeerdruk winnen meer en meer aan interesse voor biomedische toepassingen, zoals sterilizatie, wondbehandeling, behandeling van tandgaatjes, en vooral kankerbehandeling. Plasma heeft voor deze laatste toepassing al veelbelovende resultaten getoond, zowel in vitro als in vivo, en kan veel soorten cellen behandelen zonder de gezonde cellen aan te tasten, maar de onderliggende mechanismen zijn nog niet volledig begrepen. Daarom zullen in dit project atomaire simulaties uitgevoerd worden om de interactie van reactieve zuurstof en stikstof deeltjes met biomoleculen te beschrijven, die een rol spelen in kanker(behandeling), nl. de fosfolipide dubbellaag, DNA en proteïnen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Modellering van een "gliding arc" plasma reactor met behulp van COMSOL Multiphysics 01/10/2017 - 30/09/2019

Abstract

Plasma is een veelbelovende methode om de broeikasgassen CO2 en CH4 om te zetten in nieuwe componenten met toegevoegde waarde. In dit project wordt een "reverse vortex flow" Gliding Arc (GA) plasma, wat één van de meest veelbelovende methoden is voor deze toepassing, bestudeerd via computersimulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Naar een fundamenteel inzicht in elektrische ontladingen in en in contact met water. 01/10/2017 - 30/09/2018

Abstract

Elektirsche ontladingen in contact met water zijn veelbelovend voor milieu-, chemische en biomedische toepassingen, maar de onderliggende mechanismen van plasma-water interactie zijn nog niet goed begrepen. Daarom wil dit project meer inzicht krijgen in de mechanismen van plasma initiatie in water en van DBD in contact met water, via uitgebreide modellering, gevalideerd met experimenten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Antikanker activiteit van plasma-geactiveerd medium en zijn onderliggende mechanismen: Gecombineerde experimentele en computationele studie (Anticancer-PAM). 01/09/2017 - 31/08/2019

Abstract

Koud atmosferisch plasma krijgt meer en meer belangstelling voor kankerbehandeling. Naaste directe behandeling is er ook meer en meer interesse voor indirecte behandeling, via vloeistoffen behandeld met plasma. Dit zgn. plasma-geactiveerd medium (PAM) is veelbelovedn, maar de anti-kankereigenschappen zijn nog niet volledig begrepen. In dit project zullen we trachten meer inzicht te krijgen in deze mechanismen via een combinatie van experimenten en computersimulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Lage temperatuur plasma voor medische toepassingen (LTPAM) 01/05/2017 - 30/04/2019

Abstract

Atmosferische druk lage temperatuur plasma's (LTP) heeft veelbelovende biomedische toepassingen. Deze plasma's vormen een groot aantal moleculaire, ionaire en radicalaire deeltjes, verantwoordelijk voor de anti-bacteriële, anti-virale en anti-kanker eigenschappen van LTP. Echter, de chemische en fysische processen in biologisch relevante media zijn nog verre van begrepen. Water is een essentieel deel van het bio-milieu, en de LTP-geïnduceerde chemie in vloeistoffen vereisen meer gedetailleerde studies. Dit is exact het doel van dit project.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Op weg naar plasma als kankerbehandeling: onderzoek naar de invloed van plasma op het herstel van DNA schade in glioblastoma multiforme als tumor model. 01/01/2017 - 17/09/2017

Abstract

Recent is er veel interesse voor een nieuwe behandelingsmethode van kankercellen, gebaseerd op niet-thermisch plasma (NTP). Plasma is een geionizeerd gas. Het is een zeer reactief mengsel, bestaande uit elektronen, ionen, radicalen en energetische neutrale deeltjes, terwijl het gas zich nog steeds bij kamertemperatuur bevindt. Exact deze combinatie van reactieve deeltjes en lage gastemperatuur maakt het zo geschikt voor de behandeling van biologische materiaal. Er wordt gesteld dat de anti-kanker capaciteit van plasma gerelateerd is aan de vorming van reactieve zuurstof en stikstof deeltjes (reactive oxygen and nitrogen species; RONS). Voorgaand onderzoek heft ook aangetoond dat plasma selectief kancercellen kan doden ipv gezonde cellen, wat een voordeel is tov traditionele behandelingsmethoden, zoals radio- en chemotherapie. Er is echter nog onvoldoende geweten over de actuele werkingsmechanismen, of de selectiviteit, van plasma, en dit maakt het moeilijker om de farmaceutische industrie te overtuigen om te investeren in deze techniek en om het te ontwikkelen tot een volwaardige behandelingsmethode voor kanker. Tijdens dit onderzoek zullen we de antikanker capaciteit van NTP bestuderen, welke RONS zijn verantwoordelijke, en hoe kan NTP de response op DNA schade (DNA damage response; DDR) van kankercellen beinvloeden. Dit laatste is een collectie van mechanismen die geactivateerd worden zodra DNA schade wordt gedetecteerd, met het doel om dit te herstellen. Dit is zeer interessant, want het is geweten dat (a) plasma DNA schade kan induceren, en (b) de DDR van kankercellen is reeds deels aangetast, en dit maakt het een waardevolle oncologische target. We zullen een herstentumor, glioblastoma multiforme, als modelsysteem bestuderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Computationeel ontwerpen van verbeterde katalyzatoren voor plasma omzetting van methaan met koolstofdioxide. 01/10/2016 - 30/09/2020

Abstract

Dit project beoogt de computationele screening en design van bimetallische nanokatalysatoren voor plasma katalytische omzetting van methaan en CO2 naar syngas. Dit is zowel vanuit ecologisch als economisch perspectief een erg interessante reactie, vermits de reagentia (CH4 en CO2) sterke broeikasgassen zijn, terwijl het produkt (syngas, d.i. een mengeling van CO en H2) de grondstof vormt voor een groot aantal veel gebruikte chemicalieën, o.m. synthetische brandstoffen. Aan de hand van uitgebreide dichtheidsfunctionaal berekeningen zal een groot aantal potentieel interessante katalysatoren gescreend worden op basis van 3 criteria: 1) adsorptie en desorptie van relevante plasma deeltjes aan het katalysatoroppervlak (thermodynamische screening); 2) energiebarrières van elementaire reacties op het katalysatoroppervlak (1e kinetische screening); en 3) reactiesnelheidscoëfficiënten van elementaire reacties op het katalysator oppervlak (2e kinetische screening). In ieder van deze screeningstappen wordt het aantal nog resterende interessante katalysatoren uitgedund, om uiteindelijk een lijst te bekomen met katalysatoren die theoretisch geschikt zijn voor syngas vorming uit CH4 en CO2 uitgaande van plasmadeeltjes.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Naar een fundamenteel begrip van plasma voor kankerbehandeling: Een gecombineerde experimenteleen computationele studie. 01/10/2016 - 30/09/2019

Abstract

Niet-thermisch plasma wint de laatste jaren enorm aan interesse voor kankerbehandeling. De onderliggende mechanismen zijn echter nog niet volledig begrepen. In dit project zullen we de interactie van plasma met kankercellen in vitro bestuderen, en ook computersimulaties uitvoeren. De experimenten zullen uitgevoerd worden met een plasmajet in helium, met zuurstof of stikstof toevoeging, bij verschillende condities. Na plasmabehandeling zullen we de celviabiliteit, celmorfologie en verandering in cellulaire membraanintegriteit bestuderen, alsook de expressieniveaus van apoptose-gerelateerde genen. In parallel zullen we ook computersimulaties uitvoeren op twee niveaus. Ten eerste zullen we de plasmachemie bij verschillende condities bestuderen via 0D reactiekinetiek modellen, om uit te zoeken welke de belangrijkste (biochemisch actieve) plasmadeeltjes zijn. Ten tweede zullen we "united-atom niet-reactieve moleculaire dynamica simulaties uitvoeren om de belangrijkste mechanismen van fosfatidylserine flipflop in het celmembraan, gekend als signaal voor apoptose van kankercellen, te onderzoeken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Multi-tijdsschaal simulaties op atomaire schaal van plasma katalyse en plasma-gebaseerde groei van koolstof nanostructuren. 01/10/2016 - 30/09/2018

Abstract

In dit project zal ik nieuwe technieken en hulpmiddelen voor het uitvoeren van atomistische simulaties ontwikkelen, om hiermee vervolgens de fundamentele mechanismen van complexe plasma-gebaseerde processen te ontrafelen. Specifiek zal de focus liggen op plasma-katalyse, die een energie-efficiënte route kan leveren voor de conversie van broeikasgassen in waardevolle chemicaliën, en plasma-gebaseerde groei van koolstof-nanostructuren, die beloftevolle perspectieven biedt om de structuur en samenstelling van deze structuren beter te controleren dan conventionele thermische methoden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasmakatalyse op nanoschaal: Modelontwikkeling voor diffusie van plasmadeeltjes in poriën en studie van het katalytisch gedrag aan het porie-oppervlak. 01/10/2016 - 30/09/2017

