Onderzoek Joke Hadermann

Abstract

Drie-dimensionale elektronendiffractie (3DED) heeft de studie van kristallijne materialen revolutionair veranderd, waardoor onderzoekers kristalstructuren van nanometerschaal kristallen kunnen oplossen. Traditioneel worden 3DED-experimenten uitgevoerd onder hoogvacuümcondities, waarbij monsters worden geïsoleerd van omgevingsfactoren, wat een nauwkeurige analyse van stabiele structuren mogelijk maakt. Een dergelijke benadering schiet echter vaak tekort als het gaat om het vastleggen van dynamische processen, voorbijgaande toestanden of reacties die plaatsvinden onder realistische toepassingsomstandigheden. Deze kloof heeft geleid tot de ontwikkeling van in-situ 3DED-technieken, waarbij materialen worden bestudeerd in hun natuurlijke of reactieve omgevingen, wat waardevolle inzichten biedt in structuur-eigenschapsrelaties onder reële omstandigheden. In dit project wordt de mogelijkheid onderzocht om in-situ 3D ED-gegevens te verkrijgen tijdens elektrokatalytische reacties. Het perovskiet-gebaseerde Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-x is gekozen voor deze baanbrekende verkenningen vanwege zijn uitstekende activiteit voor de zuurstofontwikkelingsreactie (OER) in alkalische oplossingen. De transformatie van dit materiaal tijdens het OER-proces staat nog steeds ter discussie, met verschillende suggesties in de literatuur, maar geen van hen is bewezen. In-situ 3D ED is de perfecte techniek om de nanostructurele veranderingen in dit materiaal te ontrafelen, wat leidt tot een verdere verbetering van de eigenschappen van het materiaal als elektrokatalysator.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Mandaathouder: Hajizadeh Amirhossein

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ultieme doel van 4AirCRAFT is om een volgende generatie van stabiele en selectieve katalysatoren te ontwikkelen voor de directe omzetting van CO2 in vloeibare brandstof voor luchtvaart, voor de synthese van duurzame jet brandstof. 4AirCRAFT zal de huidige uitdagingen overwinnen door de drie voornaamste reacties te combineren in één reactor om de CO2 conversiesnelheid te verhogen en het energieverbruik te verminderen. 4AirCRAFT technologie zal duurzame jet brandstof voortbrengen bij lage temperatuur (below 80 ºC), bijdragen tot een circulaire economie en leiden tot een verlaging van GHG en een verkleinde afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Om dit doel te bereiken, zullen we voorbij de state of the art gaan door de integratie van biokatalysatoren, anorganische nanokatalysatoren en elektrokatalysatoren, en hun ruimtelijke spreiding controleren in dragers voor de katalysatoren afgesteld op de applicaties. Deze dragers voor de katalysatoren zullen gebaseerd zijn op metal-organic frameworks en engineered anorganische scaffolds met een hierarchische verdeling van de porositeit. DIt zal inzicht geven in de activiteit van de katalytisch actieve fases en materialen gebaseerd op elementen die uitbundig voorradig zijn op aarde en ons toelaten om hoge CO2 conversiepercentages en selectiviteit naar jet brandstof te bereiken. Door dit te bereiken, vermijden we Fischer–Tropsch synthese, die niet-selectief is voor de synthese van brandstoffen, en zo de verdere stappen van hydrocracking en hydrorefining van Fischer-Tropsch wassen vermijden. Wat betreft de anorganische katalysatoren, de grootte en vorm van netal nanoparticles, metal clusters, en enkelvoudige atomen aan het oppervlak van de dragers van de katalysatoren zullen worden ontwikkeld, en precieze structuur-performantie-selectiviteit relaties zullen worden vastgelegd. Wat betreft de biocatalysatoren, zal er speciale nadruk worden gelegd op de stabiliteit overheen lange tijd van de gebruikte enzymes door geprogrammeerde verankering en afscherming van nadelige reactiecondities. De katalysatordragers afgestemd op de toepassingen zullen gebruikt worden om de selectiviteit naar C8−16 aan te sturen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Canossa Stefano

