Zachte materie is een belangrijke materiaalklasse die doorgaans bestaat uit colloïdale deeltjes en/of polymeren in een vloeibaar medium. Voor bepaalde samenstellingen hebben dit soort systemen de neiging om (micro-)fasen te scheiden en te ontmengen in naast elkaar bestaande fasen die verschillen in samenstelling, structuur en eigenschappen. PhD-onderzoeker Joeri Opdam ontwikkelde theoretische methoden om het fasegedrag van zachte materiesystemen die bestaan ​​uit colloïdale mengsels en blokcopolymeren nauwkeurig te voorspellen, wat cruciaal is voor hun toepassingen in producten als coatings, farmaceutica en voeding.

Colloïdale deeltjes en polymeren zijn belangrijke bouwstenen voor de fabricage van nieuwe materialen. Verder zijn ze alomtegenwoordig in zogenaamde "zachte materie", die verwijst naar industriële producten zoals verf, mayonaise en tandpasta, maar ook natuurlijke systemen zoals klei, bloed en levende cellen. Dergelijke systemen vertonen fasegedrag vergelijkbaar met atomen en moleculen waarbij, afhankelijk van de concentratie van colloïdale en/of polymere componenten, verschillende fasen zoals een vloeistof of een (vloeibaar) kristal worden aangenomen. In een colloïdale dispersie die deeltjes bevat met verschillende afmetingen en/of vormen of in oplossingen van blokcopolymeren, kunnen de interacties tussen de verschillende componenten fasescheiding induceren. Het systeem is dan niet langer homogeen, maar ontmengt zich in naast elkaar bestaande fasen met verschillende samenstellingen. Voor veel toepassingen is het gewenst om fasescheiding te voorkomen, maar in bepaalde gevallen kan het een gewenst effect zijn om componenten te scheiden met behulp van faseovergangen of stratificatie te induceren.

In zijn Ph.D. onderzoek verbeterde Opdam theoretische concepten die oorspronkelijk waren ontwikkeld om het fasegedrag van colloïd/polymeermengsels te bestuderen, maar die nu kunnen worden toegepast op colloïdale mengsels. Met dit theoretische model bracht hij de stabiliteitsgebieden van verschillende soorten (coëxisterende) fasen voor colloïdale mengsels in kaart voor een breed scala aan grootteverhoudingen, vormparameters en concentraties. De modelvoorspellingen komen goed overeen met experimenten en computersimulaties van medewerkers. Bovendien onthulde de theorie een verscheidenheid aan interessante fenomenen, zoals de mogelijkheid om te scheiden in vijf verschillende naast elkaar bestaande fasen in een eenvoudige dispersie die slechts twee soorten harde deeltjes bevat.

Lattice-model

Blokcopolymeren kunnen spontaan worden gerangschikt in macroscopische fasen met periodieke domeinen op nanometerschaal. Met behulp van een roostermodel gebaseerd op zelfconsistente veldtheorie liet Opdam zien hoe oplosmiddelen kunnen worden gebruikt om de grootte en vorm van deze domeinen te manipuleren die kunnen worden gebruikt om blokcopolymeermaterialen met specifieke optische of elektronische eigenschappen te fabriceren. Verder liet hij zien hoe de oppervlakteaffiniteit van blokcopolymeer oppervlaktemodificatoren in coatingformuleringen die relevant zijn voor de auto-industrie wordt beïnvloed door drogen. De resultaten ondersteunden experimentele bevindingen, waaruit bleek dat de verdeling van blokcopolymeren over de bulk en het oppervlak aanzienlijk kan verschillen tussen de natte coatingformulering en de uitgeharde coating.

Theoretische modellen bieden een snelle methode om te schatten hoe bepaalde parameters faseovergangen beïnvloeden en kunnen daarom worden gebruikt om experimenteel en computationeel werk te begeleiden. Dit onderzoek is daarom een ​​belangrijke stap naar het begrip en efficiënt gebruik van colloïdale mengsels en blokcopolymeren, wat helpt bij het ontwerpen van systemen van zachte materie met gewenste eigenschappen. + Verder verkennen

Elastische velden vergroten het begrip van chirale moleculaire kristallen