Abstract

In dit project willen we een generisch model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in en uit katalysatorporiën te simuleren, alsook de katalytische reacties aan het oppervlak, om inzicht te verkrijgen in de onderliggende processen van plasmakatalyse, en meer specifiek van de plasmakatalytische conversie van CO2 en H2 naar methanol aan een Cu-katalysator. Met behulp van kwantumchemische berekeningen willen we de adsorptie-eigenschappen van de belangrijkste plasmadeeltjes bepalen, alsook de verschillende reactiemechanismen en reactiesnelheden. In parallel willen we ook een Monte Carlo model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in katalysatorporiën, en hun oppervlaktereacties, te simuleren, waarvoor we de resultaten van de kwantumchemische berekeningen zullen gebruiken. We willen de minimum poriediameter bepalen, nodig voor de plasmadeeltjes om in de katalysatorporiën te dringen en chemische reactiies te ondergaan, alsook welke reactieproducten en nevenproducten gevormd worden en of deze producten uit de poriën kunnen diffunderen om plaats te maken voor nieuwe reactants. De results van deze studie zullen ons de noodzakelijke informatie verschaffen om de plasmakatalytische processen op fundamenteel niveau te begrijpen, en ze zijn essentieel om deze processen verder to optimiseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Modelleren van een microgolf plasmareactor voor energie-efficiënte CO2 conversie. 15/07/2016 - 14/07/2017

Abstract

Er is de laatste jaren een groeiende interesse in plasma-gebaseerde CO2 omzetting, omdat deze kan plaatsvinden bij milde reactieomstandigheden en met beperkt energieverbruik. The meest veelbelovende plasma reactor, waarvoor de hoogste energie-efficiëntie tot nu toe werd aangetoond, is een microgolf plasmareactor. De hoogste energie-efficiëntie tot nu toe gerapporteerd werd echter verkregen bij zeer specifieke omstandigheden, nl. gereduceerde gasdruk en supersonische gasstroomsnelheid, of een speciale vortex gasstroom. In dit project wensen we de onderliggende mechanismen te onderzoeken van energie-efficiënte CO2 conversie in een plasmareactor, en te achterhalen onder welke omstandigheden optimale conversie en energie-efficiëntie bereikt kan worden. Dit is bij voorkeur bij atmosfeerdruk, wat meest compatibel is met latere industriële implementatie. Om dit doel te bereiken, ontwikkelen we een model voor een microgolf plasmareactor, en de modelresultaten zullen gevalideerd worden door vergelijking met experimenten uitgevoerd in onderzoeksgroepen waarmee we samenwerken. De modelontwikkeling gebeurt stapsgewijs, startend van een 0D chemische kinetiek model om de CO2 plasmachemie te beschrijven. Het gedetailleerde plasmachemie model moet echter gereduceerd worden om compatibel te zijn met 2D en 3D modellen. In parallel ontwikkelen we ook een 2D model for een microgolf plasma in argon in een eenvoudige geometrie, en de gereduceerde CO2 chemieset zal in dit 2D model worden ingevoegd. Vervolgens zal het 2D model uitgebreid worden naar 3D, om microgolf plasmareactoren met supersonische en vortex gasstromen te kunnen bestuderen. Deze modellen zullen, na validatie met experimenten, toelaten om de meest geschikte condities (gasdruk, aangelegd vermogen, frequentie, reactorgeometrie, gasstromingspatroon en gasstroomsnelheid) te bestuderen, voor optimale CO2 conversie en energie-efficientie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Computermodellering en experimentele validatie van plasma en plasma-oppervlak interacties, voor een dieper inzicht in cryogeen plasma etsen (Cryoetch). 08/06/2016 - 07/06/2018

Abstract

In navolging van de wet van Moore worden er veel inspanningen gedaan om de karakteristieke dimensies van halfgeleider materials voor microchip toepassingen steeds kleiner te maken. Daarbij speelt plasma etsen een zeer grote rol, omwille van zijn anisotropie. Om echter nog naar kleiner dimensies te gaan dan de huidige 14 nm, zijn er ook voor de huidige "state-of-the-art" plasma etsprocessen belangrijkte uitdagingen, zoals plasma-geinduceerde schade. Om dit te beperken, is een nieuw proces ontwikkeld, nl. cryogeen etsenmet SF6/O2/SiF4 of CxFy plasma's. In dit project bestuderen we de fundamentele mechanismen van het plasma en zijn interactie met oppervlakken, voor deze gasmengsels met behulp van numerieke modellering, alsook cryogene plasma-etsexperimenen om de modelleerresultaten te valideren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Multischaal modellering van plasmakatalyse. 01/01/2016 - 31/12/2019

Abstract

Dit project beschrijft de fundamentele processen van plasmakatalyse door middel van multischaal modellering. De plasmachemie in een CH4/CO2 mengsel wordt beschreven met een 0D model, en ingebracht in een 3D macroschaal model van een gepakte bed reactor. Het plasmagedrag nabij/in de poriën van de katalysator wordt beschreven op microschaal. De plasma-katalysator interacties op atomaire schaal worden gemodelleerd met klassieke MD en DFT simulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Computermodellering en experimentele validatie van een "gliding arc" ontlading: Vergelijking van een klassieke en een plasmatron "gliding arc". 01/01/2016 - 31/12/2019

Abstract

De conversie van broeikasgassen (vooral CO2 en CH4) in waardevolle chemicaliën of hernieuwbare brandstoffen wint sterk aan interesse, om de broeikasgasconcentraties te reduceren, en dus het probleem van de klimaatopwarming tegen te gaan. Een gliding arc plasma is hiervoor veelbelovend, omdat het inerte gasmoleculen kan activeren bij atmosfeerdruk en gematigde temperatuur met beperkte energiekost. De onderliggende mechanismen van een gliding arc zijn echter verre van begrepen. In dit project willen we een beter inzicht verkrijgen in de onderliggende mechanismen van twee types gliding arc plasma's, nl. een klassieke gliding arc en een nieuw type van "reverse vortex flow" gliding arc (plasmatron), die mogelijk nog veelbelovender is. We doen dit via extensieve modellering, gevalideerd door experimenten. Eerst zullen we de plasmachemie van een CH4/CO2 mengsel bestuderen. Deze plasmachemie zal geintroduceerd worden in een gekoppeld magnetohydrodynamica (MHD) - kinetiek model om de spatiale en tijdsafhankelijke plasma-eigenschappen te onderzoeken. Dit model zal gevalideerd worden door experimenten, uitgevoerd in Antwerpen en in Liverpool. We willen de effecten onderzoeken van de CH4/CO2 verhouding, het ontladingsvermogen en de gasstroomsnelheid in beide types van gliding arcs, op de gasconversie, de producten en selectiviteiten van de gevormde producten en op de energie-efficiëntie, zowel theoretisch als experimenteel. Dit laat ons toe om te voorspellen welke de optimale condities en plasma setup zijn voor broeikgasgas conversie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Computationele katalysatorscreening voor chiraliteitsgecontroleerde groei van koolstofnanobuisjes. 01/01/2016 - 31/12/2019

Abstract

Koolstof nanobuisjes (Engels: Carbon Nanotubes, CNTs) zijn zeer geschikt voor allerlei toepassingen, zoals vezels in composietmaterialen, als sensoren, actuatoren, transistorcomponenten, enz. De elektronische en optische eigenschappen van CNTs zijn echter sterk afhankelijk van hun chiraliteit, dwz., de manier waarop het hexagonale koolstofnetwerk is opgerold. Deze chiraliteit wordt bepaald tijdens het groeiproces, en dus is het zeer belangrijk om dit groeiproces te kunnen controleren. De eerste doelstelling van dit project is dan ook het ontrafelen van het groeimechanisme van CNTs en het begrijpen van de invloed van de katalysator op de resulterende chiraliteit aan de hand van dichtheidsfunctionaal (DFT) berekeningen. Uit experimenteel werk blijkt dat bi- en multimetallische katalysatoren geschikt kunnen zijn voor chiraliteitsspecifieke groei. Daarom zou een generieke screening procedure die in staat is om snel en goedkoop mogelijke multimetallische katalysatorkandidaten voor het groeiproces te selecteren zeer nuttig zijn. Het ontwikkelen van een dergelijke procedure is daarom de tweede doelstelling van dit project. De screening zal bestaan uit 1 thermodynamische en 2 kinetische screenings. Hiertoe zullen DFT berekeningen uitgevoerd worden voor verschillende bimetallische katalysatoren. CNTs met verschillende chiraliteiten zullen gemodelleerd worden, en tevens een aantal CNTs met defecten. De combinatie van deze screenings zal leiden tot onze twee einddoelen: een correcte reproductie van chiraliteitsgecontroleerde groei voor een gekende klasse van bimetallisme katalysatoren, en de voorspelling van mogelijke chiraliteitsgecontroleerde groei voor ongekende combinaties van katalysatoren, die experimenteel geverifieerd kunnen worden in samenwerking met Tohoku University (Japan).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Gecombineerde experimenten en simulaties voor de vorming van hydroxyapatiet coatings met op maat gemaakte eigenschappen door radiofrequente magnetronsputtering. 01/12/2015 - 31/05/2016

