In-situ study of the crystallization dynamics of organic materials with harmonic light scattering

Promovendus/a: Karen Aerts

Promotor(en): Prof. dr. Thierry Verbiest, De heer Yovan de Coene

Kristallen spelen een cruciale rol in uiteenlopende gebieden, van geneeskunde tot materiaalkunde. Wetenschappers hopen kristallen te ontwerpen met specifieke, nuttige eigenschappen. Maar om dit te bereiken, moeten we eerst begrijpen hoe kristallen zich op de allerkleinste moleculaire schaal beginnen te vormen. Mijn onderzoek neemt deze uitdaging aan door een op maat gemaakte optische opstelling te ontwikkelen waarmee we de eerste momenten van kristallisatie in real time kunnen observeren, bij verschillende soorten moleculen.

Onze opstelling combineert geavanceerde optische technieken om zeer gedetailleerde momentopnamen te maken van moleculen terwijl ze naar kristallisatie toe bewegen. Met dit instrument ontdekte ik dat er vaak kleine clusters ontstaan voordat de kristallen zelf gevormd worden — een onverwachte bevinding die ingaat tegen traditionele theorieën. Deze ontdekking kan leiden tot nieuwe manieren om de eigenschappen van kristallen te beheersen door deze vroege clusters nauwkeurig af te stemmen.

Zo ontdekte ik bijvoorbeeld dat bepaalde polymeermoleculen een soortgelijk pre-aggregatiepad volgen voordat ze kristalliseren, ongeacht hun grootte. En bij chiraliteit in polymeren (die unieke vormen hebben, zoals een linker- of rechterhandigheid) hebben we verschillende mechanismen ontdekt die leiden tot verschillende soorten kristalstructuren. Dit inzicht kan waardevol zijn om kristallen op maat te maken voor specifieke toepassingen.

We hebben deze opstelling zelfs toegepast om chlorofyl b te bestuderen, het molecuul dat planten gebruiken om zonlicht te absorberen. Door de vroege aggregatiestadia van chlorofyl b te observeren, hopen we de weg vrij te maken voor efficiëntere, door de natuur geïnspireerde, synthetische lichtopvangende materialen.