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voorliggend project beoogt de ontwikkeling van nieuwe architecturen voor zwavel- en lithiumelektroden om de prestaties en de levensduur van de volgende generatie batterijtechnologie, nl. lithiumzwavelbatterijen (LSB's) te verbeteren. De innovatieve zwavelelektroden zorgen voor de gelijktijdige toename van zwavelbelasting en stabiliteit van elektronische/ionische contacten over korte en lange afstanden in de cel. Dit wordt bereikt via een nieuwe benadering gebaseerd op de 'graduele decoratie van zwaveldeeltjes en elektrode door de zogenaamde valcentra van polysulfide (PS-val). Daarnaast beoogt men de verhoging van de veiligheid en energiedichtheid van de LSB's door ontwikkeling van dunne beschermde lithiumelektroden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Wanneer een kristal kleiner is dan een micron, is het zeer moeilijk om de atomaire structuur van een anorganisch, organisch of macromoleculair materiaal te bepalen, doordat het niet meer geschikt is voor X-stralendiffractie. Desondanks kunnen veel chemicaliën met waardevolle commerciële en medische toepassingen enkel gesynthetiseerd worden als nanokristallen of vertonen ze faseovergangen of polymorfe overgangen tijdens de kristalgroei. De ontwikkeling van efficiëtere werktuigen die de aard van de nanokristallijne materialen kunnen blootleggen is daardoor een hot en gebiedsoverschrijdend topic dat materiaalwetenschap, de fysica van diffractie, de ontwikkeling van nieuwe instrumenten, chemische productie en farmacologie verbindt. Elektronendiffractie (ED) laat toe om informatie over de kristalstructuur te halen uit nanometrische kristallen. ED ondervond een grote stijging van interesse na de ontwikkeling van procedures voor 3D data vergaring, tot vermelding als een van de voornaamste wetenschappelijke ontwikkelingen in Science. De ontwikkeling van 3DED is echter nog steeds beperkt tot een paar onderzoeksgroepen en wordt vertraagd door het gebrek aan toegewijde instrumenten. NanED wil een nieuwe generatie elektronenkristallografen voortbrengen die 3D ED technieken kunnen beheersen en ontwikkelen in een interdisciplinair netwerk, waar de competenties en know-how van doorgaans ver uit elkaar gelegen wetenschappelijke sectoren worden gedeeld en versmolten. NanED zal alle Europese wetenschappers die tot hiertoe actief waren in de ontwikkeling van 3D ED bijeenbrengen, ook samen met een aantal grote en kleine bedrijven die geïnteresseerd zijn in instrumentontwikkeling en materialen of farmaceutische productie. NanED zal breed bruikbare procedures ontwikkelen voor sample preparatie, data verzameling en data analyse, geschikt voor de succesvolle toepassing van 3D ED op allerlei types samenstellingen. NanED zal ook een nieuwe standaard creëren in kristallografische training, dichter bij de huidige noden van de industrie. Tot slot zal NanED de verspreiding van 3D ED over industriële en academische laboratoria bevorderen en Europa brengen tot leider voor de karakterisatie en ontwikkeling van nanomaterialen, met een merkbare en globale economische impact.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De studie van de structuur van nanokristallijne materialen met standaard X-stralen diffractie is moeilijk voor sub micrometer deeltjes, en vooral als deze in gemengde vorm voorkomen. Dit wordt vaak opgelost door deze materialen te kristalliseren tot grotere kristallen, wat vaak problematisch en tijdrovend is. De beste eenkristal X-stralen diffractiemetingen vereisen bovendien een reis naar een synchrotron wat zorgt voor lange wachttijden tussen groei en structuuranalyse. Elektronen diffractie vormt een alternatief en werkt zeer goed voor nanokristallen omdat het ordegroottes meer informatie per volume oplevert voor gelijke stralingsschade. Tot nu bleef het echter een erg dure techniek gebaseerd op moeilijk te hanteren transmissie elektronenmicroscopen (TEM) die handmatig bediend worden door hoogopgeleide onderzoekers. Dit zorgt ervoor dat de techniek relatief onaantrekkelijk is voor industrieel gebruik waar gebruiksgemak, hoge doorvoer, statistiek en reproduceerbaarheid