Sinds het begin van de mensheid ontwikkelen en verbeteren we materialen met betere en meer geoptimaliseerde materiaaleigenschappen. Door te begrijpen hoe natuurlijke materialen worden gemaakt, men moet ze kunnen imiteren en wijzigen. En dat is precies wat Mark van Rijt en Bernette Oosterlaken (Chemische Technologie en Scheikunde) deden, beide vanuit een ander perspectief.

Om materialen te bouwen met uitzonderlijke afgestemde eigenschappen, de natuur maakt gebruik van een relatief klein aantal gangbare en gewone bouwstenen. Deze gemeenschappelijke bouwstenen zijn opgenomen met zowel een hoge controle over de kristalmorfologie als een hiërarchische controle over hun structuur, van nanometerschaal tot millimeterschaal. Veel van deze materialen zijn hybride en bestaan ​​uit een organisch en een anorganisch deel.

Vaak, het organische deel assembleert in een gedefinieerde hiërarchische structuur en wordt gemineraliseerd met het anorganische deel. Het samenspel tussen die materialen leidt tot bijzondere eigenschappen. Bijvoorbeeld, calciumfosfaat is sterk maar broos, maar wanneer gemineraliseerd in een collageenmatrix, zoals in bot, het uiteindelijke materiaal vertoont sterkte en aanzienlijke taaiheid.

Nieuwe synthesestrategie

Mark van Rijt onderzocht de incorporatie van zinkoxide (ZnO) in organische templates. Op deze manier een nieuw materiaal met, Hopelijk, nieuwe high-end eigenschappen moeten worden verkregen. Echter, ZnO wordt typisch gevormd bij een temperatuur die een organische sjabloon niet kan overleven. Vandaar, Er wordt gezocht naar alternatieve methoden, waaronder het direct vormen van ZnO in een organisch sjabloon. Hiervoor is het van vitaal belang dat het ZnO eerst kan worden gesynthetiseerd onder sjabloonvriendelijke omstandigheden.

Van Rijt ontwikkelde daarom een ​​nieuwe synthesestrategie na het gebruik van geavanceerde cryogene transmissie-elektronenmicroscopie (CryoTEM) bemonsteringsexperimenten om de vorming van een gemeenschappelijke ZnO-vormingsstrategie in water in de loop van de tijd in detail te onderzoeken. Na optimalisatie, deze sterk gecontroleerde synthesestrategie maakt de vorming van ZnO mogelijk bij temperaturen tot ~ 40 °C en kan daarom nu dienen als basis voor ZnO-mineralisatie van gevoelige organische sjablonen.

Inspiratie uit de natuur

Bernette Oosterlaken werkte met verschillende organische sjablonen om de vorming van een ander mineraal te bestuderen, magnetiet. Dit ijzeroxide heeft de hoogste verzadigingsmagnetisatie van alle natuurlijk voorkomende mineralen, wat leidt tot magnetische eigenschappen. Zijn magnetisch gedrag hangt sterk af van de grootte en vorm van het kristal en als zodanig, door de kristalgewoonte te beheersen, zijn magnetische gedrag kan worden afgestemd.

Inspiratie halen uit de natuur, waar hoge controle over kristalgrootte en vorm wordt bereikt, zelfs bij omgevingstemperatuur en in waterige media, Oosterlaken streefde naar een vergelijkbare controle over de kristalgewoonte door een organisch sjabloon te bieden voor de vorming van ijzeroxide. Na tijd-opgeloste en in-situ technieken, gecombineerd met spectroscopische technieken, Oosterlaken is erin geslaagd om een ​​van de geselecteerde sjablonen met succes te mineraliseren, collageen, met ijzeroxiden.

Het onderzoek van Van Rijt en Oosterlaken gaf een eerste inzicht in de factoren die de vorming van minerale binnenmallen aansturen, en daarmee een allereerste stap in het ontwerp van nieuwe synthetische materialen op natuurlijke basis.