`Groene` magnetische kristallen in een potje

8 | Onderzoek
7 februari 2013
‘Groene’
magnetische
kristallen
in een potje
Speciale bacteriën kunnen heel gecontroleerd magnetietkristallen laten groeien
en bepalen zo de grootte en magneetsterkte van deze deeltjes. Lange tijd was
onbekend hoe ze dit voor elkaar krijgen, maar dankzij onderzoek van materiaalchemicus Nico Sommerdijk (ST) kan de natuur nu worden nagebootst in een potje.
Nico Sommerdijk. Archieffoto | Bart van Overbeeke
4 brandende vragen
In het lab is het stil, op het ronddraaien van
een roerder in een bekerglas na. En juist in dit
bekerglas speelt zich volgens Nico Sommerdijk
iets heel bijzonders af. Het is met het blote oog
niet te zien -daarvoor is hightech elektronen­
microscopie nodig-, maar in de waterige substantie
zijn zich magnetietkristallen aan het formeren.
En dat proces kunnen Sommerdijk en zijn
collega’s nu beïnvloeden. “Juist omdat magnetiet
-een veelvoorkomende magnetische vorm van
ijzeroxide- zo onoplosbaar is, is het moeilijk
om de grootte en de vorm van de kristallen te
controleren tijdens hun vorming. Er wordt daarom
al heel lang gekeken hoe magnetotactische
bacteriën dat zo precies kunnen. Want daarmee
bepalen ze tevens de sterkte van de magnetische
eigenschappen.”
“Deze bacteriën gebruiken magnetietkristallen
om kleine kompasnaaldjes te vormen en zich
te laten leiden door het aardmagnetisch veld.
Omdat magnetietkristallen ook veel technologische
toepassingen kennen, zoals magnetische dataopslag of als contrastvloeistof bij MRI, is er de
laatste jaren veel onderzoek gedaan naar het
groeiproces van de kristallen. Maar wij zijn nu
de eersten die het voor elkaar hebben gekregen
de natuur na te bootsen”, zegt Sommerdijk.
En daardoor waren de chemici ook in staat het
groeiproces van de magnetietkristallen tot in detail
te bestuderen. Met behulp van hogeresolutiecryo-elektronenmicroscopie zagen ze dat de
kristalletjes groeiden door clustering van kristal­
subunits van 2 nanometer. En dat aangroeiproces
is compleet nieuw, zo beschrijft Sommerdijk
samen met onderzoekers van het Duitse Max
Planck Instituut deze week in Nature Materials.
Sommerdijk: “Vaak zie je dat kristallen direct
gevormd worden, zoals bij keukenzout gebeurt.
Of wordt het en masse omgezet vanuit een
bulksubstantie, wat bij calciumfosfaat in onze botten
gebeurt. Maar dat kristallen gevormd kunnen
worden door het samenkomen van ongeordende
nanodeeltjes, was onbekend. Het is prachtig om
te zien: op het moment van aanhechting nemen
de subunits dezelfde kristalstructuur aan als die
Dirk Senden (W)
Mechanisch gedrag van polymeren
(Onder redactie van Tom Jeltes)
1
2
3
efschrift?
Wat zien we op de cover van je pro
Hoe leg je op feestjes uit waar je
onderzoek over gaat?
1 | cover
2 | feestjes
Je ziet een aantal proefstukken die ik heb gebruikt
in mijn onderzoek. Polymeren bestaan uit lange
moleculen die zich oriënteren terwijl, tijdens het
maken van een product, het vloeibare polymeer
door de mal stroomt. Hierdoor worden de eigenschappen van het product anisotroop, oftewel
richtingsafhankelijk. Dit thema staat centraal in
mijn proefschrift en is daarom geïllustreerd op
de kaft.
Van kunstheupen tot smartphones, producten
gemaakt van polymeren kom je overal tegen. Om
een goed product te ontwerpen is het noodzakelijk
te kunnen voorspellen hoe het materiaal zich onder
belasting gedraagt en wat de verwachte levensduur is. Mijn onderzoek richt zich op het opstellen
van wiskundige modellen die het mechanisch gedrag
van polymeren onder verschillende omstandigheden
kwantitatief beschrijven.
