IM20203

Nummer 3 2020

ZWEDEN PLAATST EERSTE HOUTEN WINDTURBINE 3D-PRINTEN TEGEN CORONA WOW! VAN RIOOLWATER NAAR BIOPLASTICS NIEUWE KLASSE SNELHEIDSGEVOELIGE MECHANISCHE METAMATERIALEN COMPLEXE FUNCTIES IN MATERIALEN VOOR ZACHTE ROBOTICA GEBASEERD OP VLOEIBAREKRISTALNETWERKEN

http://hightechmaterials.4tu.nl

Select key words and find relevant materials scientists or research groups within 4TU.

High-Tech Materials form the key to innovative and sustainable technology

www.4tu.nl/htm @4TU_HTM

4TU.HTM Research Programme New Horizons in Designer Materials | Visibility and accessibility of Materials Science & Engineering | Annual symposium Dutch Materials | 4TU.Joint Materials Science Activities | web application http://hightechmaterials.4tu.nl

Innovatieve Materialen Materialen isis een een vaktijdvak­ Innovatieve tijdschrift over ontwikkelingen op het schrift gericht op de civieltechnische gebied duurzame, innovatieve sector envan bouw.

Het bericht over ontwikkelingen op hetde gebied van duurzame, materialen en/of toepassing daarvan innovatieve materialen en/of de toepassin bijzondere constructies.­ ing daarvan in bijzondere constructies.

Innovatieve Materialen werkt nauw samen met Stichting MaterialDesign Innovatieve Materialen is een uitgave van Civiele Techniek, onafhankelijk vaktiUitgeverij jdschrift voor ingenieurs SJPcivieltechnisch Uitgevers werkzaam in de grond-, weg- en waterbouw Postbus en verkeerstechniek.

861

4200 AW Gorinchem De redactie staat open voor bijdragen tel. (0183) 66 08daartoe 08 van vakgenoten.

U kunt contact e-mail: opnemen info@innovatievematerialen.nl met de redactie. www.innovatievematerialen.nl

Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Uitgeverij

Advertenties

SJP Schoonebeek Uitgevers Drs. Petra e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Postbus 861 4200 AW Gorinchem Een digitaal abonnement in 2020 tel. (0183) 66 08 08 (6 uitgaven) kost € 39,50 (excl.

BTW) e-mail: info@innovatievematerialen.nl KIVI-leden en studenten: www.innovatievematerialen.nl € 25,- (excl. BTW) Een papieren abonnement in 2020 kost €Redactie: 65,- (excl. BTW) Zie ook: www.innovatievematerialen.nl Bureau Schoonebeek vof Hoofdredactie: Niets uit deze uitgave mag worden Gerard van Nifterik verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, Advertenties zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Drs. Petra Schoonebeek

Innovatieve Materialen platform:

e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Dr.Een ir. Fred Veer, prof. Ir. RobinNijsse digitaal abonnement 2016 (Glass & Transparency Research (6 uitgaven) kost € 25,00 (excl.Group, BTW) TU Delft), dr. Bert van Haastrecht (M2I), prof. Wim Poelman, dr. Ton Hurkmans (MaterialDesign), prof.dr.ir.

Zie ook: www.innovatievematerialen.nl Jos Brouwers, (Faculteit Bouwkunde, Leerstoel Bouwmaterialen, TU Eindhoven), prof.dr.ir.

Sietsma, Niets uit deze uitgaveJilt mag worden (4TU.HTM/ Werktuigbouwkunde, verveelvuldigd en of openbaar worden Maritieme & Technische door middelTechniek van herdruk, fotokopie, Materiaalwetenschappen, 3mE); microfilm of op welke wijze danKris ook, Binon (Flam3D), Guido Verhoeven (Bond zonder voorafgaande schriftelijke toevoor Materialenkennis/SIM Flanders, stemming van de uitgever.

Prof. dr. ir. Christian Louter Institut für Baukonstruktion Technische Universität Dresden).

01 Nieuws 12 Zweden plaatst eerste houten windturbine 14 Make it Matter 16 3D-printen tegen corona

Sinds het cononavirus zich over de wereld verspreidt, werken medici, materiaaltechnologen, onderzoekers en bedrijven aan innovaties die kunnen helpen in de strijd tegen de pandemie; onder meer met 3D-printtechnologie. Dat is niet voor niets.

Een van de sterke punten van die techniek is namelijk snelheid en dat bleek tijdens de huidige corona-pandemie essentieel te zijn. Bovendien maakt 3D-printtechnologie het mogelijk om onderdelen of zelfs hele apparaten via open source netwerken razendsnel wereldwijd te produceren.

28 WOW! Van rioolwater naar bioplastics

Rioolwater en industrieel afvalwater bevatten vaak veel waardevolle stoffen die kunnen worden gebruikt als grondstof voor biobased producten. Dit potentieel wordt op dit moment echter niet of nauwelijks benut wat resulteert in verlies van waardevolle materialen. In het INTERREG NWE-project WOW! wordt voor rioolwater bekeken of duurzame waardeketens voor deze waardevolle stoffen kunnen worden ontwikkeld.

Een van de waardeketens die wordt onderzocht is de productie van PHA (polyhydroxyalkanoates), een volledig biologisch afbreekbare bioplastic.

30 Nieuwe materialen bouwen met minimagneetjes

Magneetbolletjes zijn populair speelgoed waarmee de meest bijzondere 3D-vormen te bouwen zijn. Stel nu dat dit principe wordt gebruikt om kunstmatige kristallen zichzelf te laten assembleren. Is ook dan het bolletje de meest geschikte vorm?

Of misschien een kubus misschien, een cilinder? Onderzoekers van de Universiteit Twente laten zien dat, in een turbulente waterstroom, het niet de bolletjes maar cilinders zijn die de meest regelmatige kristalvormen produceerden. Zij publiceren erover in Science Advances van 8 mei.

32 Nieuwe klasse snelheidsgevoelige mechanische metamaterialen

Onderzoekers van de afdeling Biomechanical Engineering van de TU Delft hebben een nieuwe klasse metamaterialen gemaakt die hun mechanische gedrag dynamisch kunnen veranderen. Dit kan de basis vormen voor praktische toepassingen zoals valbeschermende kleding voor ouderen. De resultaten verschenen op 17 juni in het tijdschrift Science Advances, onder de titel ‘Strain rate-dependent mechanical metamaterials.’

34 Complexe functies in materialen voor zachte robotica gebaseerd op vloeibarekristalnetwerken

Sinds enkele decennia vormen Reactieve Mesogenen (RM’s) een veelzijdige klasse van zachte materiematerialen die hun weg hebben gevonden naar een schat aan toepassingen. Veel academische en industriële instituten bestuderen tegenwoordig het gebruik van RM’s in toepassingen voor zachte robotica (soft robotics). Aan de TU Eindhoven bijvoorbeeld, zijn oscillatoren, responsieve vezels en haptische oppervlakken ontwikkeld. In dit artikel bespreken we enkele van onze nieuwste ontwikkelingen op het gebied van responsieve vloeibarekristalpolymeren, en geven een voorlopig beeld van de toekomst van RM’s met geavanceerde toepassingen op het gebied van oscillerende films, slimme coatings, zachte robotica en haptische technologieën.

Cover: Zweden plaatst eerste houten windturbine. Pagina 12

1 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

NIEUWS

Akoestische controle met wiskundig model en 3D-printen Beheersing van de akoestiek, ongeacht de grootte en vorm van de ruimte en het soort geluid. Dat is volgens onderzoekers van de TU Delft wat het prototype van ADAM kan. ADAM staat voor Acoustics by parametric Design and Additive Manufacturing.

Met behulp van onder andere wiskundige modellen en 3D-printen maakt ADAM het mogelijk om op maat gemaakte geluiddempers te maken. Zoals speciale buizen die zijn geĂŻntegreerd in een 3D-geprinte geometrie, zoals een gebogen paneel of vrijstaande vorm.

De geluiddempers in het prototype maken gebruik van het principe van Passive Destructive Interference (PDI), dat zorgt voor de (gedeeltelijke) opheffing van geluid. Geluidsgolven ontmoeten elkaar in tegenfase, waardoor ze elkaar opheffen.

Om dat voor elkaar te krijgen zijn series van buizen in verschillende lengte en dia-

2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

meters nodig. Als gevolg daarvan zijn de akoestische prestaties van ADAM sterk gerelateerd aan de vooraf vastgestelde geometrische kenmerken en kunnen ze gemakkelijk worden aangepast aan specifieke eisen.

Het onderzoeksproject is het eerste project waarbij de passieve destructieve stoorgeluidsdempers in combinatie met 3D-printen gedetailleerd zijn onderzocht.

Het multidisciplinaire onderzoeksteam van de faculteit Bouwkunde en Gebouwde Omgeving verbindt de vakgebieden Environmental Technology & Design, Building Physics & Services en Design Informatics met elkaar. De aanvullende samenwerking met de industriepartners zorgde voor de noodzakelijke kennisuitwisseling om de nieuwe technieken te ontwikkelen. Zo stelde akoestisch adviesbureau Peutz testfaciliteiten beschikbaar

en hielp het Belgische bedrijf Materialise bij de ontwikkeling van de nieuwe 3D-printtechnieken.

Veel meer bij de TUDelft> Voor meer informatie: Arjan van Timmeren Martin Tenpierik Michela Turrin

Video

NIEUWS

Nieuwe, supersnelle methode voor het sinteren van keramiek Keramiek wordt veel gebruikt in batterijen, elektronica en extreme omgevingen.

Conventioneel keramisch sinteren (het bakproces dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van keramische voorwerpen) vergt vaak veel tijd. Om daar iets aan te doen, hebben wetenschappers van de A. James Clark School of Engineering van de Universiteit van Maryland (UMD) een ultrasnelle sintermethode ontwikkeld.

Afgelopen mei zijn de onderzoeksresultaten gepubliceerd in Science.

Conventionele sintertechnieken hebben een lange verwerkingstijd. Het duurt uren voordat een oven is opgewarmd en vervolgens nog enkele uren om het keramische materiaal te 'bakken'.

Alternatieve sintertechnologieën (zoals sinteren met microgolven, vonkenplasma en flitssinteren) zijn om verschillende redenen beperkt, vaak omdat ze materiaalspecifiek en/of duur zijn.

De nieuwe methode van het Maryland-team voor ultrasnelle sintering bij hoge temperaturen werkt met hoge verwarmings- en koelsnelheden, een gelijkmatige temperatuurverdeling en sintertemperaturen tot 3.000 °C. En dat met een procestijd van minder dan 10 seconden, wat volgens UMD meer dan 1.000 keer sneller is dan traditioneel sinteren.

De truc is om een geperste pellet van keramisch poeder in te klemmen tussen twee stroken koolstof die de pellet razendsnel opwarmden, waardoor in een consistent milieu, een hoge temperatuur werd bereikt die het keramische poeder aaneen sinterde. Volgens het onderzoeksteam is de temperatuur hoog genoeg om vrijwel elk keramisch materiaal te sinteren.

De gepatenteerde, snelle sintertechnologie wordt gecommercialiseerd via HighT-Tech LLC, een UMD-spinoffbedrijf (hight-tech.com).