Abstract

Dankzij hun zeer hoge biocompatibiliteit, behoren hydroxyapatiet gebaseerde keramische materialen tot de meest gebruikte materialen voor het vervangen van beenderen. Tegenwoordig worden HA-gebaseerde coatings vaak gebruikt in de geneeskunde om de osteoinductieve eigenschappen van metallische implantaten te verbeteren. In tegenstelling tot het relatief grote aantal experimentele studies die inzichten geven in de globale groeimechanismen en structuur van de films, zijn er hedentendage erg weinig simulaties op atomaire schaal die de evolutie van de coating- structuur en -samenstelling tijdens de filmgroei kunnen beschrijven. Simuatie van het op RF-magnetron sputtering gebaseerde HA-coating proces laat toe om inzicht te verkrijgen in de vorming van de coating met de gewenste eigenschappen. Door een gedetailleerde vergelijking van experimentele resultaten met simulatieresultaten, tracht dit project de nodige wetenschappelijke en technische achtergrond verder te ontwikkelen die nodig is om de geoptimaliseerde vorming van biocompatibele nanogestructureerde coatings door middel van ion-plasma methoden mogelijk te maken. Dit fundamentele onderzoek zal ook toelaten de wiskundige modellen die de groei van RF-magnetron HA-coatings te beschrijven en te verbeteren. Het ontwikkelde model zal ons in staat stellen expliciet de fysische en chemische verschijnselen te verklaren die optreden bij reactieve afzetting van de dunne film, en zal op termijn toelaten de efficiëntie van het industriële ion-plama systeem te verhogen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Atomaire schaal modellering voor plasma behandeling van kanker. 01/10/2015 - 30/09/2018

Abstract

Atmosfeerplasma's winnen aan interesse in de geneeskunde, en vooral voor kankerbehandeling, maar de onderliggende processen zijn nog niet helemaal begrepen. In dit project zullen de interacties van reactieve plasmadeeltjes met biomoleculen die van belang zijn bij kanker(behandeling), nl. de fosfolipide dubbellaag, DNA en proteïnen, bestudeerd worden via atomaire simulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Numerieke simulaties van plasmas en hun oppervlakteprocessen, met experimentele validatie, voor een beter inzicht in cryogeen etsen. 01/10/2015 - 31/08/2018

Abstract

Plasma's worden veel gebruikt in de micro-elektronica voor het maken van computerchips, via plasma etsen. De laatste jaren is er veel interesse voor cryogeen plasma etsen van zgn. "low-k" materialen, met SF6/O2/SiF4 en CxFy plasma's. In dit project worden deze plasma's en hun interactie met de wafer beschreven via computersimulaties, om cryogeen plasma etsen te optimaliseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Simulaties op atomaire schaal voor een beter begrip van kankerbehandeling via plasma's. 01/10/2015 - 30/09/2017

Abstract

Plasma's bij atmosfeerdruk winnen meer en meer aan interesse voor biomedische toepassingen, zoals sterilizatie, wondbehandeling, behandeling van tandgaatjes, en vooral kankerbehandeling. Plasma heeft voor deze laatste toepassing al veelbelovende resultaten getoond, zowel in vitro als in vivo, en kan veel soorten cellen behandelen zonder de gezonde cellen aan te tasten, maar de onderliggende mechanismen zijn nog niet volledig begrepen. Daarom zullen in dit project atomaire simulaties uitgevoerd worden om de interactie van reactieve zuurstof en stikstof deeltjes met biomoleculen te beschrijven, die een rol spelen in kanker(behandeling), nl. de fosfolipide dubbellaag, DNA en proteïnen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Modellering van een "gliding arc" plasma reactor met behulp van COMSOL Multiphysics. 01/10/2015 - 30/09/2017

Abstract

Plasma is een veelbelovende methode om de broeikasgassen CO2 en CH4 om te zetten in nieuwe componenten met toegevoegde waarde. In dit project wordt een "reverse vortex flow" Gliding Arc (GA) plasma, wat één van de meest veelbelovende methoden is voor deze toepassing, bestudeerd via computersimulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Naar een fundamenteel inzicht in 'gliding arc' ontladingen ten behoeve van de conversie van broeikasgassen naar materialen met hoge toegevoegde waarde (GlidArc). 22/06/2015 - 21/06/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

Monsterinvoer in inductief gekoppelde plasma's: een beter inzicht via computermodellering. 01/10/2014 - 30/09/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

Computersimulaties van goud gekatalyzeerde groei van koolstof nanobuisjes op atomaire schaal. 01/10/2014 - 30/09/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

Multi-tijdsschaal simulaties op atomaire schaal van plasma katalyse en plasma-gebaseerde groei van koolstof nanostructuren. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

In dit project zal ik nieuwe technieken en hulpmiddelen voor het uitvoeren van atomistische simulaties ontwikkelen, om hiermee vervolgens de fundamentele mechanismen van complexe plasma-gebaseerde processen te ontrafelen. Specifiek zal de focus liggen op plasma-katalyse, die een energie-efficiënte route kan leveren voor de conversie van broeikasgassen in waardevolle chemicaliën, en plasma-gebaseerde groei van koolstof-nanostructuren, die beloftevolle perspectieven biedt om de structuur en samenstelling van deze structuren beter te controleren dan conventionele thermische methoden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Inzicht in plasma-TiO2 katalysator interactie voor de omzetting van broeikasgassen. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

Atomaire simulaties zijn van essentieel belang om een beter inzicht te krijgen in zaken zoals bijvoorbeeld plasmakatalyse en de groei van koolstofnanobuisjes. Gedurende dit onderzoek zullen krachtveldparameters ontwikkeld worden op basis van DFT-berekeningen zodat het mogelijk is dergelijke systemen en reacties op atomair niveau te bestuderen met moleculaire dynamica en zo een beter fundamenteel inzicht te verkrijgen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Karakterisatie en modeleren van de initiële groei en stabiliteit van anisotrope Au en Au/Ag nanodeeltjes op atomaire schaal. 01/01/2014 - 31/12/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

Computermodellering voor een beter inzicht in de onderliggende mechanismen van plasmakatalyse. 01/01/2014 - 31/12/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

CO2 conversie via plasmakatalyse: ontrafelen van de invloed van het plasma en de nanokatalysator eigenschappen op de conversie-efficientie. 01/01/2014 - 31/12/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

Grootschalige simulaties van micro-ontladingen met een Particle-In-Cell/Monte Carlo/Direct Simulation Monte Carlo model (postdoc beurs Ya ZHANG, China). 01/01/2014 - 30/06/2015

Abstract

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

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Modellering van plasmachemie in CHxFY gebaseerde gasmengingen voor micro-elektronische toepassingen. 05/10/2013 - 07/04/2014

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)

Onderzoeksgroep(en)

Reactieve atmosferische plasmaverwerking - eDucation netwerk (RAPID). 01/10/2013 - 30/09/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

Naar een fundamenteel inzicht van "warme plasmas" – Conversie van broeikasgassen naar waardevolle chemicaliën m.b.v. "gliding arc" en microgolf plasmas. 01/10/2013 - 30/09/2014

Abstract

De omzetting van broeikasgassen in waardevolle chemicaliën is zowel vanuit economisch als ecologisch standpunt een zeer interessant proces. Uit recente studies blijken "warme plasmas" (i.h.b. gliding arc en microgolfontladingen)hiervoor zeer beloftevol te zijn. Een inzicht in deze complexe systemen ontbreekt echter nog volledig. Via uitgebreid modeleerwerk van de plasma eigenschappen en chemie tracht ik deze leegte op te vullen om zo de nodige kennis aan te reiken voor het optimale gebruik van deze "warme plasmas" voor o.a. de conversie van broeikasgassen naar waardevolle chemicaliën.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Francqui onderzoekshoogleraar "PLASMA". 01/09/2013 - 31/08/2016

Abstract

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

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Modellering van de plasmachemie in een capacitief gekoppeld plasma gebruikt voor micro-elektronica toepassingen 01/04/2013 - 31/12/2013

Abstract

Plasma's worden veel gebruikt in de micro-elektronica voor het maken van computerchips, nl. in plasma etsen en depositie van verschillende materialen. Er is een toenemende interesse in het gebruik van zeer complexe gasmengsels, bv. gebaseerd op CHxFy, soms zelfs in combinatie met HBr, Cl2 en O2. In dit project wensen we een beter begrip te krijgen van de plasmachemie in verschillende CHxFy plasma's, nl. CHF3, CH2F2 , CH3F en CF4, door middel van een computermodel. Hiervoor zullen we gebruik maken van het "hybrid plasma equipment model" (HPEM). We gaan een reactieset opstellen, gebaseerd op een groot aantal plasmadeeltjes, nl. verschillende soorten moleculen, radicalen, ionen, geëxciteerde deeltjes en de elektronen. Deze deeltjes reageren met elkaar via een groot aantal soorten botsingen, nl. elektron-neutraal, elektron-ion, ion-ion, ion-neutraal en neutraal-neutraal reacties. We gaan een lijst van alle mogelijke reacties opstellen, met de overeenkomstige botsings-werkzame-doorsneden en reactiesnelheidscoëfficiënten. Vervolgens moeten we voor elk plasmadeeltje de verschillende productie- en verliesprocessen definiëren, om de behoudsvergelijkingen op te lossen. Het transport van de deeltjes zal beschreven worden op basis van diffusie, migratie en advectie. De elektrische veldverdeling in het plasma zal zelfconsistent berekend worden uit de dichtheden van de geladen deeltjes, door oplossen van de Poisson vergelijking. Typische resultaten van dit model omvatten de dichtheden, fluxen en energieën van de plasmadeeltjes, de elektrische veldverdeling en informatie over het belang van verschillende soorten reacties in het plasma.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Mechanische eigenschappen en chemische bindingen aan de grensvlakken in polymeer-gebaseerde composiet materialen (InterPoCo). 01/03/2013 - 28/02/2017