belangrijke aspecten zijn die niet goed passen bij de huidige TEM instrumenten in universiteitslabo's. In dit project stellen we voor om een prototype elektronendiffractometer te bouwen, gebaseerd op een bescheiden raster elektronenmicroscoop (SEM). Het instrument zal in staat zijn om automatisch een volledige diffractieanalyse door te voeren van een ongekend nanokristallijn poeder, zonder menselijke tussenkomst. Deze gegevens worden dan omgezet in een rapport waarin de structuur en abundantie van verschillende onderdelen wordt getoond. We beschikken reeds over een proefopstelling die aantoont dat hoge kwaliteit diffractiepatronen haalbaar zijn, maar er blijven een belangrijk aantal wetenschappelijke vragen die aandacht verdienen in dit project. We stellen voor om de ontwikkelde kennis te demonstreren op een selectie van relevante materialen in nauwe samenwerking met een aantal Vlaamse bedrijven die een sterke interesse lieten blijken in de mogelijkheden van zo'n instrument.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbeeck Johan
• Co-promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project zullen we als eerste onderzoeksgroep met behulp van precessie elektronendiffractie tomografie bepalen welke veranderingen er optreden in de kristalstructuur van materialen door oxidatie- en reductieprocessen. We zullen dit bepalen uit in situ verkregen gegevens, dit wil zeggen dat de data wordt opgenomen terwijl het monster nog in de omgeving is waarin de reactie gebeurde. Duurzame-energietechnologieën zijn van cruciaal belang voor onze maatschappij. In de processen die deel uitmaken van deze technologieën bepalen de kristalstructuren de paden voor ionengeleiding en de reversibiliteit, en alzo de efficiëntie, capaciteit en levensduur van de verschillende technologieën. Tijdens de werking treden structuurveranderingen op wanneer de materialen geoxideerd en gereduceerd worden. Deze veranderingen worden momenteel bepaald met in situ X-stralen en neutronen diffractietechnieken, maar enkel uit data beschikbaar van poederdiffractie-experimenten, aangezien de materialen doorgaans enkel actief zijn als kleine deeltjes. Poedertechnieken worden vaak geplaagd door het overlappen van reflecties van verschillende fasen en door verbreding van de reflecties, o.a. door de kleine kristalgroottes, waardoor de resultaten minder beslissend worden en sommige structuren onopgelost blijven. Door elektronen te gebruiken in plaats van X-stralen of neutronen, is het mogelijk met éénkristallen te werken die slechts een grootte hebben in het nanoschaal gebied, omdat elektronen veel sterker interageren met materie. De techniek precessie elektronendiffractie tomografie wordt nu reeds gebruikt voor de structuurbepaling uit ex situ éénkristal data. Door dit nu in situ te gebruiken, zullen we kunnen bepalen hoe structuren veranderen onder invloed van een oxiderende zuurstofatmosfeer, reducerende waterstofatmosfeer, onder hydratatie of in een koolstofdioxide omgeving of door elektrochemische oxidatie en reductie in vloeistofomgeving. Ons doel is om de pioniers te zijn met deze in situ PEDT techniek en de internationale gemeenschap van materiaalwetenschappers de hoge waarde van deze techniek te doen beseffen door missende structurele informatie te verschaffen in verschillende gebieden van onderzoek op energiematerialen, zoals batterijmaterialen, vaste stof brandstofcellen, protongeleidende brandstofcellen en chemical looping verbranding.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Herlaadbare Li-ion-batterijen vormen een belangrijke pijler in onze huidige technologie en samenleving. Om te voldoen aan de voortdurende vraag naar meer opgeslagen energie per gewicht, is het belangrijk de energie-efficiëntie te behouden over de levensduur en spanningsverval en hysteresis te minimaliseren. Deze nadelige effecten zijn hoofdzakelijk afkomstig van de structurele veranderingen in het kathodemateriaal tijdens het op- en ontladen. Recente ontwikkelingen tonen aan dat de zuurstofredoxreactie in veelbelovende Li-rijke NMC-kathodes, die bijdraagt aan hoge