De studie, geleid door Liangbing Hu, professor Herbert Rabin van de afdeling Materials Science and Engineering en directeur van het Centre for Materials Innovation bij UMD, werd gepubliceerd in Science van 1 mei onder de titel

‘A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds’ (DOI: 10.1126 / science.aaz7681).

Meer bij UMD>

3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

NIEUWS

Grass2Grit: bermgras als dooimiddel

De provincie Noord-Holland gaat een nieuw grassapdooimiddel gebruiken om gladheid te bestrijden op de N504 ten noorden van Alkmaar. Het betreft vooralsnog een proef. Het (deels) vervangen van zout door grassap en het verwerken van de vezels (Grass2Grit) is volgens de provincie een circulaire en innovatieve toepassing.

Grass2Grit is een circulair concept waarbij bermgras wordt omgezet in grassap en grasvezels. Het sap wordt gebruikt als gladheidsbestrijding, de vezels voor wegmeubilair. De ontwikkeling begon een aantal jaren geleden en in 2017 is een eerste Life Cycle Analysis (LCA) over de Grass2Grit-techniek afgerond. Naast het demonstreren van deze circulaire aanpak, leidt het project volgens de initiatiefnemers tot een aantal positieve milieueffecten. Door vaker en op een natuurvriendelijke manier te maaien en het gras te ruimen zal de biodiversiteit langs de weg toenemen. Bovendien zal de verontreiniging van wegbermen afnemen door het gebruik van biobased weginfrastructuur.

Het is voor het project in Noord Holland de eerste keer dat de Grass2Grit-fabriek grote hoeveelheden gras tot strooisap en vezels verwerkt. De fabriek, die begin maart werd geopend, gaat het bermsap tot eind 2022 inzetten als alternatief

4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

strooizout op de N504. De verwachting is dat er tussen de 6 en 10 ton vers gras nodig is voor het strooien van een km2 weg. De grasvezels die vrijkomen bij de productie van het sap zijn bruikbaar voor

het maken van biobased wegmeubilair.

Bermgras is ruim voorhanden. Maar liefst 3 procent van Nederland bestaat uit bermen.

Het project Grass2Grit is het eerste con-

NIEUWS cept ter wereld dat bermgras inzet voor gladheidsbestrijding op wegen waarlangs het bermgras groeit. Het project kreeg in 2018 een LIFE-subsidie in de categorie ‘milieu en efficiënt gebruik van hulpbronnen’, waarmee een pilot kan worden uitgevoerd. Grass2Grit is een samenwerkingsverband van de provincie Noord-Holland, J. van Bodegom & Zn, Van Gelder, Natural Plastics en Schuitemaker.

Als het pilotproject op de N504 succesvol is, verwacht Grass2Grit om nationaal en internationaal uit te breiden.

Provincie Noord-Holland (Dutch)> Grass2Grit website> 1 LIFE is een subsidieprogramma, waarbij innovatieve projecten worden ondersteund die passen in het Europese natuur-, milieu- en klimaatbeleid.

Meer>

Video

5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

NIEUWS

Expandeerbaar schuim voor het 3D-printen van grote objecten Het is een vervelende beperking van 3D-printen dat geprinte objecten kleiner moeten zijn dan de machine die ze maakt.

En grote machines zijn onpraktisch omdat ze simpelweg te veel ruimte innemen en een lange printtijd hebben. Onderzoekers van de University of California in San Diego hebben nu een nieuw materiaal ontwikkeld waarmee kleine objecten kunnen worden geprint die uitzetten als ze worden verwarmd.

Het schuim zou toepassingen kunnen vinden in architectuur, ruimtevaart en biomedische geneeskunde. De bevindingen werden eerder dit jaar gepubliceerd in ACS Applied Materials & Interfaces.

Stereolithografie is een 3D-printtechniek waarbij laagsgewijs een polymerisatie op gang wordt gebracht waardoor een object wordt opgebouwd. Dat kan bijvoorbeeld met licht, door opeenvolgende lagen lichtgevoelig hars bloot te stellen aan lichtpatronen die het polymeer in de gewenste vorm uitharden. Met de techniek kunnen weliswaar vrij grote objecten worden gemaakt maar daar zijn speciale stereolithografiemachines voor nodig. Maar meestal worden grotere producten gemaakt door kleinere 3D-geprinte componenten aan elkaar te bevestigen. Dat zou anders moeten kunnen. David Wirth, Jonathan Pokorski en collega’s van de University of California, San Diego wilden daarom een expandeerbare hars ontwikkelen die gebruikt kon worden om grote objecten te printen met een goedkope, commercieel verkrijgbare 3D-printer.

De onderzoekers testten veel verschillende harsformuleringen en vonden uiteindelijk een harsmengsel waarmee 3D-objecten konden worden geprint die als ze aan warmte werden blootgesteld, groter werden. Ze gebruikten de hars onder meer om een holle, traliewerkbol in 3D te printen. Door de bol in een oven te verwarmen, ontweek een vluchtige component van de hars als gas, waardoor een poreus, polystyreen schuim­ achtig materiaal ontstond dat tot veertig keer groter was dan het originele 3D-geprinte object.

Met dezelfde methode heeft het team ook vele andere vormen 3D-geprint, waaronder een bootje dat nadat het was geëxpandeerd ongeveer twintig keer meer gewicht bleek te kunnen dragen. Hoewel het nieuwe materiaal niet zo sterk is als polystyreenschuim, zou het volgens de onderzoekers wellicht in de toekomst kunnen worden gebruikt voor demping, drijfhulpmiddelen of zelfs expandeerbare onderkomens voor astronauten.

Bron: ACS>

6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Het ‘Highly Expandable Foam for Lithographic 3D Printing’ werd eerder dit jaar gepubliceerd in ACS Applied Materials & Interfaces en is online>

NIEUWS

Illustratie: NUST MISIS

‘Het meest hittebestendige materiaal ooit’ Wetenschappers van het Russische NUST MISIS (National University of Science & Technology, Moskou) zeggen een keramisch materiaal te hebben ontwikkeld met het hoogste smeltpunt van alle tot dusver bekende materialen. Door de bijzondere combinatie van fysieke, mechanische en thermische eigenschappen is het materiaal veelbelovend voor toepassing in hittebestendige onderdelen van vliegtuig- en ruimtevaart, zoals neuskappen, delen van de straalmotoren en scherpe voorranden van vleugels. De resultaten van het onderzoek worden deze zomer gepubliceerd in Ceramics International.

Doel van de wetenschappers was om

een materiaal te maken met het hoogste smeltpunt en uitstekende mechanische eigenschappen. Er werd gekozen voor het hafnium-koolstof-stikstofsysteem, hafnium carbonitride, omdat eerder wetenschappers van Brown University (VS) hadden voorspeld dat hafniumcarbonitride theoretisch een extreem hoog smeltpunt zou hebben (ongeveer 4200 °C). De onderzoekers zeggen er nu in te zijn geslaagd om HfC0.5 N0.35, (hafniumcarbonitride) te maken dat dicht bij de door de Brown University voorspelde, theoretische samenstelling lag. Dat resulteerde in een materiaal met een hardheid van 21.3 GPa, die zelfs hoger is dan in nieuwe veelbelovende

materialen, zoals ZrB2/SiC (20,9 GPa) en HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

Het specifieke smeltpunt van het nieuwe materiaal ligt momenteel echter boven de 4000 °C en kon in het laboratorium niet nauwkeurig worden bepaald. In de toekomst is het team van plan een methode te ontwikkelen om de smelttemperatuur pyrometrisch te kunnen meten.

Het is ook de bedoeling om de prestaties van het resulterende hafniumcarbonitride in hypersonische omstandigheden te bestuderen, wat interessant kan zijn voor verdere toepassing in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Meer bij NUST MISIS>

7 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

NIEUWS

Fenol vervangen door lignine Voor het eerst zijn er panelen voor hoogwaardige interieurtoepassingen op de markt waarbij 50 procent fenol is vervangen door de natuurlijke kleefstof lignine. Dit is het resultaat van een acht jaar durende samenwerking tussen Wageningen Food & Biobased Research en NEMHO, de R&D-afdeling van de Nederlandse producent Trespa International B.V., het Italiaanse zusterbedrijf Arpa Industriale en andere materiaaltechnologiebedrijven van Broadview Holding.

Arpa HPL- en FENIX NTM-panelen zijn gemaakt van papier en thermohardende harsen op basis van fenol. Door de thermische druk ontstaat een duurzame structuur waardoor het materiaal geschikt wordt voor interieurtoepassingen.

In deze thermohardende harsen wordt al jaren fenol gebruikt. Die stof staat echter op de EU-lijst van zeer zorgwekkende stoffen. NEMHO en Wageningen Food & Biobased Research werken samen aan de ontwikkeling van een alternatieve

8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Arpa Fenix Interzum

NIEUWS hars op basis van ligninetechnologie. De natuurlijke kleefstof lignine komt voor in houtachtige gewassen en is in overvloed aanwezig in de natuur.

In het nieuwe productieproces wordt optimaal gebruik gemaakt van de intrinsieke bindingseigenschappen van lignine.

Om te waarborgen dat lignine op grote schaal kan worden ingezet, is ervoor gekozen lignine te gebruiken die vrijkomt als nevenstroom bij het kraftproces, het belangrijkste pulpproces voor de productie van cellulose voor papier. In dit proces wordt hout verwerkt tot houtpulp. Vervolgens is onderzocht hoe de lignine zich gedraagt bij de synthese van de op lignine gebaseerde hars en tijdens het lijmproces. De onderzoekers stelden vast dat lignine niet zo maar kan worden toegepast, maar dat er aanpassingen nodig zijn. Na acht jaar onderzoek kwam

de doorbraak, waarbij 50 procent fenol kon worden vervangen.

Om tot een commercieel levensvatbaar product te komen, werkte NEMHO ook samen met VTT (Technical Research Centre of Finland), de universiteit van Helsinki en UPM Oy. De betrokken partijen zeggen ernaar te streven om fenol in de thermohardende hars uiteindelijk volledig te kunnen vervangen door lignine. Er is inmiddels een oproep uitgegaan voor een nieuw onderzoeksprogramma om het vervangingspercentage stap voor stap te verhogen. De onderzoekers verwachten dat de industrie zich bij het initiatief zal aansluiten: fenol is een stof waar de industrie zo snel mogelijk vanaf wil.

WUR>

HĂŠt expertisecentrum voor materiaalkarakterisering.

Integer, onafhankelijk, objectief onderzoek en advies. ISO 17025 geaccrediteerd.

Wij helpen u graag verder met onderzoek en analyse van uw innovatieve materialen.

Bel ons op 026 3845600 of mail info@tcki.nl www.tcki.nl

9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

NIEUWS

Augmented reality metselwerk Eerder dit jaar besteedde MaterialDistrict aandacht aan het gevelproject van de Griekse Kitrvswijnmakerij; een project dat is uitgevoerd door Gramazio Kohler Research, ETH ZĂźrich. De 225 m2 grote golvende gevel is gebouwd om aan te tonen hoe met augmented metselen de voordelen van computerontwerp

10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

kunnen worden gecombineerd met de vakkennis van metselaars. Daarmee zou de weg kunnen worden geopend naar een nieuwe manier van bouwen.

