Mijn PhD thesis

De pagina’s in de lijst hieronder zijn de web-versie van de hoofdstukken van mijn proefschrift. Je kan hier ook een pdf-versie downloaden als je dat liever hebt. Ik raad je aan om bij de Nederlandstalige samenvatting te beginnen, dat is als het goed is (redelijk) toegankelijk geschreven (ongeveer 7 minuten lezen).

De simpele bindingsgeometrie van koolstofatomen staat aan de basis van materialen variërend van hout tot diamant. In mijn proefschrift nemen we de eerste stapjes op een vergelijkbaar pad: we onderzoeken de assemblage van zogenaamde lappendeeltjes (of patchy particles in het Engels), colloidale deeltjes met directionele bindingslapjes, en laten zien hoe deze controleerbare bouwblokken geassembleerd kunnen worden in allerlei verschillende structuren.

We assembleren de deeltjes in zogenaamde colloïdale moleculen, kleine colloïdale clusters met vergelijkbare bindingsgeometrie als alkanen, en we laten zien hoe deze structuren vergelijkbare chemische transformaties ondergaan als ‘normale’ moleculen. We bouwen ook grotere superstructuren: een honinggraatkristal word gevorm door de assemblage van trivalente deeltjes die zich in 2 dimensies kunnen bewegen. We bestuderen de defecten, dynamica en ontwikkeling van de “colloïdaal grafeen”. Onder bepaalde condities kan ditzelfde systeem heel andere structuren vormen: een amorf netwerk en een driehoekig kristal. We laten het fasediagram van het systeem zien, waarbij het rijke fasegedrag van deze simpele deeltjes duidelijk word. Ten slotte kijken we naar een mix van di- en trivalente deeltjes, die zich assembleren in een netwerk - dit levert een zogenaamde “evenwichtsgel” op. Deze structuur lijk op een gel, maar is in evenwicht; een erg contra-intuïtieve staat van zijn.

Dit onderzoek kan het best gezien worden als een basis voor het ontwerp van complexe slimme materialen, met precies controleerbare mechanische, optische en elektronische eigenschappen. Toekomstige ‘colloïdaal architecten’ zullen misschien wel net zo goed worden in het beïnvloeden van materiaaleigenschappen als de natuur: met precieze controle over bouwstenen, komt precieze controle over de macroscopische eigenschappen van het materiaal waar zij deel van uitmaken.