spanning, inherent verbonden is met migratie van de overgangsmetalen bij het op- en ontladen. Het is daarom noodzakelijk om inzicht te verkrijgen in deze complexe wisselwerking om zo de voordelen te kunnen benutten en tegelijkertijd de nadelige effecten te elimineren. Om beide effecten systematisch te volgen en te scheiden van de invloed van de microstructuur, zullen we nieuwe modelstructuren synthetiseren met specifieke structurele variaties van de initiële kristalstructuur en microstructuur. We zullen de structurele veranderingen tijdens het op- en ontladen bestuderen met geavanceerde structuurkarakterisatietechnieken, en deze relateren aan de elektrochemische eigenschappen. Dit project zal dus resulteren in de ontwikkeling van innovatieve Li-ion-batterij kathodes en de rol van de microstructuur, lokale structuur en lokale valentie op de stabiliteit van Li-ion-batterijen duidelijk in kaart brengen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Verbeeck Johan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Vastestofbatterijen zullen waarschijnlijk binnen enkele jaren gebruikt worden in elektrische auto's en in draagbare elektronica door hun grotere energiedichtheid en omdat ze veiliger zijn dan conventionele vloeibare lithium ion batterijen. De prestatie van vastestofbatterijen wordt momenteel beperkt door een interne weerstand aan het grensvlak tussen het elektrolyt en de elektroden, veroorzaakt door de vorming van interfasen. Een methode die onderzocht wordt om de interne weerstand aan het grensvlak tussen het elektrolyt en de elektroden te beperken, is het plaatsen van een coating tussen elektrolyt en elektrode. In dit project zal ik de kristalstructuur bepalen van de interfasen die gevormd worden aan het grensvlak tussen LiPON en verschillende commercieel toepasbare kathodematerialen. Dit zal ik doen door het toepassen van elektron diffractie technieken terwijl een dunne film vastestofbatterij wordt opgeladen en ontladen in een cel gevuld met inert argon gas in een transmissie elektronen microscoop. Relaxatie, schade door de elektronenbundel, verdamping van moleculen, of reacties door contact met de lucht zullen hierdoor vermeden worden. Daarnaast zal ik ook het effect van coatings bestuderen die worden aangebracht tussen LiPON en deze kathodematerialen. De resultaten zullen vergeleken worden met recente theoretische modellen die de vorming van interfasen proberen verklaren. Maatregelen om de prestatie van vastestofbatterijen te verbeteren, zullen worden voorgesteld.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Mandaathouder: Poppe Romy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De studie van wanorde maakt een belangrijk deel uit bij het ontwerpen van Metaal-organische Roosters (MOFs) sinds materiaalkundigen de invloed ontdekten die imperfecties op de eigenschappen va MOFs hebben. Aangezien de interesse in "defect engineering" van MOFs exponentieel groeit, is het zo dat deze praktijk meer precies wordt in het op maat maken van het type en verdeling van defecten. Echter, de huidige structurele karakterisatiemethodes kunnen nog steeds geen adequate precisie garanderen. Dit is te wijten aan de beperkte ontwikkeling in analyse van totale verstrooiingspatronen van mono-nanokristallen, die nou juist de meerderheid uitmaken van de gebruikt MOFs. De project heeft als doel om deze kloof te dichten door een nieuwe methode te ontwikkelen die gebaseerd is op het gebruik van diffuse electronen verstrooiing van Transmissie Electronenmicroscopie. De voorgestelde methode zal toegepast worden op wijd gebruikte nano-MOFs met ongekende defecten. Dit zal ervoor zorgen dat defecte structuur bepaald wordt, én dat de methode gevalideerd wordt zodat deze beschikbaar wordt voor gebruik door elke onderzoeksgroep. De methode zal uiteindelijk gecombineerd worden met bulk analyses om zo te compenseren voor de beperkte representativiteit van monokristallanalyses. Dit zal leiden tot een complete beschrijving van de structuur van het materiaal én tot algemene richtlijnen voor de studie van defecten in nanomaterialen door het gebruik van methodes beschikbaar voor algemeen gebruik.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Mandaathouder: Canossa Stefano