De gevel van de wijnmakerij Kitrvs is gemaakt van 13596 handgemaakte stenen. Volgens ETHZ is het momenteel het grootste project dat volledig

ter plaatse wordt geassembleerd met een interactief ontwerpsysteem en een augmented reality-interface. Met behulp van een speciaal dynamisch, optisch geleidingssysteem, ontwikkeld door onderzoekers van ETH ZĂźrich, bouwden lokale metselaars de gevel in minder dan drie maanden.

NIEUWS Eerder, in 2006, had het project ‘Weingut Gantenbein’ van Gramazio Kohler Research ook al laten zien dat robotsystemen bijzonder geschikt zijn om efficiënt ingewikkelde metselwerkontwerpen uit te voeren. Maar standaard robotarmen hebben zo hun beperkingen, zoals op het gebied van mobiliteit en behendigheid, of bij het hanteren van bepaalde bouwmaterialen zoals mortel.

Daarom heeft Gramazio Kohler Research opnieuw vakmensen geïntroduceerd in het digitale fabricageproces. Door metselaars optisch te instrueren via digitale camera’s, wordt een directe verbinding gemaakt met een digitaal ontwerpmodel. Door de digitale instructies te volgen, zijn de metselaars niet langer afhankelijk van fysieke sjablonen. Bovendien kunnen ze met ruimtelijke precisie werken, terwijl ze hun vakmanschap op het gebied van mortelbehandeling ook kunnen gebruiken.

Het resultaat is een golvende, semi-transparante parametrische gevel, die ‘het idee weerspiegelt van een steeds veranderend gevelpatroon dat lijkt op het glinsterende licht van vloeistof’. Openingen tussen de afzonderlijke stenen zorgen verder voor ventilatie en om zonlicht te temperen.

Meer bij Gramazio Kohler Research, ETH Zurich>

Credits: Gramazio Kohler Research, ETH Zürich Opdrachtgever: KITRVS Winery In samenwerking met: dr. Kathrin Doerfler (project lead), Daniela Mitterberger, dr. Timothy Sandy, Foteini Salveridou, Fernando Cena, Lukas Stadlmann, Lefteris Kotsonis, Eleni Alexi, Dimitris Ntantamis Consultancy: Dr. Nebojsa Mojsilovic, Structural Masonry, ETH Zurich Selected experts: Dr. Tobias Bonwetsch, ROB Technologies AR-Tracking-System von incon.ai

Video

Fotografie: Michael Lyrenmann/Gramazio Kohler Research, ETHZ

11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

NIEUWS

Zweden plaatst eerste houten windturbine Sinds eind april staat bij het Zweedse Bjรถrkรถ, tien kilometer ten westen van Gรถteborg, de eerste houten windmolen van Zweden. De windmolen is 30 meter hoog en is gebouwd door het ontwikkelingsbedrijf Modvion uit Gothenburg.

Modvion is gespecialiseerd in het ontwikkelen van complexe ontwerpen voor grote constructies van gelamineerd hout.

Zulke houtconstructies zijn interessant omdat ze volgens het bedrijf zo sterk zijn

Video

12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

NIEUWS

als staal en daarmee een goed alternatief zijn voor emissie-intensieve materialen zoals staal en beton. Kooldioxide die door bomen wordt geabsorbeerd, wordt opgeslagen in de houten windmolens, waardoor de windturbines vanaf het begin klimaatneutraal zijn.

De nieuwe windmolen bij Björkö zal worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden. Maar al in 2022 worden de eerste houten windmolens op commerciële schaal gebouwd. Modvion heeft intentieverklaringen ondertekend met Varberg Energi voor een 110 meter hoge

windmolen en met Rabbalshede Kraft voor tien windmolens van minimaal 150 meter hoog. http://www.modvion.com/ Moelven Töreboda AB>

Volgens Modvion kunnen windmolens van hout goedkoper worden gebouwd dan van staal, wat logischerwijs ook de kosten van windenergie verlaagt.

Het lagere gewicht van het hout en het modulaire concept maken het bovendien mogelijk om hogere windmolens te bouwen. De secties kunnen over de openbare weg vervoerd.

De 30 meter hoge windmolen is samen met Moelven gebouwd in de houtfabriek in Töreboda. Het is de bedoeling dat de productie in samenwerking met Moelven Töreboda AB in de toekomst zal worden voortgezet. De activiteiten worden gefinancierd door het Zweedse Energieagentschap, de regio Västra Götaland en het EU-programma Horizon 2020 MKB-instrumenten fase 1.

Het Zweedse windenergie-technologiecentrum in Chalmers is de opdrachtgever van de houten windmolen op Björkö.

13 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

MAKE IT MATTER

MAKE IT MATTER De rubriek MAKE IT MATTER wordt in samenwerking met MaterialDistrict (MaterialDistrict.com) samengesteld. In deze rubriek worden opvallende, en/of interessante ontwikkelingen en innovatieve materialen uitgelicht.

Terra-collectie De Terra-collectie is een groep objecten gemaakt van 100 procent gerecyclede terrazzo- en marmeraggregaten en groen label-cement. De objecten bestaan uit eenvoudige vormen waarmee de natuurlijke textuur van het cement en de verschillende gerecyclede toeslagmaterialen worden benadrukt.

In lijn met het idee van de circulaire economie zijn de stukken gemaakt van beton met ingebedde stukjes marmer, tegels en terrazzo. Elk object kan worden gepersonaliseerd volgens de voorkeuren van de klant (kleuren, verzamelvormen, texturen en maten).

Meer bij MaterialDistrict>

PET Felt akoestische panelen ReFelt Acoustic Panels zijn grote stevige platen die zacht aanvoelen. De panelen zijn gemaakt van PET Felt, gerecyclede plastic flessen. Geschikt voor diverse toepassingen, waaronder wand- en plafondbekleding, ruimteverdelers of maatwerk installaties. Verkrijgbaar in 28 kleurmengsels. De akoestische prestaties zijn te danken aan de open celstructuur. PET Felt kan op verschillende manieren worden verwerkt, gaat lang mee en kan na gebruik worden gerecycled.

Meer bij MaterialDistrict>

Gelamineerd linoleum Gelamineerd linoleum is een nieuw materiaal dat bestaat uit laagjes meubellinoleum. Door het laminaat ontstaat er een stevig plaatmateriaal dat voor verschillende doeleinden gebruikt kan worden, zoals het maken van tafelbladen en stoelstoelen. Het is kras- en waterbestendig. En helemaal gemaakt van reststukken. Behalve houtlijm wordt er geen ‘nieuw’ materiaal toegevoegd.

Meer bij MaterialDistrict>

14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

MAKE IT MATTER Paviljoen van gerecyceld plastic Het in Hong Kong gevestigde architectenbureau Daydreamers Design ontwikkelde een paviljoen van gerecyclede plastic bakstenen, geïnspireerd op de traditionele lokale gewoonte van de brandende toren en lampions van het traditionele midherfst festival. De installatie is gemaakt van 5000 stenen die de 5000 jaar Chinese beschaving vertegenwoordigen. De stenen zijn gemaakt van gerecycled hoge dichtheid polyethyleen met (HDPE) en hebben zeven verschillende kleuren van geel tot rood (Foto Daydreamers Design).

Meer bij MaterialDistrict>

London Unglazed London Unglazed is een ongeglazuurd, supersterk en duurzaam porseleinen mozaïek in zeshoekige vorm. Volgens producent TMF is het material zeer geschikt voor de vloer.

Vaak maakt TMF vloerpatronen op maat. London Unglazed is verkrijgbaar in twee tegelformaten: 23 x 26 x 5 mm en 51 x 59 x 6 mm.

Meer bij MaterialDistrict>

3D-geprint gerecycled plastic The New Raw zet plasticafval met behulp van 3D-printen om in straatmeubilair en allerlei bouwcomponenten. Met dit zero-waste proces en door nieuwe digitale en ontwerptechnologieën te introduceren kan volgens The New Raw recycling van afgedankte materialen als plastic worden geoptimaliseerd.

The New Raw is een Research & Design studio gevestigd in Rotterdam, opgericht in 2015.

Meer bij MaterialDistrict>

Fraké Noir Fraké Noir is een volledig gemodificeerd, walnootachtig hardhout dat voor meerdere toepassingen geschikt is, maar vooral wordt gebruikt voor gevelbekleding. Het hardhout is afkomstig uit Afrika uit duurzaam beheerde bossen. Door het patroon, de zwarte lijnen en de gaatjes staat het ook wel bekend als Afrikaans eiken. Door thermische behandeling wordt Fraké Noir beoordeeld met duurzaamheidsklasse 1 en is daarom perfect geschikt voor buitentoepassingen. Fraké Noir is slagvast en maatvast, waardoor het zowel praktisch als veelzijdig is.

Meer bij MaterialDistrict>

15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

De 3D-geprinte venturikleppen van de 3D-printing startup Issinova (foto: Cristian Fracassi/Issinova)

3D-printen tegen corona Sinds het cononavirus zich over de wereld verspreidt, werken medici, materiaaltechnologen, onderzoekers en bedrijven aan innovaties die kunnen helpen in de strijd tegen de pandemie; onder meer met 3D-printtechnologie. Dat is niet voor niets. Een van de sterke punten van die techniek is namelijk snelheid (van design tot product) en dat bleek tijdens de huidige corona-pandemie essentieel te zijn. Bovendien maakt 3D-printtechnologie het mogelijk om onderdelen of zelfs hele apparaten via open source netwerken razendsnel wereldwijd te produceren.

Toen het coronavirus zich begin maart in Italië begon te verspreiden, miste een ziekenhuis in de stad Chiari een essentieel beademingsonderdeel, een 'venturiklep', een onderdeel dat nodig is om een zuurstofmasker op een ademhalingsapparaat aan te sluiten.

Cristian Fracassi, CEO van de 3D-printing startup Issinova en zijn team reageerden onmiddelijk op de oproep door binnen 24 uur 100 levensreddende venturikleppen te 3D-printen. Het wordt sindsdien als een exemplarisch voorval gezien, hoe met 3D-printtechnologieën razendsnel levensreddende onderdelen kunne worden gemaakt, zoals maskers, schilden, ventilatorkleppen en andere onderdelen.

16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

‘Avete salvato delle vite’: ‘jullie hebben levens gered.’ Giornale di Brescia, 17 maart 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

3D-geprinte houders voor gelaatsschermen (foto: Stratasys)

Gelaatsschermen

Zo produceerde Stratasys al op 27 maart 5.000 gelaatsschermen. Stratasys, Ltd. is een Amerikaanse fabrikant van 3D-printers en 3D-productiesystemen. Het gelaatsscherm heeft een 3D-geprint frame en een doorzichtig plastic schild om bescherming te bieden aan zorgwerkers.

Het werd door Stratasys gratis verstrekt aan medisch personeel.

Vrijwel tegelijkertijd bood BCN3D, Barcelona, haar eigen interne 3D-printfarm van 63 machines aan om het tekort aan medische apparatuur over de hele wereld te bestrijden.

hele wereld en zegt de grootste groep softwareontwikkelaars in de branche te kunnen combineren met een van de grootste 3D-printfaciliteiten ter wereld.