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)

Onderzoeksgroep(en)

Modellering en experimentele validatie van een gepakte bed DBD reactor voor C02 splitsing. 01/01/2013 - 31/12/2016

Abstract

De opwarming van de aarde, voor 70 % veroorzaakt door CO2 is een steeds groter wordend probleem. De splitsing en conversie van CO2 naar nuttige chemicaliën met behulp van plasma's wint hierbij elk jaar aan belang. In dit onderzoek wordt, met behulp van computersimulaties en experimentele validatie, het gebruik van een gepakte bed DBD plasma reactor onderzocht. Door de eigenschappen van de pakking alsook de operationele condities van de reactor aan te passen wordt getracht het proces te optimaliseren, met een sterke nadruk op de energie-efficiëntie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Modelleren van plasma's en plasma-cel interactie voor een beter begrip van plasma's voor medische toepassingen. 01/01/2013 - 31/12/2016

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)

Onderzoeksgroep(en)

Studie en bouw van een (gekatalyseerde) plasmareactor voor de afbraak van stikstofoxiden en roet uit verbrandingsgassen. 01/01/2013 - 31/12/2014

Abstract

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

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Fysicochemie van plasma-oppervlak interacties (PSI). 01/10/2012 - 31/12/2017

Abstract

Het project heeft als doel om de Belgische groepen die onderzoek doen naar reactieve plasma's te verenigen, om zo ons fundamenteel inzicht in deze systemen te verbeteren en voorspellende modellen te ontwikkelen. De output van dit project, dat zowel experimentele als theoretische activiteiten omvat, zal vermoedelijk technologische ontwikkelingen in het domein van nieuwe materialen, nieuwe oppervlakken of nieuwe coating processen verder sturen, en daarom de economische ontwikkelingen in ons land ondersteunen. We ontwikkelen een multidisciplinaire en geïntegreerde aanpak, waarbij we de expertise van onderzoeksgroepen combineren die gespecialiseerd zijn in plasmadiagnostiek (optische, elektrische probe, laser geïnduceerde fluorescentie en massaspectrometrie technieken), in de de fundamentele studie van geïoniseerde gassen en hun hydrodynamica, in bulk plasma en plasma-oppervlak interactie modellering (moleculaire dynamica, Monte Carlo), en in (organische en anorganische) materiaalsynthese, functionalisatie en karakterisatie door middel van "state-of-the-art" methoden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Numerieke simulaties van plasmas en hun oppervlakteprocessen, gebruikt voor toepassingen in de micro-elektronica industrie. 01/10/2012 - 30/09/2015

Abstract

Plasmas worden vaak gebruikt in de micro-elektronica industrie voor het fabriceren van computerchips. In dit project trachten we om een fundamenteel beter inzicht te krijgen in deze plasmas en hun oppervlakteprocessen. Het plasmagedrag van HBr/CHxFy/Cl2/O2-gebaseerde gasmengsels zal worden gesimuleerd met een hybride model, terwijl de interacties aan de oppervlakte van het substraat zullen worden beschouwd met zowel een Monte Carlo model als Moleculaire Dynamica.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Inzicht in plasma- TiO2 katalysator interactie voor de omzetting van broeikasgassen. 01/10/2012 - 30/09/2014

Abstract

Atomaire simulaties zijn van essentieel belang om een beter inzicht te krijgen in zaken zoals bijvoorbeeld plasmakatalyse en de groei van koolstofnanobuisjes. Gedurende dit onderzoek zullen krachtveldparameters ontwikkeld worden op basis van DFT-berekeningen zodat het mogelijk is dergelijke systemen en reacties op atomair niveau te bestuderen met moleculaire dynamica en zo een beter fundamenteel inzicht te verkrijgen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Het vormgeven van CO2-transport via poreuze structuren tijdens carbonatie. 01/07/2012 - 30/09/2013

Abstract

In dit project wordt aan de hand van numerische modellen de reactie onderzocht tussen magnesium/calcium-rijke mineralen die typisch voorkomen in afvalmaterialen enerzijds en CO2 anderzijds, waarbij carbonaten gevormd worden. Het doel is om de parameters die dit carbonatieproces beïnvloeden te optimaliseren, zodat uiteindelijk de transitie van het proces van laboschaal naar pilootschaal verbeterd wordt.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasma-intensifiëring in DBD-plasmakamers door gebruik van een gepakt bed van gericht ontworpen (di)ëlektrische deeltjes op basis van een keramische kern-schil design en met een gestuurde deeltjesgrootteverdeling (i-PLASMA). 01/01/2012 - 31/12/2013

Abstract

Studie van de procesintensifiëring van plasma-chemie door het gebruik van gepakt diëlectrisch materiaal in de plasma-zone. Specifiek ontworpen diëlektrische deeltjes (kern-schil opbouw) met een specifieke korrelverdeling zullen als bedmateriaal worden ingezet. Ervaring uit het domein van industriële plasma-generatie zal gecombineerd worden met de modelleer-ervaring van PLASMANT om het valorisatie-potentieel te onderzoeken. Een specifieke set van experimentele gegevens zal verzameld worden en gebruikt worden om een chemische procesanalyse uit te voeren. Mogelijke toepassingen van plasma-chemie zijn: emissiereductie en synthese van alternatieve grondstoffen uit nevenstromen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Computermodellering van plasma's gebruikt voor het graveren in de micro-electronica-industrie (postdoc. beurs S. ZGAO, China) 15/10/2011 - 14/12/2012

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)

Onderzoeksgroep(en)

Computermodellering van een glimontlading bij atmosfeerdruk met "flowing afterglow". 01/10/2011 - 30/09/2012

Abstract

Een glimontlading is een partieel geïoniseerd gas, of plasma. Het bestaat uit neutrale atomen of moleculen, elektronen, ionen, radicalen, geëxciteerde deeltjes en fotonen. In zijn eenvoudigste vorm wordt het plasma gecreëerd door het aanleggen van een potentiaalverschil tussen twee elektroden, die geplaatst zijn in een reactor, gevuld met een gas. De meeste glimontladingen werken bij lage druk, maar atmosfeerdruk glimontladingen winnen de laatste tijd meer aan interesse, omwille van hun breed scala aan technologische toepassingen. In dit onderzoeksproject beschouwen wij de toepassing in analytische massaspectrometrie, voor de analyse van vaste of gasvormige monsters. Doordat de glimontlading bij atmosfeerdruk werkt, is het mogelijk om met een open design te werken en de ontladingsdeeltjes te mengen met de omgevingslucht. Door een gasstroming aan te leggen, kunnen de geëxciteerde (metastabiele) deeltjes en de ionen uit de ontlading weggevoerd worden, en wordt vermeden dat onzuiverheden in de ontlading binnendringen. De ionen en metastabiele deeltjes reageren met moleculen uit de omgevingslucht, waardoor zgn. "reagent-ionen" gevormd worden, die in staat zijn om de te analyseren deeltjes te ioniseren. De gevormde ionen worden gedetecteerd met een massaspectrometer. Het doel van dit project is om de belangrijkste mechanismen te achterhalen voor vorming van de reagent-ionen, en om de analytische mogelijkheden van dit soort ionisatiebronnen te verbeteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Atomaire simulaties van de plasma-geassisteerde groei van enkelwandige koolstof nanobuisjes 01/07/2011 - 31/12/2015

