27 januari 2016

Voor onderzoek naar nieuwe nanomaterialen met functionele eigenschappen

ERC Consolidator Grant voor Marijn van Huis

Aan dr. Marijn van Huis (Natuurkunde) is een ERC Consolidator Grant van twee miljoen euro toegekend om voor het eerst met atomaire resolutie live in beeld te brengen hoe in een oplossing nanomaterialen worden gevormd. Dit is interessant voor de ontwikkeling van nieuwe duurzame en slimme materialen, maar ook voor bijvoorbeeld het begrijpen van aardbevingen.

Marijn van Huis
Dr. Marijn van Huis

Van Huis onderzoekt de vorming van een nieuwe klasse van nanomaterialen die bijzondere, vaak instelbare eigenschappen hebben. Hiermee zou bijvoorbeeld een vaste stoflaser gemaakt kunnen worden met een instelbare golflengte. Aan de andere kant gaat het ook om natuurlijke processen, zoals de omzetting van magnesiumoxide in magnesiumhydroxyde in de bodem. Omdat hierbij het volume met 100 procent toeneemt, kan dit tot seismische activiteit en zelfs aardbevingen leiden. Van Huis laat op zijn beeldscherm een filmpje zien waarop deze omzetting goed te volgen is. Maar de schaal daarvan is nog te grof voor zijn onderzoeksdoel.

Begrijpen

“Ik wil achterhalen wat de drijvende krachten zijn tijdens de vorming van dit soort nanomaterialen en wat de relatie is tussen hun structuur en hun eigenschappen. Dat is nodig voor de industriële toepassing van dit soort nanomaterialen, maar biedt op termijn ook de mogelijkheid om hele nieuwe, functionele typen te ontwerpen. Op dit moment begrijpen we echter nog helemaal niet goed hoe dit soort processen verlopen.”

Theorie

Essentieel voor zijn onderzoek vindt Van Huis de combinatie van theorie en experiment. Zijn gehonoreerde Vidi-voorstel van vier jaar geleden richt zich bijvoorbeeld helemaal op theoretisch onderzoek. “Met gedetailleerde kwantummechanische en semi-empirische atomaire simulaties onderzoeken we welke energiën een rol spelen tijdens de vorming van deze nanodeeltjes. Daarbij hebben we ontdekt dat het erg interessant is om te manipuleren met de oppervlakken en expres defecten aan te brengen in de kristalstructuren van de nanodeeltjes. Dit levert nanodeeltjes op met hele  nieuwe optische en magnetische eigenschappen voor bijvoorbeeld innovatieve beeldschermtechnologie, snellere computergeheugens en efficiëntere zonnecellen.”

"Als het zover is, zijn we wereldwijd de eersten die op atomair niveau de vorming van nanomaterialen in oplossingen kunnen volgen."

Elektronenmicroscopie

De nanomaterialen die Van Huis onderzoekt, worden gemaakt in een oplossing. Door een aantal slimme trucs is het inmiddels mogelijk het syntheseproces in de oplossing met een transmissie elektronenmicroscoop te bestuderen. Door de dikte van de waterlaag is de resolutie echter nog slecht. Van Huis heeft nu bedacht hoe de waterlaag zo dun te krijgen is, dat atomaire resolutie mogelijk moet zijn. “Ik verwacht dat we wel enkele jaren nodig hebben om deze nieuwe wetenschappelijke technologie te ontwikkelen. Maar als het zover is, zijn we wereldwijd de eersten die op atomair niveau de vorming van nanomaterialen in oplossingen kunnen volgen. Het bedrijfsleven, met name de chemische industrie en de elektronenmicroscopiebedrijven, hebben grote interesse in deze ontwikkelingen.”

Marijn van Huis

Marijn van Huis (1975) studeerde en promoveerde in de natuurkunde aan de Technische Universiteit Delft. Daarna werkte hij als postdoc in Delft en in Antwerpen. In 2006 verwierf hij een Veni en in 2012 een Vidi. Met zijn Vidi kwam hij naar Utrecht, in de groep Soft Condensed Matter van prof. Alfons van Blaaderen en prof. Marjolein Dijkstra. Van Huis is ook waarnemend wetenschappelijk hoofd van het ‘EM Square’, de nieuwe elektronenmicroscopie-faciliteit van de faculteit Bètawetenschappen. >> Lees meer over Marijn van Huis en zijn onderzoek op zijn profielpagina.

Sustainability

Het onderzoek van Marijn van Huis is een voorbeeld van Future Energy & Resources, van het Strategisch Onderzoeksthema Sustainability van de Universiteit Utrecht.