Begin april presenteerde Materialise een door het bedrijf zelf ontwikkeld 3D-geprint PEEP-zuurstofmasker. (PEEP staat voor Positive End Expiratory Pressure.)

Door de huidige pandemie zijn ziekenhuizen over de hele wereld op zoek naar

medische apparatuur die lucht met extra zuurstof kan leveren coronaviruspatiënten te behandelen. Die behandeling wordt uitgevoerd met mechanische ventilatoren, waaraan echter een tekort is. Daarom wordt onderzoek gedaan naar andere manieren om de zogenaamde PEEP-overdruk op de longen van COVID-patiënten op een andere manier aan te kunnen brengen. Het bedrijf vond een manier om zuurstof toe te dienen en een hoge positieve druk tot stand te brengen, zonder het gebruik van de gebruikelijke ventilator. Deze 3D-geprinte connector zet standaardapparatuur, die al beschikbaar is in de meeste ziekenhuizen, om in een niet-invasief PEEP-masker (NIP) dat kan worden aangesloten op de zuurstoftoevoer om de ademhaling voor coronaviruspatiënten te vergemakkelijken.

Video

Open source

In korte tijd volgden veel initiatieven, waarbij ingenieurs en kennis via open source-systemen werden samengebracht. 3D-printtechnieken doen de rest.

Voorbeeld is het Open Source Ventilator Project, waarbij met de hulp van ingenieurs over de hele wereld een werkende beademingsmachine kan worden gebouwd met 3D-printers en kant-en-klare, 3D-geprinte componenten.

(Meer bij Nasa Techbriefs>) Ook het bedrijf Materialise, met hoofdkantoor in België, reageerde op de corona-pandemie, variërend van het ontwikkelen van gecertificeerde medische hulpmiddelen voor patiënten, tot het 3D-printen van beschermende hulpmiddelen voor gezondheidswerkers.

Materialise, heeft vestigingen over de

3D-geprint PEEP-zuurstofmasker van Materialise

17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020 ‘3D-printen speelt een cruciale rol in het bestrijden van de wereldwijde coronaviruspandemie door het mogelijk te maken om innovatieve oplossingen te ontwikkelen en deze zeer snel wereldwijd beschikbaar te maken’, zei Brigitte De Vet, vice-president van Materialise Medical, eerder dit jaar bij de presentatie van het systeem.

Video

Naast de NIP-oplossing ontwikkelde Materialise verschillende andere producten tegen het coronavirus. Zoals een 3D-geprint handvat voor een winkelwagentje waarmee gebruikers karren met hun armen kunnen sturen in plaats van handgrepen met de handen aan te raken.

Ook ontwikkelde het bedrijf een 3D-geprinte peddelvormige deurklinkbevestiging, waarmee gebruikers deuren kunnen openen met bedekte onderarmen in plaats van met blote handen. De 3D-geprinte deuropener kan aan bestaande deurkrukken worden bevestigd zonder gaten te boren of de hendel te vervangen. Al snel na het maken van de deuropener, bedacht Materialise dat meer mensen zouden kunnen profiteren van de deuropener en besloot om het ontwerp gratis beschikbaar te stellen. En zo kan voortaan iedereen, waar ook ter wereld, met een 3D-printer het bestand downloaden en lokaal de deuropener 3D-printen. (Alleen al in 2018 werden wereldwijd meer dan 500.000 3D-printers verkocht.)

3D-geprinte deuropener; Materialise

Het Tsjechische Instituut voor Informatica, Robotica en Cybernetica van de Tsjechische Technische Universiteit in Praag (CIIRU CTU) bedacht een nieuwe 3D-printbare ademhalingshulpmiddel, onder de naam CIIRC RP95. De CIIRC RP95-3D is een persoonlijk beschermingsmiddel - halfgelaatsmasker - met een P3 vervangbaar extern filter dat is gecertificeerd als kit volgens de EN 140: 1999 norm. Volgens het instituut Het voldoet aan dezelfde of hogere beschermingsgraad als een FFP3-klasse gasmasker.

Gezichtsmasker

In Nederland ontwikkelde een team van anesthesisten, universiteiten en bedrijven, twee herbruikbare gezichtsmaskers voor medische professionals die coronapatiĂŤnten verzorgen en behandelen. Beide maskers gebruiken een 3D-geprinte verbindingsstuk om een gewoon snorkelmasker aan te sluiten op een filtersysteem.

De Air-Wave Protector is een combinatie van een gewoon volgelaat snorkelmasker gekoppeld aan een filter voor medisch gebruik en een luchtpomp gebruikt in de lassector voor persoonlijke bescherming middels een speciaal ontwikkeld 3D-geprint verbindingsstuk. De luchtpomp zorgt voor een overdruk in het masker, waardoor het mogelijk weglekken van lucht wordt teruggedrongen en het ademen wordt vergemakkelijkt. Eerste onderzoeken tonen aan dat de oplossing betere bescherming biedt dan de veelgebruikte FFP2-maskers. Het gelijktijdig ontwikkelde COVID Lifesaver Mask voldoet momenteel nog niet aan de gestelde veiligheidsnormen in een klinische setting.

Meer bij de TU Delft> COVID Lifesaver Mask van de TU Delft

18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Links het 3D-printbare halfgelaatsmasker van CIIRC tijdens de productiefase; rechts: 3D-geprinte gezichtsmaskerhouders van Titan Robotics

Pellets

Titan Robotics, een industriële 3D-printerfabrikant in Colorado, gebruikte haar Atlas-pellet-extrusiesysteem om sneller persoonlijke beschermingsmiddelen voor lokale gezondheidswerkers te kunnen produceren. Volgens het bedrijf kan de Atlas sneller printen dan gebruikelijke FDM-systemen. Fused Deposition Modeling (FDM) of Fused Filament Fabrication (FFF), is een 3D-printproces dat normaliter gebruik maakt van thermoplastische filamenten. De Titan machine gebruikt daarentegen plastic pellets in plaats van filamenten. In het procedé van Titan Robotics wordt uitgegaan van pellets, wat het proces volgens het bedrijf snel en goedkoop maakt. Titan Robotics zegt een gelaatsschermhouder in 5,5 minuten te kunnen 3D-printen voor 50 cent aan materiaalkosten.

tectonisch 3D-printbedrijf Winsun, die aan het begin van de pandemie vijftien 3D-geprinte quarantainekamers naar het Xianning Central Hospital in de provincie Hubei stuurde. Het ziekenhuis ligt net buiten Wuhan, het epicentrum van het virus. Een gebrek aan ziekenhuisbedden werd daar al snel een urgent probleem, omdat het aantal patiënten in de eerste paar weken van de verspreiding exponentieel toenam. Als bouwmateriaal

gebruikte Winsun vermalen, stedelijk bouwafval waarvan het kleine individuele quarantainecabines 3D-printte.

Het interieur van de kamers is ingericht en heeft een eigen water- en elektriciteitsvoorziening. Volgens Winsun zijn de geprinte muren bovendien drie keer sterker dan traditionele betonnen muren.

Zie ook 3dprintingindustry.com>

Video

Quarantainekamers

Er is meer waarmee 3D-printtechnieken een bijdrage kunnen leveren in de strijd tegen corona. Quarantainekamers bijvoorbeeld. Zoals het Chinese, archi-

19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Keramisch 3D-printen helpt ontwikkeling van vaccins Eerder dit jaar besteedde Ceramic Tech Today aandacht aan het Europese NESSI-project (NESSI is een acroniem voor ‘Nieuwe gestructureerde substraten voor downstream verwerking van complexe biofarmaceutica’), gefinancierd uit het Horizon 2020-programma van de Europese Unie. Het belangrijkste doel van dit project is het ontwikkelen van nieuwe selectieve chromatografische adsorbentia om complexe biofarmaceutische stoffen te scheiden. En dat door middel van 3D-geprinte keramische structuren.

In de strijd tegen corona is gebleken dat 3D-printen erg nuttig kan zijn. Het is sneller dan traditionele fabricagetechnieken, waardoor het een uitstekende manier is is om het tekort aan onderdelen van essentiële medische apparaten

20 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

aan te vullen. Veel van de initiatieven hebben betrekking op 3D-printen van kunststof. Daarentegen gaat het NESSI-project uit van 3D-geprint keramiek.

Het NESSIE-onderzoek werd geïnitieerd door SINTEF, een Noorse onderzoeksorganisatie; Lithoz, een wereldmarktleider in 3D-printen van keramiek en IBET, een Portugees biofarmaceutisch onderzoekscentrum. Later sloten de bedrijven genIbet en Cerpotech zich bij het consortium aan en brachten expertise in op het gebied van de productie van biofarmaceutica en innovatieve materialen.

Zuivering is een essentiële stap in het ontwikkelingsproces van nieuwe vaccins.

Een van de methodes daarvoor is chromatografie. Dat is een techniek waarbij een mengsel door een ‘medium’ wordt

gestuurd waarin de mengselcomponenten met verschillende snelheden bewegen. Dat medium - de kolom - waardoor het mengsel stroomt, is precies wat NESSIE wil verbeteren. Dat gebeurt door nieuwe chromatografische kolommen te ontwikkelen van 3D-geprint keramiek.

Om de kolommen te maken, gebruikte NESSIE Lithoz’s keramische 3D-printtechnologie met hoge resolutie waarmee kolommen konden worden ge3D-print met exact op maat gemaakte vorm en porositeit. Het idee is dat deze speciaal ontworpen kolommen de scheiding een stuk beter zullen maken en het aantal noodzakelijke zuiveringsstappen verminderen, waardoor de productiekosten worden verlaagd.

Inmiddels zou het NESSI-project met succes de eerste chromatografische kolom-

ONDERZOEK men hebben geproduceerd. Binnenkort worden die getest door adenovirussen te zuiveren, een groep veel voorkomende virussen die milde vormen van hoesten, luchtweginfecties en conjunctivitis (bindvliesontsteking van het oog) kunnen veroorzaken.

Meer bij Ceramic Tech Today> En bij NESSI>

Video

3D-printtechnologie met hoge resolutie waarmee kolommen kunnen worden ge3D-print met exact op maat gemaakte vorm en porositeit

21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

De beste zelfgemaakte maskers bestaan uit twee weefsels Tijdens de corona-pandemie maken veel mensen hun eigen gezichtsmaskers. Onderzoekers in de VS melden nu dat een combinatie van katoen en natuurlijke zijde of chiffon aërosoldeeltjes effectief kan filteren - tenminste als de pasvorm goed is.

Aangenomen wordt dat het coronavirus zich voornamelijk via ademhalingsdruppels verspreidt wanneer een geïnfecteerde persoon hoest, niest, spreekt of ademt. Deze druppeltjes komen voor in veel soorten en maten, maar de allerkleinste, aerosolen, kunnen makkelijk

22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

door de openingen tussen bepaalde stoffen vezels glippen. Het is dan ook de vraag of stoffen maskers daadwerkelijk kunnen helpen ziekte te voorkomen.

Daarom heeft Supratik Guha, professor Molecular Engineering van de Universiteit van Chicago en zijn collega’s onderzoek gedaan naar de capaciteit van gewone stoffen of combinaties daarvan om aerosolen uit de lucht te halen die qua grootte vergelijkbaar zijn met ademhalingsdruppeltjes.

De onderzoekers gebruikten een aerosolmengkamer om deeltjes te produce-

ren met een diameter van 10 nm tot 6 μm. Een ventilator blies de aerosol over verschillende stofmonsters met een luchtstroomsnelheid die overeenkomt met iemands ademhaling in rust. Het team bepaalde vervolgens het aantal en de grootte van de deeltjes in de lucht voor en na het passeren van de stof.

De beste resultaten werden behaald met een combinatie van weefsels. Eén laag van een strak geweven katoenen laken gecombineerd met twee lagen polyester- spandex (ook wel bekend als elastaan) chiffon - een doorschijnende

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020 stof die vaak wordt gebruikt in avondjurken - bleken de meeste aërosoldeeltjes eruit te filteren (80-99 procent, afhankelijk van de deeltjesgrootte). Dat is een prestatie die volgend de onderzoekers in de buurt komt van een N95 masker1.

Het vervangen van chiffon door natuurlijke zijde of flanel, of gewoon een katoenen quilt met katoen-polyester vulling, leverde vergelijkbare resultaten op. De onderzoekers wijzen erop dat strak geweven stoffen, zoals katoen, prima kunnen fungeren als mechanische barrière tegen deeltjes, terwijl stoffen met een statische lading, zoals bepaalde soorten chiffon en natuurlijke zijde, als elektrostatische barrière werken. Zo’n masker moet wel perfect aansluiten. Een opening van maar 1 procent verminderde de filterefficiëntie van alle maskers met de helft of meer, wat het belang van een goed passend masker onderstreept.

De bevindingen werden in april van dit jaar gepubliceerd in ACS Nano.

Een N95-masker is een ademhalingsbeschermingsmasker dat voldoet aan de Amerikaanse N95-norm voor luchtfiltratie. Het betekent dat een filter ten minste 95% van de deeltjes in de lucht filtert.

Het filter beschermt tegen deeltjes, maar niet tegen gassen of dampen

1

Het artikel ‘Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks’is online> University of Chicago>

De experimentele opstelling voor de maskertest. Verschillende combinaties van weefsels worden geplaatst over de buis, een ventilator blaast deeltjes in het weefsel

23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Een biologisch afbreekbaar medisch coronamasker Onderzoekers van het BioProducts Institute van de University of British Columbia (UBC) hebben naar eigen zeggen het (mogelijk) allereerste N95-masker ontwikkeld dat volledig composteerbaar en biologisch afbreekbaar is. Het idee was om een masker te maken van lokale materialen dat eenvoudig te produceren zou moeten zijn en niet duur is, met als bijkomend voordeel dat het composteerbaar en biologisch afbreekbaar is.

Volgens UBC voldoet het nieuwe masker - het Canadian-Mask of Can-Mask - aan al die voorwaarden.

Het maskerframe is volledig gemaakt van Brits-Colombiaanse houtvezels afkomstig van bomen als dennen, sparren, ceders en ander naaldhout. Er zijn twee prototypes. Het ene prototype maakt gebruik van een commercieel N95-filter aan de voorkant van het masker, het andere gebruikt een speciaal door het UBC-team ontworpen filter van op hout gebaseerde producten. Beide prototypes worden momenteel getest om er zeker van te zijn dat ze voldoen aan de specificaties van de gezondheidsindustrie voor wat betreft pasvorm en doorlaatbaarheid. Doel is om in de nabije toekomst een zogenaamde Health Canada-certificering aan te vragen.

24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020 De onderzoekers denken dat het masker een goed alternatief is voor de synthetische maskers die momenteel in gebruik zijn. Met miljoenen wegwerpmaskers en handschoenen die nu al de trottoirs van steden vervuilen en straks mogelijk in rivieren en oceanen terecht komen, is er dringend behoefte aan biologisch afbreekbare beschermingsproducten, vinden de onderzoekers.

Meer bij UBC>

Video

l a t i g i D

Europe’s Leading Event on Industrial Biotechnology and the Bioeconomy

5 – 9 October 2020 · Live and on demand

Advancing the Green Economy with biotech innovation

TO p Ic c A LE n dA r June

› Topic: Green. Circular. Sustainable

The #EFIB2020 programme will focus on different industry sectors and business areas. Each of the topics will be highlighted with insights, news and a pre-event webinar on sustainability challenges and opportunities after COVID-19. Additionally, virtual 1:1 meetings will be possible 24-hours/day throughout the whole conference week.

› Topic: Fashion & Textiles

Explore #EFIB2020 · www.efibforum.com

› Topic: Financing & Investing › Topic: Materials & Packaging

July

› Topic: Food, Feed & Nutrition

August

September

October

› Topic: Bioprocesses & Technologies › Digital EFIB 2020 week: Organised by

Supporting Partner

All topics + 1:1 Partne ring Meetings

25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Grafeen in strijd tegen corona Het coronavirus verspreidt zich voornamelijk door niet-, hoest- en ademhalingsdruppeltjes. Het gebruik van chirurgische wegwerpmaskers is daarom sinds de uitbraak begon een gebruikelijk beschermingsmiddel, zowel in de zorg als voor het grote publiek. De huidige chirurgische maskers kunnen na gebruik echter niet makkelijk opnieuw worden ingezet.

Ze moeten na elk gebruik worden weggegooid of worden gesteriliseerd voordat ze opnieuw worden gebruikt. Geen van beide opties is aantrekkelijk, omdat maskers op polymeerbasis moeilijk te steriliseren zijn, terwijl het weggooien ervan een belasting voor het milieu is.

Een team van onderzoekers van The Hong Kong Polytechnic University (PolyU) heeft nu een grafeencoating ontwikkeld waardoor chirurgische maskers gemakkelijker te steriliseren en opnieuw te gebruiken zijn. Ze synthetiseerden grafeen met behulp van een relatief goedkope lasertechniek en maakten de koolstofmatrix superhydrofoob door de parameters tijdens de laserverwerking te optimaliseren.

(Grafeen is een tweedimensionaal

26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt op een rooster met een hexagonale honingraatstructuur).

Vervolgens pasten ze een nieuwe, zelfontwikkelde techniek toe, om een paar lagen van dit grafeen aan te brengen op commercieel verkrijgbare chirurgische maskers. Het type proces waarmee dat gebeurde staat bekend als dual-mode Laser-Induced Forward Transfer (LIFT)1 en maakt gebruik van een gepulseerde laserstraal met een pulsduur van 10 ns.

Omdat het grafeen superhydrofoob is, is het oppervlak zelfreinigend en rollen waterdruppels uit zichzelf van het maskeroppervlak voordat ze de tijd hebben zich om eraan te hechten. Een ander voordeel is dat de met grafeen beklede maskers eenvoudig kunnen worden gesteriliseerd door blootstelling aan zonlicht. Dit omdat grafeen meer dan 95 procent van het zonlicht van 300 - 2500 nm absorbeert en daardoor snel opwarmt. Na 40 seconden bestraling met zonlicht zijn de maskers al 70 °C en na 100 seconden meer dan 80 °C. Dat is genoeg om ze steriel te maken en weer

te kunnen hergebruiken.

Het PolyU-team heeft zijn werk inmiddels gepubliceerd in ACS Nano onder de titel ‘Reusable and Recyclable Graphene Masks with Outstanding Superhydrophobic and Photothermal Performances’.

Laser-induced Forward Transfer is een 3D-microfabricatietechnologie. Het is een digitale printtechniek die gebruik maakt van een gepulseerde laserstraal als drijvende kracht om materiaal van een dunne donorfilm naar het ontvangende substraat te projecteren, waar dat materiaal uiteindelijk als een voxel wordt afgezet. (Wiley Online Library)

1

Meer over LIFT in het Journal of Fluid Mechanics, December 2019> Artikel ‘Graphene joins the fight against COVID-19’ at physicsworls> Ook interessant: ‘Can graphene take part in the fight against COVID-19?’

Valentina Palmieri, Istituto dei Sistemi Complessi (Institute for Complex Systems) in Rome. Dit artikel is online>

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ARCHITECT MEETS INNOVATIONS

ARCHITECT @WORK THE NETHERLANDS

Rotterdam Ahoy 16 & 17 september 2020 8° editie - 10:00-19:00

Focus on Future-Proof > EXHIBIT Fantastic Future

by MaterialDistrict > PROJECT WALL by world-architects.com > IMAGES by DAPh > A@W ACADEMY

by Architectenweb

er e r t is Reg t code me 887 19

IIIIIIIIIIIIIII CANADA

TURKEY

NORWAY

SWEDEN

DENMARK

SPAIN

ITALY

SWITZERLAND

AUSTRIA

GERMANY

UNITED KINGDOM

FRANCE

LUXEMBOURG

THE NETHERLANDS

BELGIUM

WWW.ARCHITECTATWORK.NL

27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ONDERZOEK

WOW! Van rioolwater naar bioplastics Rioolwater en industrieel afvalwater bevatten vaak veel waardevolle stoffen die kunnen worden gebruikt als grondstof voor biobased producten. Dit potentieel wordt op dit moment echter niet of nauwelijks benut wat resulteert in verlies van waardevolle materialen.

In het INTERREG NWE-project WOW! wordt voor rioolwater bekeken of duurzame waardeketens voor deze waardevolle stoffen kunnen worden ontwikkeld. Een van de waardeketens die wordt onderzocht is de productie van PHA (polyhydroxyalkanoates), een volledig biologisch afbreekbare bioplastic.

Het onderzoek van WOW! richt zich op de productie, extractie en toepassing van PHA. PHA kan worden geproduceerd door bacteriën die vaak al aanwezig zijn in het secundaire slib van rioolwaterzuiveringen. Deze bacteriën kunnen onder de juiste omstandigheden vetzuren omzetten in PHA. Het PHA wordt vervolgens in de bacteriecel opgeslagen als reservestof. De vetzuren die nodig zijn voor de ophoping van PHA kunnen al in rioolwater aanwezig zijn of kunnen worden geproduceerd door het primaire slib

28 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

van de rioolwaterzuivering gedeeltelijk te vergisten. Bij het Centre of Expertise Biobased Economy (CoE BBE) van Avans Hogeschool wordt in samenwerking met de universiteit van Kaiserslautern en Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft gekeken hoe de efficiëntie en stabilisatie van dit PHA-productieproces kan worden verbeterd. Tevens worden testen uitgevoerd op de samenstelling en eigenschappen van PHA zoals sterkte, flexibiliteit en kleur.

Groene extractie-methode

Na productie moet het PHA uit de bacteriecellen worden geëxtraheerd voordat het kan worden toegepast. Hiervoor is bij het CoE BBE een groene extractie-methode ontwikkeld. Bij deze methode wordt gebruik gemaakt van dimethylcarbonaat, een niet schadelijk oplosmiddel dat bovendien kan worden hergebruikt in het extractieproces. Door te kijken naar verschillende extractietijden en verschillende biomassa - oplosmiddel verhoudingen was het mogelijk om de

ONDERZOEK

Figuur 1: Schematisch overzicht van productie en extractie van PHA

algehele zuiverheid van het geëxtraheerde PHA te verhogen van 91,2 ±0,1 procent tot 98,0 ±0,1 procent. De zuiverheid bepaalt mede de toepassingsmogelijkheden van het PHA.

Landbouwfolie en boomclips

In de tweede helft van 2020 wordt in samenwerking met Wetsus de extractie van PHA op pilotschaal getest. Het is de bedoeling om hierbij 10 - 20 kg PHA te

produceren. Dit PHA wordt vervolgens door Natureplast getest in kansrijke toepassingen. Omdat de productiekosten van PHA vooralsnog hoger zullen zijn dan voor conventionele plastics uit aardolie liggen, deze kansen vooral bij toepassingen waar (snelle) afbreekbaarheid meerwaarde biedt. Dit zijn over het algemeen eenmalige toepassingen waar inzameling en/of hergebruik lastig of kostbaar zijn.

Denk hierbij aan landbouwfolie voor

bijvoorbeeld aspergeteelt of boomclips die worden gebruikt bij aanplanten of kweken van bomen.

Lees hier het volledige artikel: Optimization of Green Extraction and Purification of PHA Produced by Mixed Microbial Cultures from Sludge> De resultaten van het project worden regelmatig gepubliceerd in een nieuwsbrief> Team CoE BBE: Jappe de Best, Ischa Lamot, Michiel Michels, Guilherme Reis, Gabriela Fajardo Partners WOW!: Waterschap Vallei en Veluwe, Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft , University of Kaiserslautern, University of Luxembourg, VLARIO, Natureplast, Avans University of Applies Sciences, REMONDIS Aqua Industry, VITO, Pulsed Heat, Severn Trent Water, CirTec Meer op de website van WOW!>

Figuur 2: Voorbeeld van PHA na extractie met dimethylcarbonaat

29 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ONDERZOEK

Nieuwe materialen bouwen met minimagneetjes Magneetbolletjes zijn populair speelgoed waarmee de meest bijzondere 3D-vormen te bouwen zijn. Stel nu dat dit principe wordt gebruikt om kunstmatige kristallen zichzelf te laten assembleren. Is ook dan het bolletje de meest geschikte vorm? Of misschien een kubus misschien, een cilinder? Onderzoekers van de Universiteit Twente laten zien dat, in een turbulente waterstroom, het niet de bolletjes maar cilinders zijn die de meest regelmatige kristalvormen produceerden. Zij publiceren erover in Science Advances van 8 mei.

Kunstmatige kristallen, ook wel metamaterialen, hebben eigenschappen die in natuurlijke materialen niet voorkomen. Ze kunnen bijvoorbeeld bijzondere mechanische eigenschappen hebben of licht manipuleren. Ook kun je er 3D-elektronica mee maken. Het principe van zelf-assemblage, self-assembly, betekent dat de bouwstenen zichzelf gaan ordenen tot een kristal. Dat kan bijvoorbeeld door het oplosmiddel waarin de deeltjes aanwezig zijn, te laten verdampen. Leon Abelmann1 en zijn collega’s wilden onderzoeken in hoeverre je voor zelf-assemblage gebruik kunt maken van de magnetische interactie. Zij maakten deeltjes van verschillende vormen die een magnetische noord- en zuidpool

30 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

hebben. Vervolgens lieten ze die los in een opwaartse waterstroom, die niet alleen de zwaartekracht compenseert maar ook turbulent is: de deeltjes krijgen daardoor te maken met verstorende krachten en gaan samen op zoek naar situaties die energetisch optimaal zijn.

Voorkeur

Zoals ook bij speelgoedbolletjes, werkt de richting van de magnetische energie soms mee of soms tegen bij het creëren van een bepaalde vorm. De deeltjes in de experimenten kregen een voorkeursrichting mee. De energie is te sturen door de vorm van het omhulsel om de magneet - zelf van neodymium-ijzer-boor - te variëren. Er werden drie

situaties bestudeerd: de energie voor de parallelle richting was gelijk aan die van de antiparallelle, de eerste was twee keer zo groot of juist de helft.

Cilinders

Is de parallelle energie groter dan de antiparallelle, dan neigen alle vormen naar een 1D rechte lijn. Behalve een lijn van bolletjes, die bij voldoende bolletjes kan sluiten in een ring . Is de voorkeursrichting antiparallel, dan vormen zich 2D ‘platen’. Bij gelijke parallallelle en antiparallele energie, klonten de bolletjes samen, de cilinders vormen regelmatige 3D-kristallen en de kubusjes laten nog een combinatie van vormen zien. Hoewel de cilinder de beste kandidaat lijkt,

ONDERZOEK

Figuur 1. Voorkeursrichting en vorm van het object bepalen welke ‘eindvorm’ eruit komt: een lijn, ‘plaat’ of 3D-kristalvorm: rood omcirkeld de regelmatige kristalstructuur die wordt gevormd met cilindervormige elementjes

is het wel zo dat de structuren die met bolletjes worden gevormd, langer intact blijven in de waterstroom: minutenlang in plaats van seconden. De onderzoekers vermoeden dat dit komt doordat bolletjes minder gevoelig zijn voor kleine afwijkingen die de krachten tussen de magneten doen afnemen.

Elektrische dipolen

De experimenten zijn uitgevoerd met deeltjes die millimeter-afmetingen hebben. De uitkomsten zijn inspirerend om de experimenten ook met micrometer-afmetingen te doen. Dat kan met de fabricagetechnieken die ook worden gebruikt voor magnetic random access

memories (MRAM). Via zelf-assemblage zijn dan bijvoorbeeld ringvormige magnetische geheugens te maken. De onderzoekers verwachten daarnaast dat het principe voor een elektrische dipool niet anders is dan voor een magnetische, zodat ook fotonische kristallen en 3D-elektronica tot de mogelijkheden behoren.

Prof.dr.ir. Leon Abelmann is verbonden aan de Universiteit Twente (Robotics and Mechatronics groep) en aan KIST Europa (Korean Institute of Science and Technology) in Saarbrücken. https://people. utwente.nl/l.abelmann

1

Het paper ‘Three dimensional self-assembly using dipolar interaction’, door Leon Abelmann, Tijmen Hageman, Per Lötman, Massimo Mastrangeli en Miko Elwenspoek verscheen op 8 mei in Science Advances, online journal van de American Association for the Advancement of Science (AAAS).

Het is online te vinden> Figuur 2. De experimentele setup, waarin het turbulente water wordt omhoog gestuwd in een kegelvormige ruimte. De camera registreert de assemblage

Tekst: Universiteit Twente>

31 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ONDERZOEK

Nieuwe klasse snelheidsgevoelige mechanische metamaterialen Onderzoekers van de afdeling Biomechanical Engineering van de TU Delft hebben een nieuwe klasse metamaterialen gemaakt die hun mechanische gedrag dynamisch kunnen veranderen. Dit kan de basis vormen voor praktische toepassingen zoals valbeschermende kleding voor ouderen. De resultaten verschenen op 17 juni in het tijdschrift Science Advances, onder de titel ‘Strain rate-dependent mechanical metamaterials.’

Metamaterialen zijn kunstmatig vervaardigde materiaalstructuren die hun eigenschappen niet ontlenen aan de chemische samenstelling van het materiaal waaruit ze zijn opgebouwd maar aan hun interne microstructuur. Metamaterialen kunnen zo worden ontworpen dat ze uitzonderlijke eigenschappen vertonen die niet worden aangetroffen bij gewone natuurlijke materialen.

Bijvoorbeeld, waar intuïtief kan worden verwacht dat voorwerpen die in één richting worden samengedrukt in de tegenovergestelde richting uitzetten, is een klasse metamaterialen met de

32 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

naam auxetische materialen doelbewust ontworpen om het tegenovergestelde te doen.

Functionaliteiten mechanische metamaterialen

Tot dusver hebben de functionaliteiten van mechanische metamaterialen geen gebruik gemaakt van tijdafhankelijke effecten. Dat is verrassend, stelt dr.

Shahram Janbaz, onderzoeker bij de Biomaterials & Tissue Biomechanics-groep van de TU Delft en eerste auteur van het artikel, omdat veel flexibele materialen

die worden gebruikt om mechanische metamaterialen te bouwen, zoals polymeren, mechanisch gedrag vertonen dat afhankelijk is van de snelheid waarmee ze worden vervormd. Visco-elastische materialen ondergaan, wanneer ze worden belast, langzame veranderingen die energie kosten. Hun mechanische reactie hangt daarom af van hoe snel je ze vervormt.

Het team onder leiding van prof. Amir Zadpoor heeft nu de dimensie tijd toegevoegd aan de gereedschapskist van mechanische metamaterialen en kan daarmee een nieuwe klasse metamateri-

ONDERZOEK alen maken die hun mechanische gedrag dynamisch kunnen veranderen.

Het team bouwde langwerpige pilaren die uit twee verschillende materialen bestaan: de ene helft is gemaakt van een materiaal dat reageert op de vervormingssnelheid, de andere helft van een materiaal dat niet gevoelig is voor hoe snel het vervormd wordt. Bij het in de lengterichting samendrukken van deze ‘bipilaar’, zorgt de elasticiteit van de materialen ervoor dat het niet breekt maar buigt.

Vreemde eigenschappen

De onderzoekers toonden aan dat de bipilaar voorspelbaar naar links of rechts buigt, afhankelijk van de snelheid waarmee het wordt samengedrukt.

Dit snelheidsafhankelijke gedrag van bipilaren is de sleutel tot het creëren van nieuwe materialen met vreemde eigenschappen die nog niet eerder zijn gezien. ‘Het enige wat je hoeft te doen, is een slimme manier te vinden om een structuur te maken van bipilaren en de kans is groot dat je mechanisch gedrag vindt dat nog nooit eerder is gerapporteerd’, stelt Zadpoor.

Janbaz: ‘We hebben bijvoorbeeld twee parallelle, gespiegelde bipilaren via rigide connectoren met elkaar verbonden, als een eenheidscel die in alle richtingen herhaald kan worden om zo

een driedimensionaal metamateriaalrooster te creëren. We ontdekten dat het mechanische gedrag van deze cel bij toenemende compressiesnelheid volledig omschakelt van auxetisch naar conventioneel.’ Video’s bij de publicatie laten zien hoe een rooster van onderling verbonden eenheidscellen krimpt bij lage compressiesnelheden en uitzet bij hoge snelheden.

Toepassingen

Een van de mogelijke toepassingen van metamaterialen die dergelijk schakelgedrag vertonen, is als valbescherming.

Neem een kledingstuk. Onder normale omstandigheden is het zacht en volgt het de bewegingen van het lichaam. Bij een botsing verandert het metamateriaal zijn gedrag en fungeert het als een schokdemper. Dat kan nuttig zijn voor mensen die lijden aan osteoporose, voor wie botbreuken een grote complicatie vormen.

De onderzoekers bouwden ook bipilaarroosters die zijn geprogrammeerd om minder stijf te worden naarmate ze sneller worden belast. Dit gedrag kan negatieve visco-elasticiteit worden genoemd en is niet eerder waargenomen in vaste stoffen.

Hoewel het waarschijnlijk moeilijk is om veel kleinere bipilaren te maken met hetzelfde ontwerp als de hier geteste modelsystemen van enkele centimeters

groot, zien de onderzoekers mogelijkheden om 3D-printtechnieken te gebruiken om roosters van minuscule bipilaren te maken.

De onderzoekers verwachten veel van hun bipilaarontwerp en denken dat dit basiselement kan worden gebruikt om een grote verscheidenheid aan mechanisch gedrag te genereren.

Tekst: TU Delft> Prof.dr. A.A. Zadpoor +31 15 27 81021 A.A.Zadpoor@tudelft.nl S. Janbaz +31 15 27 83133 S.Janbaz@tudelft.nl Het artikel ‘Strain rate-dependent mechanical metamaterials’ is online>

Video

Toepassing van bipilaren voor het ontwerpen van metamaterialen en mechanismen met nieuwe eigenschappen en functionaliteiten. Een cirkelvormige opstelling van bipilaren werd gebruikt om axiale compressie om te zetten in rotatie met de klok mee of tegen de klok in, afhankelijk van de toegepaste reksnelheid. Bovendien is de stijfheid van het rotatiemechanisme sterk afhankelijk van de toegepaste reksnelheid (Foto: Shahram Janbaz, Technische Universiteit Delft)

33 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ONDERZOEK

Complexe functies in materialen voor zachte robotica gebaseerd op vloeibarekristalnetwerken Sinds enkele decennia vormen Reactieve Mesogenen (RM’s) een veelzijdige klasse van zachte materiematerialen die hun weg hebben gevonden naar een schat aan toepassingen.

Veel academische en industriële instituten bestuderen tegenwoordig het gebruik van RM’s in toepassingen voor zachte robotica (soft robotics). Aan de TU Eindhoven bijvoorbeeld, zijn oscillatoren, responsieve vezels en haptische oppervlakken ontwikkeld. In dit artikel bespreken we enkele van onze nieuwste ontwikkelingen op het gebied van responsieve vloeibarekristalpolymeren, en geven een voorlopig beeld van de toekomst van RM’s met geavanceerde toepassingen op het gebied van oscillerende films, slimme coatings, zachte robotica en haptische technologieën.

34 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ONDERZOEK Sinds hun ontwikkeling in de jaren 80 van de vorige eeuw vormen reactieve mesogenen (RM’s) een veelzijdige klasse van breed toepasbare zachte materiematerialen. De ingevroren moleculaire ordening van de polymeernetwerken die ze vormen door polymerisatie, bracht een nieuwe dimensie in vloeibarekristaltechnologieën. Oorspronkelijk ontwikkeld voor hun gebruik als coatings met lage krimp en lage thermische uitzetting, toonden de RM’s hun functie vooral in optische toepassingen. De grote, temperatuurstabiele en instelbare dubbele breking werd door de display-industrie voor vele doeleinden gebruikt, variërend van verbetering van de kijkhoek tot 3D-beeldvormingsoptiek. Momenteel trekken geavanceerde optische toepassingen voor augmented reality en astronomielenzen veel aandacht, evenals het gebruik van RM’s om speciale vloeibarekristaleffecten voor slimme vensters en speciale beeldschermtypen te stabiliseren.

Veel academische en industriële instituten bestuderen tegenwoordig het gebruik van RM’s in toepassingen voor zachte robotica (soft robotics). Aan de TU Eindhoven hebben we oscillatoren, responsieve vezels en haptische oppervlakken ontwikkeld. Als gevolg van warmte, licht of vochtigheid veranderen de polymeren van vorm, oppervlaktestructuur of porositeit. Films vervormen van een vlakke tot een complexe, maar vooraf ontworpen vorm met uitzicht op door licht veroorzaakte origami en zelfvouwende plastic elementen. Een geheel nieuwe ontwikkeling heeft betrekking op coatings die hun oppervlak veranderen van vlak naar gestructureerd

met een vooraf ingestelde topografie.

Of, in een iets ander ontwerp van de coating, van droog naar nat door gecontroleerde uitscheiding van vloeistof.

Deze eigenschappen maken het mogelijk eigenschappen te manipuleren zoals wrijving, grip, smering, vuilafstoting en deeltjesmanipulatie.

Liquid crystal polymer networks

Liquid crystal polymer networks (LCN’s) zijn polymeren met een goed gecontroleerde moleculaire positionering in alle drie dimensies. Ze vertonen ongebruikelijke, maar zeer nauwkeurig instelbare en adresseerbare optische, elektrische en mechanische eigenschappen. Het onderliggende principe van het gebruik van LCN’s voor morphing is hun vermogen om de moleculaire ordening te veran-

deren, zowel in mate van orde (gekwantificeerd in een orde parameter) als in gemiddelde richting (gekwantificeerd in de director als een vector). Daarmee worden op moleculair niveau richtingsafhankelijke spanningen gevormd die leiden tot een macroscopische anisotrope dimensionele verandering met contractie in de richting van de moleculaire oriëntatie en uitzetting loodrecht daarop (figuur 1a). Op basis van dit principe kan men gebruik maken van verschillende stimuli, variërend van temperatuur en licht tot vochtigheid en elektriciteit.

Dynamische oppervlakte­ topografieën

Wanneer een dunne film van het LCN stevig wordt verankerd aan een vast substraat, leiden de aan de ordeparame-

Figuur 1. Zachte-roboticafuncties gecreëerd in een liquid crystal polymer network. (a) Schematische weergave van anisotrope vervorming van LCN’s bij vermindering van de orderparameter. (b) Elektrisch aangedreven dynamische oppervlaktetopografieën gevormd in een homeotroop uitgelijnd vloeibaarkristalnetwerk. (c) Vloeistof scheidt zich af op het coatingoppervlak bij belichting met UV-licht

35 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ONDERZOEK

ter gerelateerde dimensionale veranderingen tot het ontstaan van oppervlaktestructuren met diverse topografische vormen. Tijdens het 4TU.HTM-project ‘Communicating Surfaces’ ontdekten we dat een dynamische verandering van de moleculaire orde, veroorzaakt door licht of door een elektrisch veld, in resonantie met de eigenfrequentie van het polymeernetwerk, leidt tot de vorming van extra temporeel vrij volume. Dit verschijnsel versterkt de vorming van oppervlaktetopografieën die daarmee hoogtes kunnen bereiken variërend van honderd tot duizend nanometer. In een

licht-gestuurde LCN wordt dit bereikt door de oscillerende trans-cis isomerisatie van een meegepolymeriseerd azobenzeen molecuul te versnellen door licht te kiezen dat beide isomere

Figuur 1b (video)

toestanden adresseert. Voor elektrische aansturing gebruiken we een wisselspanning om een oscillerende druk uit te oefenen op het LCN (figuur 1b). Het AC-veld wordt gegenereerd uit de on-

Figuur 1c (video)

Kippenvel door slimme coating Danqing Liu en haar collega’s aan de Technische Universiteit Eindhoven werken hard aan een coating die van vorm kan veranderen. Met die techniek is van alles mogelijk: Marsrovers en zonnepanelen die zand van zichzelf afschudden, braille op je telefoon, chirurgische instrumenten die de arts feedback geven, of VR-handschoenen waarmee je de bal die je gooit echt voelt.

De mogelijkheden van de techniek zijn eindeloos. Want je kan er bijvoorbeeld ook robots mee maken die kunnen voelen en die kippenvel kunnen krijgen. Zo kunnen robots op een nieuwe manier met elkaar communiceren. Het zou ook interessant zijn voor allerlei trainingen waarbij aanraking een rol speelt, zoals fysiotherapie, of eerste hulp bij ongelukken. https://www.4tu.nl/nl/nieuws/!/5755/slimme_coating/

36 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

ONDERZOEK geabsorbeerd door de trigger uit te schakelen en te wachten of actief door het oppervlak met een tweede trigger aan te sturen, zoals licht met een andere golflengte. Ook kan de vloeistof worden vervangen door een andere vloeistof, afhankelijk van de gewenste functionaliteit. We hebben onder andere aangetoond dat de vrijgekomen vloeistof tribologische eigenschappen van het coatingoppervlak verandert. Wanneer de coating bovendien in contact wordt gebracht met een tegenoverliggend oppervlak, kan de afgifte van een dunne laag vloeistof een capillaire brug vormen, waardoor een sterke hechting tussen de twee coatings wordt verkregen.

Danqing Liu, in samenwerking met Dick Broer Eindhoven University of Technology, Department of Chemical Engineering and Chemistry E-mail: D.Liu1@tue.nl Een deel van dit onderzoek is uitgevoerd binnen het kader van het 4TU High-Tech Materials onderzoeksprogramma ‘New Horizons in Designer Materials’ (www.4tu.nl/htm)> Meer over het project ‘Communcating Surfaces’> Referenties

derling gedigitaliseerde elektroden die aan het oppervlak van het substraat zijn aangebracht. De loodrecht op het oppervlak georiënteerde mesogene groepen veranderen daardoor voortdurend hun oorspronkelijke oriëntatie en moleculaire pakking.

Dit leidt tot een tijdelijke toename van het vrije volume van ongeveer 10 procent met een overeenkomstige lokale uitzetting aan het oppervlak. Het voordeel van dit principe in vergelijking met bijvoorbeeld elektro-actieve polymeren is dat er geen meegaande elektrode aan het oppervlak van de coating nodig is en dat relatief lage spanningen vereist zijn.

Gecontroleerde vloeistofuitscheiding

In een andere benadering ontwikkelden we coatings waarvan de oppervlakte-eigenschappen worden veranderd door vloeistoffen op een gecontroleerde manier af te scheiden en, indien gewenst, op te nemen. Ook hier zijn verschillende triggers gebruikt, zoals elektriciteit, licht, temperatuur of een combinatie daarvan. De coating zelf is een vaste stof en de vloeistof wordt opgeslagen in vervormbare poriën met afmetingen van een nanometer tot een micrometer. De poriën in de coating worden gemaakt door fasescheiding van een vloeibaar kristal porogeen te controleren tijdens de vorming van het vloeibarekristalpolymeernetwerk. Bij het samendrukken van de coating, door licht of door een elektrisch veld, zullen de poriënafmetingen worden verkleind, waardoor de aanvankelijk vergrendelde vloeistof via het oppervlak naar buiten wordt geperst (figuur 1c). De vrijgekomen vloeistof kan opnieuw worden

D. J. Broer and G. N. Mol, Polym. Eng. Sci. 31, 625 (1991).

R. A. M. Hikmet, B. H. Zwerver and D. J. Broer, Polymer 33, 89 (1992).

H.F. Yu and T. Ikeda, Adv. Mater. 23, 2149 (2011).

A. Jákli, I. C. Pintre, J. Luis Serrano, M. Blanca Ros and M. Rosario de la Fuente, Adv. Mater. 21, 3784 (2009).

O. M. Wani, H. Zeng, P. Wasylczyk, A. Priimagi, Adv. Opt. Mater. 6, 1700949 (2018).

W. Wu, L. Yao, T. Yang, R. Yin, F. Li and Y. Yu, J. Am. Chem. Soc. 133, 1581015813 (2011).

G. Babakhanova, T.Turiv, Y.Guo, M. Hendrikx, Q. Wei, A.P.H.J. Schenning, D.J. Broer, O. D Lavrentovich, Nat. commun.9, 1130 (2018).

W. Zhou, T. Kobayashi, H. Zhu, and H. F. Yu, Chem. Commun., 47, 12768– 12770 (2011).

J.S. Evans, P.J. Ackerman, D.J. Broer, J. Lagemaat and I.I. Smalyukh, Phys. Rev. E 87, 032503-1 (2013).

M. Warner, C.D. Modes and D. Corbett, Proc. R. Soc. A 466, 2975 (2010).

M. Camacho-Lopez, H. Finkelmann, P. Palffy-Muhoray and M. Shelley, Nat. Mater. 3, 307 (2004).

T.J. White, S.V. Serak, N.V. Tabiryan, R.A. Vaia and T.J. Bunning, J. Mater.

Chem. 19, 1080 (2009).

Y. Takeoka, M.Teshima, and T. Seki, Chem. Commun., 54, 2607-2610 (2018).

K. Mukai, M. Hara, S.Nagano, and T. Seki, Angew.Chem. Int.Ed. 55, 1402814032 (2016).

T. Kosa, L. Sukhomlinova, L. Su, B. Taheri, T.J. White and T.J. Bunning, Nature 485, 347 (2012).

T. Ozawa, M. Kondo, J. Mamiya and T. Ikeda, J. Mater. Chem. C 2, 2313-2315 (2014).

M. Yamada, M. Kondo, J. Mamiya, Y. Yu, M. Kinoshita, C. J. Barrett and T. Ikeda, Angew. Chem. Int. Ed., 47, 4986-4988 (2008).

T. Ube, K. Kawasaki and T. Ikeda, Adv. Mater.28, 8212-8217 (2016).

D. Liu and D.J. Broer, Nat. Commun. 6, 8334 (2015).

D. Liu, N. B. Tito and D.J. Broer, Nat. Commun. 8, 1526 (2017).

A. H. Gelebart, D. Liu, D. J. Mulder, K.H. J. Leunissen, J. van Gerven, A. P. H. J. Schenning, D. J. Broer, Adv. Funct. Mater. 28, 1705942 (2018).

37 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Enterprise Europe Network (EEN) helpt bedrijven bij internationale ambities Het Enterprise Europe Network (EEN) is een initiatief van de Europese Commissie dat ondernemers ondersteunt bij het zoeken van partners om te innoveren en ondernemen in het buitenland. Het Enterprise Europe Network bestaat uit meer dan 600 organisaties in ruim 60 landen.

Databank

Elk bedrijf kan haar aanbod en/of vraag in de vorm van een profiel laten opnemen in een databank. Vervolgens wordt het bedrijf onder de aandacht gebracht in het land waarin zij actief wil worden en tegelijkertijd kan ook zelf naar partners worden gezocht. EEN-adviseurs helpen actief bij het opstellen van het profiel, dat in een bepaald format wordt opgesteld. Op de EEN-websites staan ook buitenlandse bedrijven die Nederlandse bedrijven en organisaties zoeken voor commerciële of technologische samenwerking. De EEN adviseurs ondersteunen bij de zoektocht naar een samenwerkingspartner door de contacten binnen het netwerk actief in te zetten. Daarnaast worden regelmatig Company Missions en Match Making

Events georganiseerd. Al deze diensten zijn kosteloos.

Er zijn vijf soorten profielen: • Business Offer:

het bedrijf biedt een product aan

• Business Request:

Video: Hoe werkt Enterprise Europe Network

het bedrijf zoekt een product

• Technology Offer:

het bedrijf biedt een technologie aan

• Technology Request:

het bedrijf zoekt een technologie

• Research & Development Request:

de organisatie zoekt samenwerking voor onderzoek

Het kan ook voorkomen dat een bedrijf zowel een Business Offer als een Business Request heeft (of een andere combinatie). In dat geval worden er twee (of zelfs meer indien van toepassing) profielen gemaakt.

In het profiel wordt de meest essentiële

informatie over de aard van het aanbod of vraag opgenomen, het ‘soort’ partner dat men daarbij beoogt en de verwachtte samenwerking.

Zodra duidelijk is welk type profiel(en) men wenst voor haar organisatie kan de EEN adviseur het proces van het opstellen van een profiel starten en het binnen korte tijd gepubliceerd hebben in de database.

Ondernemingen kunnen rechtstreeks bij EEN terecht met vragen over het opnemen van een bedrijfsprofiel in de EEN-database. Voor duurzaam bouwen en de creatieve industrie is ir. drs. Hans Kamphuis de contactpersoon: T: +31(0)88 042 1124 M: 06 25 70 82 76 E: hans.kamphuis@rvo.nl Voor materialen is Nils Haarman de contactpersoon: T: +31(0)88 062 5843 M: 06 21 83 94 57 E: nils.haarman@rvo.nl Voor meer informatie kan men terecht op de websites van het Enterprise Europe Network: www.enterpriseeuropenetwork.nl http://een.ec.europa.eu

38 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020 The Enterprise Europe Network Materials Database: Request for partnership: July 2020.

Intrested? contact hans.kamphuis@rvo.nl>

Romanian company specialised in manufacturing of thermo and hydro insulation systems is looking for partners under distribution service and/or manufacturing agreement North-Eastern Romanian company with over 25 years experience as manufacturer and distributor of fiberglass reinforcement mesh, drainage and waterproofing systems is interested to cooperate with foreign partners to expand on new markets, under distribution and/or manufacturing service agreement. BORO20190910001

Slovenian company specialised in processing and injection moulding of technically advanced plastic products is offering its services under manufacturing agreement A company from Slovenia is specialised in injection moulding of plastic products with the latest machinery and self-made tools. With laboratory certified materials they can produce diverse plastic products for different sectors like automotive, construction, appliances and ventilation systems. Under manufacturing agreement, they are looking for partners that require temporary or regular production of plastic products according to international standards and certificates. BOSI20200527001

Aerospace composite companies sought for Eureka multilateral advanced materials call partner search for 4D x-ray visualisation of porosity within thermoplastic and thermoset composite materials in compression moulding A Midlands based UK University is seeking partners to join their consortium for the Eureka Multilateral Advanced Materials call. They are specifically interested in the utilisation of 4D x-ray visualisation to build an understanding of the sources of material inconsistency and failure. The are looking for aerospace composite companies that are interested in building aircraft structures from PEEK (Polyetheretherketone) and/or carbon fibre. RDUK20200430001

Eurostars-Eureka: Designer of ultra-thin tiles veneer looks for ultra-thin stone manufacturer A Belgian SME has developed a process to manufacture ultra-thin tiles made of natural stone with high impact resistance.

The goal of the project is to develop this innovative product until the commercialization stage, currently at demonstration phase. The expertise sought is a ultra-thin stone manufacturer with an ambition to innovate to produce the testing samples for this research project. Research cooperation is envisaged under the Eurostars programme. Call deadline: 3rd September 2020. RDBE20200407001

Looking for alternative technologies/chemical solutions to replace the use of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) A Swedish manufacturer of disposable packaging and take-away products is looking for alternative technologies/chemical solutions to replace the use of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in their fiber-molded products. A PFAS-free solution should provide barrier properties such as oil-, grease- and water-repellence. The company is looking for solutions that are close to being commercially available and is seeks collaborations with chemical providers under a manufacturing agreement.

TRSE20200128002

39 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020 The Enterprise Europe Network Materials Database: Request for partnership: July 2020.

Intrested? contact hans.kamphuis@rvo.nl>

A Japanese company is seeking 3D printing technology for building constructions to distribute in Japan The Japanese company is specialized in finance and real-estate markets and is aiming to distribute leading 3D printing technology specific to building constructions in Japan. The constructions should meet the quality standards of Japan’s building sector. The partnership with a potential partner could be made within the frame of a commercial agency agreement, a distribution service agreement, licensing or services agreements.

Enterprise Europe Network at Building Holland Innovation Expo Cirkelstad The Enterprise Europe Network will be present at the Innovation Expo of Cirkelstad during Building Holland, from 27 to 29 October. Many innovations are shown here and match interviews take place. You can register for these match conversations soon. https://www.buildingholland.nl/en/products/welkom-op-de-cirkelstad-innovatie-boulevard-en/

40 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

AGENDA De corona-crisis maakt het onzeker of evenementen op de werkelijk op de geplande datum zullen plaatsvinden. Veel evenementen worden uitgesteld, soms naar 2021. Onderstaande agenda geeft de stand van zaken weer per juli 2020.

Voor de actuele stand van zaken: www.innovatievematerialen.nl Challenging Glass, Gent Webinar - 4 september 2020

HK Härterei Kongress 2020 20 - 22 oktober 2020, Keulen

Architect@Work 2020 16 - 17 september 2020, Rotterdam

Glasstec 2020 20 - 23 oktober 2020, DĂźsseldorf

CeramicsExpo 2020 22 - 23 september 2020, Cleveland

81th Congress on Glass Problems 26 - 29 oktober 2020, Columbus

Aluminium Association Annual Meeting 23 - 25 september 2020, Washington DC

SurfaceTechnology GERMANY, 27 - 29 oktober 2020, Stuttgart

SAMPE Europe Conference 2020 30 september - 1 oktober 2020, Amsterdam

EuroBLECH 2020, 27 - 30 oktober 2020, Hannover

EFIB 2020 5 - 6 oktober 2020, Frankfurt am Main

iENA Nuremberg 29 oktober - 1 november 2020, Neurenberg

Plastics Recycling World Exhibition 2020 6 -7 oktober 2020, Essen

Composites for Europe 10 - 12 november 2020, Stuttgart

Techni-Mat 2020 7 - 8 oktober 2020, Kortrijk

GrindTec 2020 10 - 13 november 2020, Augsburg

Architect@Work 2020 Deutschland 7 - 8 oktober 2020, Berlijn

Formnext 2020, 10 - 13 november 2020, Frankfurt

Nationale Staalbouwdag 13 oktober 2020, Rotterdam

BOUWXPO 13 - 15 november 2020, Kortrijk

Fakuma 2020 13 - 17 oktober 2020, Friederichshafen

Precisiebeurs 2020 18 - 19 november 2020, Veldhoven

41 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2020

Innovative Materials, the international version of the Dutch magazine Innovatieve Materialen, is now available in English. Innovative Materials is an interactive, digital magazine about new and/or innovatively applied materials.

Innovative Materials provides information on material innovations, or innovative use of materials. The idea is that the ever increasing demands lead to a constant search for better and safer products as well as material and energy savings. Enabling these innovations is crucial, not only to be competitive but also to meet the challenges of enhancing and protecting the environment, like durability, C2C and carbon footprint.

By opting for smart, sustainable and innovative materials constructors, engineers and designers obtain more opportunities to distinguish themselves.

As a platform Innovative Materials wants to help to achieve this by connecting supply and demand.

Innovative Materials is distributed among its own subscribers/network, but also through the networks of the partners. In 2019 this includes organisations like M2i, MaterialDesign, 4TU (a cooperation between the four Technical Universities in the Netherlands), the Bond voor Materialenkennis (material sciences), SIM Flanders, FLAM3D, RVO and Material District.