Abstract

Enkelwandige koolstof nanobuisjes ("SWNTs") zijn holle buisjes bestaande uit een hexagonaal koolstof netwerk. Dankzij hun unieke eigenschappen zoals extreme sterkte, zeer hoge thermische geleidbaarheid en structuurafhankelijke bandgap bieden zij perspectief op velerlei toepassingen in bv. nanoschaal elektronica, als chemische sensors of als geïnduceerde veld emitters. Dergelijke toepassingen vereisen echter precieze controle over de fundamentele eigenschappen van de SWNTs die momenteel ontbreekt. Met name controle over de chiraliteit van de SWNT, die direct bepalend is voor de bandgap, is hierbij gewenst. Plasma-geassisteerde damp afzetting ("PECVD") wordt gezien als één van de meest veelbelovende technieken om deze controle te realiseren. De onderliggende fundamentele groeimechanismen zijn echter grotendeels onbekend. In dit project wensen we dan ook verscheidene PECVD-processen en –parameters te onderzoeken om inzicht in de groeimechanismen te verkrijgen met het oog op het sturen van de resulterende SWNT eigenschappen. Dit doel wensen wij te bereiken door middel van een state-of-the-art hybride Moleculaire Dynamica / force biased Monte Carlo simulatiemodel, dat op atomaire schaal alle relevante processen in het groeiproces zelf-consistent simuleert. Specifiek plannen wij (i) een optimalisatie van het bestaande simulatiemodel om de benodigde rekentijd te verkorten en uitbreiding van het model naar de simulatie van PECVD-groei; (ii) gerichte simulaties van de groei van SWNTs onder realistische (PECVD-)procesvoorwaarden op nikkel nanokatalysatoren; (iii) parameterstudies die toelaten het effect van de variatie van precies één parameter tegelijk te bestuderen, om zo te bepalen hoe het groeiproces beïnvloed kan worden; en (iv) de ontwikkeling van krachtveldparameters voor de gebruikte interatomaire potentiaal voor Ni/Fe legeringen en de simulatie van de PECVD-groei van SWNTs op Ni/Fe nanokatalysatoren. De innovativiteit van dit project is gelegen in (i) de gebruikte accurate interatomaire potentiaal in combinatie met het gebruikte hybride MD/MC model dat zowel korte als lange tijdsschaaleffecten in rekening brengt; (ii) de studie van SWNT-groei in een PECVD-setup door middel van atomaire simulaties; en (iii) de ontwikkeling van krachtveldparameters voor Ni/Fe en de simulatie van de groei van SWNTs op Ni/Fe nanokatalysatoren. Hoewel dit project erg innovatief is (zowel wat betreft de methodologie als het beoogde doel), denken wij dat dit project zeer haalbaar is: wij hebben immers reeds aangetoond dat het simulatiemodel erg geschikt is om de groei van SWNTs te simuleren onder thermische CVD voorwaarden. Verder beschikken wij over alle nodige computercodes om de PECVD-specifieke procesvoorwaarden te simuleren. Wij geloven daarom dat wij in staat zullen zijn fundamentele processen in PECVD-groei van SWNTs te ontrafelen en inzicht te verkrijgen in dit veelbelovende maar tot nu toe op atomaire schaal nauwelijks onderzochte proces.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Computermodellering voor de afbraak van vluchtige organische componenten met behulp van (katalytisch gepakte bed) DBD plasmareactoren. 01/04/2011 - 31/03/2015

Abstract

In dit project wensen we een beter inzicht te krijgen in de afbraak van vluchtige organische componenten (VOC's) met behulp van (katalytisch gepakte bed) plasmareactoren. Door middel van computersimulaties en experimentele validatie zullen we trachten om de verschillende stappen in het proces te begrijpen en te optimaliseren met betrekking tot de invloed van het algemene reactorontwerp, alsook van een pakking en van een katalysator.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties van plasmajets gebruikt voor biomedische toepassingen. 01/01/2011 - 31/12/2014

Abstract

Plasmajets zijn gasontladingen die gebruikt kunnen worden worden voor verschillende biomedische en therapeutische toepassingen zoals sterilisatie, dermatologie, bloedcoagulatie, tandheelkunde en wondbehandeling, hetgeen de laatste jaren resulteerde in een sterk toenemende internationale interesse. Echter, alvorens zulke technologie op de markt te kan/mag komen, moet de efficiëntie, de veiligheid, selectiviteit en reproduceerbaarheid gegarandeerd zijn. Een goede kennis van de rol van de biomedisch actieve elementen in het plasma is dus uitermate belangrijk. De doelstelling van dit doctoraatswerk is het bestuderen van de werkingsmechanismen van de plasmajet configuratie en de plasma-weefselinteractie, meer specifiek voor toepassingsgerichte optimalisatie. Via numerieke simulaties zullen wij trachten de voor- en nadelen van verschillende configuraties en ontladingsvoorwaarden duidelijk te maken. De berekeningen zullen uitgevoerd worden met het fluid model "nonPDPSIM" dat ontwikkeld werd in de onderzoeksgroep van prof. M. Kushner (University of Michigan) waar de groep PLASMANT goede contacten mee heeft. Bovendien zullen wij samenwerken met experimentele onderzoekgsgroepen RUPT (UGent, Prof. C. Leys) en EPG (TU Eindhoven, Prof. P. Bruggeman) om zo dicht mogelijk aan te sluiten bij de reële situatie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Computer modellering en experimentele validatie voor plasma's gebruikt voor het graveren in de micro-elektronica industrie. 01/10/2010 - 30/09/2012

Abstract

We wensen computersimulaties uit te voeren om de plasmachemie en plasmafysica te beschrijven in twee reactoren die gebruikt worden voor etsen in de micro-electronica industrie, nl. inductief gekoppelde plasma's (ICP) en "dual-frequency" capacitief gekoppelde plasma's (CCP). We zullen verschillende koolstof-fluor-gebaseerde gasmengsels beschouwen. Het effect van verschillende ontladingsvoorwaarden (druk, gasverhouding, vermogen, frequentie,...) zal bestudeerd worden om te voorspellen onder welke omstandigheden beide ontladingen optimaal werken. Experimentele validatie van de berekeningen zal uitgevoerd worden in beide soorten reactoren. Tenslotte zal ook het effect van deze ontladingsvoorwaarden op de vorming van etskanaaltjes, de etssnelheid, uniformiteit, selectiviteit en anisotropie bestudeerd worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties op atomaire schaal van nanotechnologische C- en Si-materialen. 01/10/2010 - 30/11/2011

Abstract

In dit project wensen we de vormingsmechanismen voor welbepaalde koolstof en silicium nanomaterialen te onderzoeken, zoals (ultra)nanokristallijn diamant, koolstof nanobuisjes, amorf gehydrogeneerd koolstof en nanokristallijn silicium. Het doel is om controle te verkrijgen over de structuur, om zo de eigenschappen te "tunen", zodat ze bruikbaar zijn voor echte toepassingen. Dit vereist inzicht in de mechanismen op atomair niveau. Daarom zullen we atomistische simulaties uitvoeren van het groeiproces onder realistische groeivoorwaarden, in samenwerking met experimentele groepen, voor validatie en verdere modeloptimalisatie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Computermodellen van plasma chemie in gasontladingen voor milieu-of biomedische toepassingen. 10/08/2010 - 09/06/2011

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)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties van inductief gekoppelde plasma's gebruikt voor etstoepassingen. 01/01/2010 - 31/12/2011

Abstract

In dit project proberen we een beter inzicht te krijgen in een inductief gekoppeld plasma (ICP) in een gasmengsel van Ar/Cl2/O2, alsook in het etsproces van dit plasma op een Si en Si/Si3N4 oppervlak, om de toepassing van plasma-etsen in de halfgeleiderindustrie te optimaliseren. Om dit doel te realiseren wensen we zowel het plasma (ICP) als het etsproces te beschrijven via numerieke simulaties. We gebruiken hiervoor een hybrid plasma model in combinatie met een model voor oppervlaktereacties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Atomaire simulaties voor chiraliteitsgecontroleerde groei van koolstof nanobuisjes. 01/01/2010 - 30/06/2011

Abstract

In dit project trachten we een beter inzicht te krijgen in de groeimechanismen van gekatalyseerde groei van "single-wall" koolstof nanobuisjes (SWNT), met behulp van numerieke simulaties. De simulaties zijn gebaseerd op klassieke moleculaire dynamica (MD) en Monte Carlo (MC) simulaties, aangevuld met kwantummechanische dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT). We trachten de relatie tussen specifieke groeiparameters (zoals temperatuur, samenstelling en grootte van de katalysator) en de chiraliteit van de SWNTs te achterhalen. Zo hopen we chiraliteitsgecontroleerde groei van koolstof nanobuisjes (CNTs) mogelijk te maken, wat van groot belang is voor industriële toepassingen (o.a. in de micro-elektronica).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Studie van plasma-oppervlakte interacties, door middel van moleculaire dynamica simulaties, voor toepassingen van plasma-etsen en plasma-depositie. (FWO Vis.Fel., Fujun GOU, China) 01/02/2009 - 31/01/2010

Abstract

In dit project worden interacties tussen plasma en vaste stof oppervlak bestudeerd door middel van moleculaire dynamica simulaties, voor toepassingen van plasma-etsen (van Si/SiO2 oppervlakken in de micro-elektronica industrie) en voor plasma-depositie van dunne filmen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Computationeel modelleren van materialen. 01/01/2009 - 31/12/2013

Abstract

In deze "Wetenschappelijke Onderzoeksgemeenschap" (WOG) trachten we eigenschappen van materialen te berekenen via computersimulaties. Meer specifiek bestuderen wij de groei van dunne filmen en van koolstof nanobuisjes via moleculaire dynamica simulaties. Door contact met de andere onderzoeksgroepen binnen deze WOG hopen we expertise te kunnen delen en uitwisselen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Reactief magnetron sputterdepositie: een hybride model en haar experimentele verificatie. 01/01/2009 - 31/12/2012

Abstract

Het project "Reactief magnetron sputterdepositie: een hybride model en haar experimentele verificatie" heeft tot doel de ontwikkeling van een hybride model voor de beschrijving van het reactief sputter proces. Dit doel zal o.a. bereikt worden door een combinatie van simulaties en experimenten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Atomistic multi-time scale simulations of catalyzed carbon nanotube growth. 01/01/2009 - 31/12/2012

