Nieuwe methode onthult hoe natuurlijke materialen zich gedragen op meerdere lengteschalen

Chalmers en het MAX IV Laboratorium hebben een methode ontwikkeld die toont in hoe natuurlijke materialen zich gedragen op verschillende lengteschalen. Dit opent een deur naar een slimmer ontwerp van innovatieve materialen.

Tags:

Veel natuurlijke materialen danken hun unieke eigenschappen aan een hiërarchische structuur die zich uitstrekt over meerdere lengteschalen. Door miljoenen jaren evolutie heeft de natuur materialen gecreëerd met een complexe organisatie, van moleculaire tot macroscopische structuren.

Een goed voorbeeld is hout, dat bestaat uit meerdere lagen van structuren. Het begint met celluloseketens die bundelen tot fibrillen, die op hun beurt vezels vormen. Deze vezels bouwen celwanden en weefsels, die uiteindelijk het volledige hout vormen. Dankzij deze hiërarchische opbouw combineert hout uitstekende mechanische eigenschappen met een licht gewicht, in tegenstelling tot homogene blokken materiaal.

Onderzoekers proberen dergelijke hiërarchische structuren na te bootsen in synthetische materialen. Dit proces, dat veel sneller gaat dan de natuurlijke evolutie, kan leiden tot doorbraken in materiaalontwerp.

Simultane observatie van meerdere schalen

Tot voor kort was het onmogelijk om hiërarchische materialen op meerdere lengteschalen tegelijk te bestuderen. De nieuwe methode, genaamd Rheo-PLI-SAXS, brengt daar volgens ontwikkelaars Chalmers en het MAX IV, verandering in.

“Voorheen konden we slechts één schaal tegelijk observeren, waardoor we belangrijke details verloren over hoe verschillende lagen zich ten opzichte van elkaar oriënteren,” zegt Roland Kádár, expert in reologie aan de afdeling Industrieel en Materiaalkunde van Chalmers.

Rheo-PLI-SAXS combineert drie geavanceerde technieken:

  • Reologie, de studie van hoe materialen vloeien en vervormen.
  • Gepolariseerde lichtbeeldvorming (PLI), dat de interne structuur van een materiaal in kaart brengt.
  • Kleine-hoek-röntgenverstrooiing (SAXS), waarmee de kleinste nanoschaalstructuren zichtbaar worden.

Deze combinatie maakt het mogelijk om materialen te bestuderen onder stromingsomstandigheden, specifiek bij eenvoudige afschuiving, waarbij parallelle lagen materiaal langs elkaar glijden. Zo kan de relatie tussen de structuur en eigenschappen van materialen beter worden begrepen. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor het ontwerpen van materialen met geavanceerde en multifunctionele eigenschappen.

Tags:

Geef een reactie

Je e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *