Rheo-Structural Study of Capillary Nanosuspensions

Promovendus/a: Lingyue Liu

Promotor(en): Prof. dr. Erin Koos

Net zoals water zandkorrels helpt samenhouden om zandkastelen te bouwen, onderzoekt mijn onderzoek "capillaire suspensies" waarbij kleine hoeveelheden van de ene vloeistof microscopische bruggen creëren tussen deeltjes die zweven in een andere vloeistof, waardoor verrassend sterke netwerken ontstaan. De belangrijkste innovatie was het toevoegen van nog kleinere deeltjes genaamd nanodeeltjes aan deze systemen. Deze deeltjes, waarvan er miljoenen op een enkele haar zouden passen, werken als kogellagers op nanoschaal wanneer ze worden toegevoegd aan de vloeistofbruggen. Met behulp van geavanceerde confocale microscopie en reologische apparatuur observeerde ik hoe nanodeeltjes dunne films vormen op deeltjesoppervlakken, wrijving tussen deeltjes verminderen, en een meer uniforme verdeling van vloeistofbruggen door het materiaal bevorderen.

Deze materialen werden onderworpen aan compressie, rek- en schuifkrachten terwijl gelijktijdig microstructurele veranderingen werden geobserveerd. Materialen met nanodeeltjes toonden verbeterde flexibiliteit tijdens compressie, meer voorspelbare faalpatronen tijdens rekken, en verminderde deeltjesbeweging onder schuifspanning. Staafvormige deeltjes werden ook onderzocht, waarbij bleek dat ze directionele uitlijningen vormen die materialen creëren met oriëntatie-afhankelijke eigenschappen.

Mijn onderzoek biedt een fundamenteel begrip van het ontwerpen van materialen met nauwkeurig gecontroleerde eigenschappen. Toepassingen omvatten 3D-printinkten die soepel stromen maar hun vorm behouden na het printen, scheurbestendige coatings, lichtgewicht keramiek met hoge sterkte, en verbeterde voedselformuleringen. Door deeltjesinteracties op microscaal te begrijpen, kunnen materialen worden ontworpen met op maat gemaakte eigenschappen, wat paden opent naar geavanceerde materialen, inclusief zelfherstellende systemen en structuren die zich aanpassen op basis van omgevingscondities.