Abstract

In dit onderzoeksproject wensen we atomistische simulaties dichter bij experimentele voorwaarden te brengen, door het ontwikkelen van realistische interatomaire M-C-H interactiepotentialen en door het implementeren van algorithmen om lange tijdsschaal te simuleren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Gecombineerde moleculaire dynamica (MD) en Monte Carlo (MC) simulaties voor de plasma-geassisteerde depositie van (ultra)nanokristallijne diamant ((U)NCD) films. 01/01/2009 - 31/12/2010

Abstract

We wensen het depositieproces van (ultra)nanokristallijne diamantfilms, gevormd via microgolf-plasma's, te bestuderen met behulp van moleculaire dynamica simulaties. We zullen hiervoor gebruik maken van de Brenner interactiepotentiaal voor koolwaterstoffen. Om het depositieproces op een realistische manier te simuleren, zullen we ook Monte Carlo simulaties ontwikkelen die de relaxatie van het systeem naar een thermodynamisch gunstigere configuratie kunnen beschrijven. Deze Monte Carlo simulaties zullen we koppelen aan de moleculaire dynamica simulaties, We wensen o.a. de invloed na te gaan van de substraattemperatuur, aangelegde (bias) spanning en gasmengsel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasma-assisted conversion of greenhouse gases to value-added chemicals. 01/02/2008 - 31/01/2012

Abstract

Het doel van dit project is om met behulp van plasma's, al dan niet in combinatie met een katalysator, broeikasgassen, zoals CH4, CO2 en N2O om te zetten in meer nuttige chemicalien, zoals methanol. Dit proces is onder normale omstandigheden zeer moeilijk te realiseren, omdat deze broeikasgassen zeer inerte moleculen zijn. In plasma's worden echter energetische elektronen gevormd, die deze omzetting kunnen initializeren. Er zullen nieuwe plasmareactoren worden gebouwd en getest in een groot gebied van parameters. Onze specifieke rol in dit project is de numerieke simulatie van de plasmachemie, om de experimentele studies te ondersteunen en om de optimale procesvoorwaarden te voorspellen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties van inductief gekoppelde plasma's gebruikt voor etstoepassingen. 01/01/2008 - 31/12/2009

Abstract

In dit project proberen we een beter inzicht te krijgen in een inductief gekoppeld plasma (ICP) in een gasmengsel van Ar/Cl2/O2, alsook in het etsproces van dit plasma op een Si en Si/Si3N4 oppervlak, om de toepassing van plasma-etsen in de halfgeleiderindustrie te optimaliseren. Om dit doel te realiseren wensen we zowel het plasma (ICP) als het etsproces te beschrijven via numerieke simulaties. We gebruiken hiervoor een hybrid plasma model in combinatie met een model voor oppervlaktereacties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Atomaire simulaties voor chiraliteitsgecontroleerde groei van koolstof nanobuisjes. 01/01/2008 - 31/12/2009

Abstract

In dit project trachten we een beter inzicht te krijgen in de groeimechanismen van gekatalyseerde groei van "single-wall" koolstof nanobuisjes (SWNT), met behulp van numerieke simulaties. De simulaties zijn gebaseerd op klassieke moleculaire dynamica (MD) en Monte Carlo (MC) simulaties, aangevuld met kwantummechanische dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT). We trachten de relatie tussen specifieke groeiparameters (zoals temperatuur, samenstelling en grootte van de katalysator) en de chiraliteit van de SWNTs te achterhalen. Zo hopen we chiraliteitsgecontroleerde groei van koolstof nanobuisjes (CNTs) mogelijk te maken, wat van groot belang is voor industriële toepassingen (o.a. in de micro-elektronica).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Gecombineerde numerieke simulaties van de groei van nanodeeltjes in reactieve plasma's en de depositie van nanomaterialen. 01/10/2007 - 30/09/2010

Abstract

De doelstelling van dit projectvoorstel is via numerieke simulaties een beter inzicht te verkrijgen in het gedrag van reactieve koolstofhoudende (methaan (CH4) en acetyleen (C2H2)) plasma's, voor de vorming en depositie van nanogestructureerde koolstoffilms en nanomaterialen (zoals (U)NCD en CNT). We wensen op een volledig geïntegreerde manier de vorming, de groei en het gedrag van de nanodeeltjes in het plasma, de interactie van deze deeltjes met het substraat en de wand, en de vorming van de nanomaterialen te beschrijven.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Groei van Complexe Oxyden. 01/06/2007 - 31/05/2012

Abstract

Het project wenst de groei van complexe oxide deklagen te begrijpen door een gedetailleerde karakterisering en modellering van het depositieproces. Ook zal de relatie tussen een aantal laageigenschappen en intrinsieke eigenschappen van deklaag voor deze materialen uitgewerkt worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Analytical glow discharge network (GLADNET). 01/02/2007 - 31/01/2011

Abstract

Het GLADNET consortium brengt onderzoeksgroepen samen uit de domeinen van fysica, chemie en materiaalwetenschappen. De verschillende teams zijn gespecialiseerd in gasontladingsfysica, spectroscopie, analytische chemie of de structuur van materialen, alsook teams uit industrie, geinteresseerd in bepaalde toepassingen of in de instrumentontwikkeling. Het netwerk biedt training aan voor de nieuwe generatie onderzoekers in dit domein. De specifieke rol van de onderzoeksgroep PLASMANT bestaat in het ontwikkelen van computermodellen voor glimontladingsplasma's, vooral met de nadruk op het beschrijven van het effect van waterstof, stikstof of zuurstof onzuiverheden op het argon plasma.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Kwantumeffecten in clusters en nanodraden. 01/01/2007 - 31/12/2011

Abstract

In het voorgestelde project zullen de fysische eigenschappen van individuele nanocellen en clusters en grote roosters van nanocellen bestudeerd worden. De belangrijkste activiteiten zullen zich concentreren op nanodraden, kwantumstippen, clusters en nano-gestructureerde films. De nanosystemen zullen samengesteld zijn uit halfgeleiders, metalen (bv. supergeleiders of ferromagneten), koolstof, oxides, organische materialen en combinaties van deze materialen. Deze laatste worden ook hybride systemen genoemd en bieden een extra flexibiliteit om de eigenschappen van nanosystemen op maat te maken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Groei, karakterisering en simulatie van nanokristallijne en ultrananokristallijne PE-CVD diamantfilms. 01/01/2007 - 31/12/2010

Abstract

Het doel van het project is een fundamentele experimentele en theoretische studie van de groei van zowel nanokristallijne (NCD) als ultrananokristallijne (UNCD) PE-CVD diamantfilms, aangevuld met een grondige structurele, morfologische en (opto-)elektronische karakterisering. Het project kan opgesplitst worden in drie grote delen die onderling sterk samenhangen: A. depositie van NCD en UNCD films B. structurele, morfologische en (opto-)elektronische karakterisering C. simulatie van de depositie van NCD en UNCD films

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Gecombineerde moleculaire dynamica (MD) en Monte Carlo (MC) simulaties voor de plasma-geassisteerde depositie van (ultra)nanokristallijne diamant ((U)NCD) films. 01/01/2007 - 31/12/2008

Abstract

We wensen het depositieproces van (ultra)nanokristallijne diamantfilms, gevormd via microgolf-plasma's, te bestuderen met behulp van moleculaire dynamica simulaties. We zullen hiervoor gebruik maken van de Brenner interactiepotentiaal voor koolwaterstoffen. Om het depositieproces op een realistische manier te simuleren, zullen we ook Monte Carlo simulaties ontwikkelen die de relaxatie van het systeem naar een thermodynamisch gunstigere configuratie kunnen beschrijven. Deze Monte Carlo simulaties zullen we koppelen aan de moleculaire dynamica simulaties, We wensen o.a. de invloed na te gaan van de substraattemperatuur, aangelegde (bias) spanning en gasmengsel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties van diëlektrische barrière-ontladingen met gasstroom en flowing afterglow, gebruikt voor de afzetting van SiO2-lagen. 01/01/2007 - 30/09/2007

Abstract

Er wordt een vloeistofmodel ontwikkeld voor een dielektrische barriere-ontlading, gebruikt voor de depositie van SiO2 lagen. Deze ontlading is werkzaam in een mengsel van argon + zuurstof, waarin HMDSO is ingebracht als precursor voor de SiO2 lagen. De chemie in het plasma zal in detail beschreven worden met het model. Ook zal het effect van een gasstroom, om de ontlading te stabilizeren, onderzocht worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties van een inductief gekoppeld plasma gebruikt voor etstoepassingen. 01/10/2006 - 30/09/2010

Abstract

De doelstelling van dit project is het verkrijgen van een beter inzicht in een inductief gekoppeld plasma (ICP) van Cl2 gas en het etsproces van dit plasma op een Si en Si/Si3N4 oppervlak, om de toepassing van plasma-etsen in de halfgeleiderindustrie te optimaliseren. Om dit doel te realiseren wensen we zowel het plasma (ICP) als het etsproces te beschrijven via numerike simulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Ontwikkeling van een "particle-in-cell Monte Carlo" model voor gepulste magnetron ontladingen, voor de reactieve sputter-depositie van nitride- en oxide-lagen. 01/07/2006 - 31/12/2010