3 | onmisbaar
at is
Welke persoon, techniek of appara
oek?
onmisbaar geweest voor je onderz
In mijn experimentele werk was de grootste moeilijk­
heid niet zozeer het meten, maar eerder het nauw­
keurig maken van de benodigde proefstukken. Een
goed voorbeeld hiervan zijn de kubusjes van 1x1x1
mm voor drukproeven, die te zien zijn op mijn kaft
(onder het vierkante plaatje). Onmisbaar hierbij
was de hulp en expertise van Sjef Garenfeld, onze
werkplaatstechnicus.
4 | samenleving
4
Wat heeft de samenleving aan
jouw werk?
De meest praktische toepassing van mijn werk zou
zijn om mijn modellen te implementeren in simulatie­
software, zodat productontwikkelaars ze kunnen
gebruiken om betere en veiligere polymeerpro­
ducten te ontwerpen.
Onderzoek | 9
Kijk voor nieuws op www.cursor.tue.nl
van het hoofdkristal. We konden
zelfs de vlakken van atomen in het
kristalrooster zichtbaar maken.”
Het onderzoek van Sommerdijk en
collega’s is niet alleen van fundamenteel belang. Verderop de campus toont
Marcel Vilaplana een potje met een
stroperige zwarte vloeistof. Als hij er
vervolgens een magneet tegenaan
houdt, ontstaan spectaculaire spikes.
Vilaplana is onderzoeker bij Ioniqa,
een spin-off van de TU/e. Zij zijn
gespecialiseerd in de productie van
smart materials, zoals magnetische
vloeistoffen. Deze ‘ferrofluids’ worden
onder meer gebruikt als sealings
in diverse machines om frictie te
verlagen en apparaten beter te kunnen
uitbalanceren. Hiermee wordt slijtage
verminderd.
“Nu kunnen
we ons
productieproces
‘vergroenen’”
Ioniqa werkt al enige tijd samen met
de onderzoeksgroep van Sommerdijk.
Want naast het blootleggen van het
magnetiet-kristallisatieproces heeft
Sommerdijk zich ook gebogen over de
optimalisatie van de groeiomstandig­
heden. En dat blijkt verbazingwekkend
‘groen’ te kunnen. Vilaplana: “Voor
magnetische kristalgroei is een relatief
hoge temperatuur nodig en maken we
gebruik van organische oplosmiddelen
als drager-vloeistof. Maar nu blijkt dat
met de juiste methode magnetiet ook
gevormd kan worden bij kamertempera­
tuur en in een waterig milieu. Goed
nieuws.”
Ioniqa-directeur Tonnis Hooghoudt
onderstreept het belang van groene
technologie, maar ook van de
Donderdag 14 februari 16:00 uur CZ4
Promotie Dipl.-Ing. J. Hofrichter (EE)
Promotor(en): prof.dr. H.J.S. Dorren
Voorzitter: prof.dr.ir. A.C.P.M. Backx
Titel proefschrift: “InP Microdisks for
Optical Signal Processing and Data
Transmission”
Promoties
Een ferro-vloeistof waar een magneet bij wordt gehouden.
samenwerking met de TU/e: “Onze
klanten vragen in toenemende mate
om groenere en duurzamere technologieën. Mede dankzij dit fundamentele
stuk onderzoek kunnen we ons
productieproces ‘vergroenen’ en
verder optimaliseren. Het is als bedrijf
goed om de samenwerking met de
universiteit te zoeken en voordeel
te halen uit elkaars expertises.
l
.tue.n
ursor
c
.
w
ww
In ons geval kunnen we daardoor op
een grotere schaal én milieuvriende­
lijkere manier vernieuwende magne­tische smart materials leveren.”
En zo groeien de kristallen straks
niet alleen in een bekerglas, maar
ook in een honderdlitertank. (NT)
e
end
s
n
Da ro- f
fer eisto
vlo
Donderdag 7 februari 16:00 uur CZ4
Promotie N.W. Bauer MSc (W)
Promotor(en): prof.dr.ir. W.P.M.H.
Heemels
Voorzitter: prof.dr. L.P.H. de Goey
Titel proefschrift: “Networked Control
Systems From Theory to Experiments”
Donderdag 7 februari 16:00 uur CZ5
Promotie ir. P. Mendels (ID)
Promotor(en): prof.dr.ir. C.C.M.