Abstract

Doel van het project is het modelleren van gepulste magnetron ontladingen, in een mengsel van argon met stikstof of zuurstof, gebruikt voor de reactieve sputter-depositie van resp. nitride- of oxide-lagen. Het magnetron plasma zal gemodellereerd worden met een "particle-in-cell ¿ Monte Carlo" model. De invloed van o.a. de gasverhouding (reactief gas t.o.v. argon) zal nagegaan worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

BOF/IWT-fellowship for the project "Fluid modeling of a dielectric barrier discharge, used for the deposition of SiO2 layers". 01/01/2006 - 31/12/2006

Abstract

In dit project trachten we een fluid model (vloeistofmodel) te ontwikkelen voor een dielektrische barriere ontlading in een mengsel van argon + zuurstof, met de precursoren HMDSO (hexamethyldisiloxaan) of TEOS (tetraethoxysilaan), gebruikt voor de plasma-depositie van siliciumdioxide (SiO2) lagen. De plasmachemie van beide precursoren zal uitgebreid bestudeerd worden. Vervolgens zal de invloed van een externe gasstroom op de ontlading nagegaan worden, door koppelen van het fluid model aan een commercieel "computational fluid dynamics" (CFD) model "FLUENT". Tenslotte zal het ontstaan en gedrag van een zgn. flowing afterglow, tengevolge van een hoge gasstroom, gesimuleerd worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Nucleatie en duurzaamheid van zeer dunne CVD oxide films op staal en metaal gecoat staal. 01/10/2005 - 30/03/2008

Abstract

Het depositiemechanisme van heel dunne oxidefilmen, afgezet via chemical vapor deposition (CVD) op staal en metallisch-gecoat staal, wordt bestudeerd via experimenten en computer simulaties. Onze taak in het project heeft betrekking op de computer simulaties. We ontwikkelen een moleculaire dynamica (MD) model dat het depositieproces op een gedetailleerde wijze beschrijft. Dit model wordt gekoppeld aan een Monte Carlo model, voor beschrijving van de relaxatie van het oppervlak tijdens de depositie. Ook het mechanisme van nucleatie willen we dieper onderzoeken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Particle-In-Cell/Monte Carlo Collision model van een gepulste magnetron ontlading voor de reactive sputter-depositie van nitride- en oxidelagen. 01/10/2005 - 30/09/2007

Abstract

Er wordt een particle-in-cell/Monte Carlo Collision model ontwikkeld voor een gepulste magnetron ontlading, in een mengsel van argon+stikstof, of argon+zuurstof, voor beschrijving van de reactieve sputter-depositie van resp. nitride- of oxide-lagen. In eerste instantie wordt dit model ontwikkeld voor een continue (dc, direct current) magnetron ontlading, waarbij chemische reacties tussen de verschillende plasmadeeltjes beschreven worden. In tweede instantie zal dat model uitgebreid worden naar een gepulste ontlading. We wensen de modelresultaten te vergelijken met experimenten uitgevoerd in andere onderzoeksgroepen waarmee we samenwerken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Modellering van de vorming van micrometer-deeltjes bij laser ablatie van vaste materialen. (FWO Vis. Fel., D. BLEINER) 01/09/2005 - 31/08/2006

Abstract

Er wordt een model ontwikkeld voor de beschrijving van de processen die optreden tijdens laser ablatie (LA) van vaste materialen, om de toepassing van LA voor ICP-analyse te verbeteren. Meerbepaald de mechanismen voor vorming van deeltjes in het micrometer gebied zullen gesimuleerd worden, op basis van de vorming van een "melt pool" door verhitten van het vaste materiaal, die wegspat ("liquid splashing") onder invloed van druk, en aanleiding geeft tot jet-vorming, en opsplitsen van de jets in micrometer deeltjes. Dit zal beschreven worden met een vloeistofdynamica-model.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Structurele en chemische karakterisatie van materialen op micro- en nanometerschaal. 01/01/2005 - 31/12/2014

Abstract

De studie van oppervlakken, grenslagen, microscopische en zelfs nanoscopische structuren speelt een alsmaar belangrijkere rol in de karakterisatie van zeer uiteenlopende materialen in metallurgie, microelektronica, optoelektroraca, fotografie, enz. Meestal geschiedt deze karakterisatie met zgn. (micro)bundeltechnieken. Door interactie van een "primaire" bundel (elektronen, fotonen, ionen) ontstaan aan het materiaal "secundaire" signalen (elektronen, fotonen, ionen, neutralen) die informatie bevatten over de samenstelling en structuur van het materiaal-oppervlak. De diverse technieken verschillen in het soort informatie, t.w. informatiediepte, diepteresolutie, mogelijkheid om diepteprofielen te verkrijgen, laterale resolutie, compatibiliteit met bepaalde types materialen (elektrische isolator vs. geleider, refractair vs. labiel materiaal), destructief of niet- destructief karakter en soort informatie (elementair, isotopisch, moleculair). Het is duidelijk dat éen methode niet alle vragen kan beantwoorden. Bovendien is de benodigde apparatuur erg duur. Het is niet mogelijk voor één onderzoeks-groep om alle infrastructuur, accessoires, knowhow, know-why, en ervaren personeel in huis te hebben. Samenwerking is derhalve een must. De wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap beoogt het vergemakkelijken van wederzijdse raadplegingen, uitwisselingen en gebruik van complementaire apparatuur voor het oplossen van diverse problemen, aangebracht door een of meer leden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties van processen tijdens en na de interactie tussen laserstraling en een vaste stof. 01/01/2005 - 31/12/2008

Abstract

Er wordt een model ontwikkeld om de processen te beschrijven die optreden tijdens en na de interactie tussen een laser en een vaste stof, om de toepassingen van laser ablatie te verbeteren. Dit model omvat: * de laser-vaste stof interactie (verhitten, smelten, verdampen) * de expansie van de verdampte materiaalwolk in een achtergrondgas * de vorming van een plasma in deze verdampte materiaalwolk * de interactie tussen de laser en het plasma * de vorming van nanodeeltjes via condensatie in de expanderende materiaalwolk * de vorming van micrometer-deeltjes via interactie tussen laser en vaste stof (wegspatten van druppels gesmolten materiaal, explosief koken)

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerical modeling of the interactions of femtosecond and nanosecond laser pulses with a solid and with plasma. 01/01/2005 - 31/12/2006

Abstract

We proberen een model te ontwikkelen voor de beschrijving van de interactie tussen laserpulsen met een vaste stof en met plasma. Het model omvat: * laser - vaste stof interactie: verhitten, smelten, verdampen * expansie van de metaaldamp in een achtergrondgas * vorming van een plasma in de materiaalwolk * interactie tussen laser en plasma

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Modellering van de vorming en het transport van clusters in een radio-frequente silaan ontlading. 01/01/2005 - 30/09/2006

Abstract

Er wordt een model ontwikkeld om de vorming en het gedrag van nanodeeltjes in een radiofrequent silaan (SiH4) en acetyleen (C2H2) plasma te beschrijven. Dit model omvat zowel de vorming van nanodeeltjes via chemische reacties in de gasfase (=nucleatie), als de verdere groei van nanodeeltjes via coagulatie, de oplading van de nanodeeltjes en hun gedrag onder invloed van verschillende krachten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Prijs "Robert Oppenheimer " 2004. 01/12/2004 - 31/12/2006

Abstract

Deze wetenschappelijke prijs werd toegekend voor algemene wetenschappelijke verdiensten

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Wiskundige simulatie van de depositie van diamond-like-carbon (DLC) filmen. 01/01/2004 - 31/12/2005

Abstract

In dit doctoraatswerk worden computersimulaties gebruikt om de afzetting van dunne diamant-achtige koolstoflaagjes te onderzoeken. In een eerste fase worden moleculaire dynamica (MD) simulaties gebruikt om chemisorptie reacties te onderzoeken, die plaatsgrijpen gedurende het depositie proces. Moleculaire dynamica simulaties zijn gebaseerd op het gebruik van een geschikte interatomaire potentiaal waaruit de krachten die inwerken op ieder atoom uit een systeem van atomen op een zelf-consistente manier worden berekend. Het ruimtelijke traject van ieder atoom, zoals bepaald door de wetten van Newton, wordt expliciet geïntegreerd in de tijd. Hierdoor kan dmv. dit type van simulaties gedetaileerde informatie bekomen worden over de filmgroei, de mechanismen die hieraan ten grondslag liggen, en de structuur van de gesimuleerde laagjes bekomen worden op het atomaire niveau. In een tweede stap zal fysisorptie toegevoegd worden, door de interatomaire potentiaal op een daartoe geschikte manier te veranderen, waardoor naast chemisorptie, ook fysisorptie interacties gesimuleerd kunnen worden. Tenslotte zal ook diffusie van deeltjes aan het oppervlak van het substraat opgenomen worden in het computer model. Dit kan gedaan worden door middel van tijdsafhankelijke Monte Carlo (TDMC) simulaties. Een TDMC model zal ontwikkeld worden, en gekoppeld worden aan het MD model. Dit zal uiteindelijk leiden tot een computer model dat toelaat de groei van dunne diamant-achtige koolstof laagjes te onderzoeken op het atomaire niveau, waarbij zowel chemisorptie als fysisorptie reacties kunnen plaatsgrijpen, en tegelijk ook oppervlakte diffusie toelaat op een lange tijdsschaal.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Simulatie van de depositie van diamantachtige koolstoflagen met behulp van gecombineerde moleculaire dynamica en Monte Carlo simulaties. 01/08/2003 - 31/07/2004

Abstract

In dit onderzoek wordt getracht om de plasma depositie van diamantachtige koolstoflagen op een realistische wijze te simuleren, via een combinatie van moleculaire dynamica (MD) en Monte Carlo (MC) simulaties. Bij MD simulaties wordt het gedrag van individuele atomen in een systeem gesimuleerd. Het ruimtelijk traject van elk atoom, onder invloed van krachten uitgeoefend door de omliggende atomen, wordt berekend in functie van de tijd. De krachten worden gehaald uit de interatomaire potentialen. Het depositieproces wordt gesimuleerd door een groot aantal deeltjes (radicalen, ionen,') na elkaar te laten invallen op het oppervlak, en de interactie met de atomen van het oppervlak te berekenen. Deze MD methode is een heel betrouwbare methode, maar ze heeft als grootste nadeel de lange rekentijd. De typische tijdstap in MD simulaties is van de orde van 10-15 s, terwijl bepaalde deelprocessen in het depositiemechanisme, met name diffusie van de deeltjes over het oppervlak, over een tijdschaal van ongeveer 10-6 s verlopen. Daarom wensen we de MD code uit te breiden met een MC model, om diffusie in rekening te brengen. Het diffusieproces zal gesimuleerd worden aan de hand van 'sprongen', berekend in het MC model, met invoergegevens (interactiepotentiaal) uit het MD model.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Wiskundige simulatie van een radiofrequent capacitief gekoppeld CH4/H2-plasma en de depositie van diamond-like-carbon (DLC) filmen. 01/01/2002 - 31/12/2003

Abstract

Door middel van een gecombineerd fluid / Monte Carlo model zal een lage druk CH4/H2 plasma gesimuleerd worden. Dit model geeft informatie over de flux en energie van deeltjes die invallen op een substraat. Deze invallende deeltjes geven aanleiding tot de groei van een dunne diamantachtige film. Deze filmgroei zal eveneens gesimuleerd worden, door middel van een Molecular Dynamics model. Een koppeling tussen beide modellen zal tot stand gebracht worden. Het doel is inzicht te verkrijgen in de onderliggende mechanismen die de filmgroei bepalen, en informatie te bekomen over de gevormde film, zoals stuktuur en samenstelling.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Modelleren van een "dielectric barrier" ontlading voor reactieve oppervlaktebehandeling. 01/11/2001 - 31/10/2005

Abstract

Onderzoeker(s)

  • Promotor: Gijbels Renaat
  • Co-promotor: Bogaerts Annemie
  • Mandaathouder: Madani Myriam

Onderzoeksgroep(en)

Fysicochemische studie van plasmaprocessen in metaaldamp ion lasers via numerieke simulaties. 01/01/2001 - 31/12/2004

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dynamica, evolutie en beperking van waterpollutie door zware metalen in de streek van Plovdiv (Bulgarije). 01/01/2001 - 31/12/2003

Abstract

Een aantal waterbronnen zullen bemonsterd worden en via diverse analytische technieken zullen spore elementen, vooral zware metalen geanalyseerd worden. Via modellering van de waterbeweging in de ondergrond zal de verspreiding van de pollutie bestudeerd worden, ook gebaseerd op kennis van de geologische formaties, en nagegaan hoe verspreiding kan beperkt worden.

Onderzoeker(s)

  • Promotor: Gijbels Renaat

Onderzoeksgroep(en)

Diagnostics and modelling of non-thermal high pressure plasmas. 11/12/2000 - 11/12/2003

Abstract

Onderzoeker(s)

  • Promotor: Gijbels Renaat

Onderzoeksgroep(en)

Ontwikkeling van technologie en software voor de depositie van diamantachtige koolstoflagen in grote plasma reactors. 01/12/2000 - 30/11/2003

Abstract

Diamantachtige koolstoflagen (DLC) zijn veelbelovende beschermende oppervlakte-deklagen, met belangrijke industriële toepassingen. Plasma-ondersteunde chemische damp depositie (PE-CVD) is een veelbelovende techniek voor de afzetting van DLC lagen. Voor industriële toepassingen is het nodig om PE-CVD reactoren te ontwikkelen waarmee filmen kunnen afgezet worden met de vereiste eigenschappen, met een hoge productiviteit en groeisnelheid, zowel op vlakke als niet-vlakke substraten. Op dit moment bestaan er nog geen grote reactoren die aan alle industriële eisen kunnen voldoen. Bovendien is er nog maar weinig bekend over de plasma-chemische processen, het mechanisme van de filmgroei, de correlatie tussen beide, en de wijze waarop deze processen veranderen bij opschaling in grote PE-CVD reactoren. Daarom is het hoofddoel van dit project de ontwikkeling van een wetenschappelijke methode voor de opschaling van plasma reactoren. De doelstellingen zijn de volgende: 1) Experimentele studie van de plasmaparameters en hun invloed op het depositieproces in verschillende PE-CVD reactoren. 2) Modelleren van het depositieproces, (i) om de effecten van opschaling te simuleren, en (ii) om de uniformiteit van deklagen op substraten met een complexe vorm te voorspellen. 3) Gebaseerd op de theoretische en experimentele studies, ontwikkelen van de meest geschikte grote reactor en van de technologie van DLC-depositie op industriële substraten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Numerieke simulaties van glimontladingen, gebruikt in de analytische scheikunde en voor laser-toepassingen. 01/10/2000 - 30/09/2004

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Secundaire ionenmassaspectrometrie met mono- en polyatomische primaire ionen : fundamentele studie van de organische en anorganische ionenvorming en optimalisatie van oppervlakte analyse en diepteprofilering. 01/01/2000 - 31/12/2003

Abstract

Statische SIMS richt zich tot de karakterisatie van organische moleculen in de bovenste monolaag en hun interactie met het onderliggende "substraat". Naast monoatomische primaire ionen wordt gepland polyatomische primaire ionen in te zetten, bv. SF5+, CF3+, daar hogere ionizatie rendementen kunnen bekomen worden, i.h.b. voor hogere massa's. Polymeren zullen hierbij onderzocht worden, o.a. polyurethanen, polycarbonaten, gefluoreerde polymethacrylaten en polyfosfazenen (i.s.m. UG). In "dynamische SIMS" worden diepteprofielen gemeten, o.a. in halfgeleiderstructuren. Polyatomische primaire ionen laten hierbij toe een betere diepteresolutie te verkrijgen (SF5+, Aun-). De fundamentele fysica van polyatomische ionenbombardement zal mede onderzocht worden in een gecombineerde SIMS-Rutherford backscattering opstelling (IMEC).

Onderzoeker(s)

  • Promotor: Gijbels Renaat
  • Co-promotor: Adriaens Mieke
  • Co-promotor: Van Vaeck Luc

Onderzoeksgroep(en)

Structurele en chemische karakterisatie van materialen op micro- en nanometerschaal. 01/01/1999 - 31/12/2003

Abstract

De studie van oppervlakken, grenslagen, microscopische en zelfs nanoscopische structuren speelt een alsmaar belangrijkere rol in de karakterisatie van zeer uiteenlopende materialen in metallurgie, microelektronica, optoelektroraca, fotografie, enz. Meestal geschiedt deze karakterisatie met zgn. (micro)bundeltechnieken. Door interactie van een "primaire" bundel (elektronen, fotonen, ionen) ontstaan aan het materiaal "secundaire" signalen (elektronen, fotonen, ionen, neutralen) die informatie bevatten over de samenstelling en structuur van het materiaal-oppervlak. De diverse technieken verschillen in het soort informatie, t.w. informatiediepte, diepteresolutie, mogelijkheid om diepteprofielen te verkrijgen, laterale resolutie, compatibiliteit met bepaalde types materialen (elektrische isolator vs. geleider, refractair vs. labiel materiaal), destructief of niet-destructief karakter en soort informatie (elementair, isotopisch, moleculair). Het is duidelijk dat éen methode niet alle vragen kan beantwoorden. Bovendien is de benodigde apparatuur erg duur. Het is niet mogelijk voor één onderzoeks-groep om alle infrastructuur, accessoires, knowhow, know-why, en ervaren personeel in huis te hebben. Samenwerking is derhalve een must. De wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap beoogt het vergemakkelijken van wederzijdse raadplegingen, uitwisselingen en gebruik van complementaire apparatuur voor het oplossen van diverse problemen, aangebracht door een of meer leden.

Onderzoeker(s)

  • Promotor: Gijbels Renaat

Onderzoeksgroep(en)

Hoge kwaliteit UV-lasers voor microelectronica. 01/01/1999 - 31/12/2003

Abstract

In microlithografie zijn excimer lasers met smallere bandbreedte nodig om de schaal onder de 100 nm te brengen. Het doel van dit project is de ontwikkeling van laser systemen waarbij holle kathode laser pulsen (van CW gas laserbundel kwaliteit) gebruikt worden om de bandbreedte van de excimer lasers te controleren. De ontwikkeling van de laser zal worden ondersteund door modelberekeningen en experimentele (plasmadiagnostische) metingen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)