Hummels en prof.dr.ir. J.H. Eggen
Voorzitter: prof.dr.ir. L.M.G. Feijs
Titel proefschrift: “From Collection
to Reflection: On designing Freed,
a tool for free and flexible organization
of designers’ digital work.”
Maandag 18 februari 16:00 uur CZ4
Promotie ir. D.J.A. Senden (W)
Promotor(en): prof.dr.ir. H.E.H. Meijer
Voorzitter: prof.dr.ir. A.A. van Steenhoven
Titel proefschrift: “Strain Hardening
and Anisotropy in Solid Polymers”
Donderdag 21 februari 16:00 uur CZ5
Promotie ir. D.R.M. Renger (W&I)
Promotor(en): prof.dr. M.A. Peletier
Voorzitter: prof.dr. A.M. Cohen
Titel proefschrift: “Microscopic
Interpretation of Wasserstein
Gradient Flows”
Elise Meijer (IE&IS)
Samenwerken is mensenwerk
Maxim Hendriks (W&I)
Betegelen in navolging van Plato
1 | cover
2 | feestjes
1 | cover
2 | feestjes
We zien een cirkel van mensen die elkaar
vasthouden, duidend op een team dat gemoti­veerd
is om samen te werken. Ze dragen verschillende
kleuren om aan te geven dat ze van verschillende
bedrijven zijn.
Het succes van grote R&D-allianties wordt mede
bepaald door het effectief samenwerken van de
betrokken personen op microniveau. Dat aspect is
lange tijd verwaarloosd. Voor mijn onderzoek heb
ik vragenlijsten voorgelegd aan 424 respondenten
uit 39 teams. Een opvallend resultaat is dat de pres­
tatie van dergelijke teams voor een groot deel
afhankelijk is van de mate waarin de leden van de
verschillende organisaties zich identificeren met
het alliantieteam als geheel.
De omslag is gebaseerd op een houtsnijwerk van
de Japanse kunstenaar Hokusai: De grote golf
van Kanagawa uit 1832. Op de plek waar in het
origineel de Fuji -de hoogste berg van Japan- staat
afgebeeld, heb ik een icosaëder geplaatst. Dat is
een regelmatig twintigvlak en een voorbeeld van
een platoons betegeld oppervlak. Ik heb onderzoek
gedaan naar platoonse betegeling van andere
oppervlakken.
Stel je een willekeurige landkaart voor, waarbij de
grenzen lijnen zijn, getrokken tussen meerlandenpunten. Ik heb gekeken naar de manieren waarop
je dit soort patronen kunt maken op allerlei oppervlakken. De icosaëder is hiervan een eenvoudig
voorbeeld, maar als je een donut wilt betegelen,
wordt het al ingewikkelder - laat staan wanneer je
geometrische vormen hebt met meerdere gaten. Ik
heb de algebraïsche formules opgesteld waarmee
je die meetkundige objecten kunt beschrijven.
3 | onmisbaar
3 | onmisbaar
Dit soort onderzoek vraagt om een gedetailleerde
dataset, die moeilijk is te verkrijgen. Uiteindelijk
hebben acht van de tien meest R&D-intensieve
Nederlandse bedrijven in 2008 met hun directe en
indirecte partners meegewerkt. Dat was cruciaal.
Daarnaast hebben mijn promotoren prof.dr. Geert
Duysters en prof.dr. Christophe Boone mij altijd
met veel enthousiasme en kennis bijgestaan.
Erg handig was een snelle computer en de algebra­
software MAGMA. Hiermee heb ik veel resultaten
uit mijn proefschrift kunnen berekenen.
4 | samenleving
Meer dan de helft van de R&D-allianties faalt. Bij
het aangaan van dit soort samenwerkingen wordt
vaak veel aandacht besteed aan strategische en
financiële aspecten en hoe later om te gaan met de
uitkomsten zoals intellectueel eigendom. Uiteindelijk
draait het er echter om hoe goed mensen met
elkaar kunnen samenwerken.
4 | samenleving
Het is fundamenteel onderzoek, dus ik durf niet te
zeggen of de maatschappij hier binnen afzienbare
tijd iets aan heeft. Maar ik kan wel speculeren. Veel
van de figuren die ik heb beschreven, hebben extreem
symmetrische eigenschappen. Ik kan me voorstellen
dat die over vijftig jaar een rol blijken te spelen in
natuurkundige theorieën.