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het eerste doel van dit project is te bepalen of het mogelijk is om de driedimensionale gecorreleerde wanorde in materialen te quantificeren met behulp van driedimensionale diffuse verstrooiing in elektronendiffractiepatronen. Gecorreleerde wanorde is elk type afwijking van een gemiddelde structuur waarbij er correlatie is enkel tussen naburige eenheidscellen, maar niet op lange afstand. Veel open vragen in materials science zijn gelinked aan deze gecorreleerde wanorde. Als we elektronendiffractie kunnen gebruiken om de gecorreleerde wanorde te verfijnen, krijgen we toegang tot éénkristalinformatie voor submicron kristallen in poedersamples, wat vaak de enige beschikbare vorm is.We zullen elektronendiffractiemethodes gebruiken waarvan bewezen is dat ze werken voor Bragg diffractie (scherpe refleties) en deze combineren met algoritmes uit de velden van X-stralen en neutronen diffuse verstrooiing. Het tweede doel van dit project is om op kwalitatieve en kwantitatieve wijze de diffuse intensiteit te analyseren in lithium batterij materialen om zo de structurele veranderingen tijdens elektrochemisch opladen en ontladen te kunnen bepalen. Dit levert belangrijke fundamentele kennis om controle te kunnen verkrijgen over de degradatie in metaal-ion batterijen. Hiervoor zullen we elektronendiffractiedata quantificeren die in situ in de TEM in een elektrochemische cel werd verkregen. Hiermee zullen we niet enkel nieuwe kennis verkrijgen over de onderzochte materialen, maar ook een nieuwe manier introduceren om een grote hoeveelheid informatie te verkrijgen die momenteel niet bereikbaar is voor metaal-ion batterijen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Processen in energietoepassingen en katalyse, zowel als biologische processen, worden steeds belangrijker door de toenemende aandacht in de samenleving voor duurzame energiebronnen en technologieën. Voor een grondig begrip van deze processen, moeten we ze kunnen volgen tot op nano- of atomaire schaal. Transmissie elektronenmicroscopie (TEM) is hiervoor de optimale techniek, maar in zijn conventionele opstelling is het nodig dat het studieobject in ultrahoog vacuüm wordt geplaatst, wat de studie van processen onmogelijk maakt. Binnen deze aanvraag stellen we daarom voor om de studieobjecten met behulp van omgevingshouders in een gas/damp of vloeistofomgeving in de microscoop te plaatsen (en dit bij verschillende temperaturen). Op deze manier wordt beeldvorming, spectroscopie en diffractie van processen in reële tijd mogelijk. Deze infrastructuur zal verschillende onderzoeksgroepen binnen de Universiteit Antwerpen toelaten om innovatieve experimenten en vernieuwend onderzoek uit te voeren waarvoor de kennis van processen en interacties nodig is, zoals de interactie van vaste stoffen met gassen/dampen of vloeistoffen voor katalyse, de processen die voorkomen bij het laden en ontladen van batterijen, de nucleatie en groei van nanodeeltjes en de gedetailleerde ontrafeling van intracellulaire pathways in biologische processen relevant voor toekomstige cel-gebaseerde therapieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Sijbers Jan
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Perovskietgebaseerde materialen kunnen aangepast worden zodat ze een groot aantal verschillende fysische eigenschappen vertonen, gaande van ferroëlektriciteit en ferromagnetisme tot supergeleiding en ionengeleiding. Elk succes in het synthetiseren van nieuwe perovskietgebaseerde materialen geeft nieuwe kennis en nieuwe mogelijkheden om de optimalisatie van de eigenschappen van perovskietgebaseerde materialen in het algemeen te verbeteren. In dit doctoraat werden verschillende materialen met gemeenschappelijke formule Ln2−xMxMn2-yFeyO6-δ gemaakt, met als doel nieuwe multiferroïsche materialen te verkrijgen, meerbepaald: La1-xAxSrMn2O5+δ (met A =Ag en Li), LaBaMnFeO6-δ, LaBaMnFe0.5Zn0.5O6-δ, LaBaMnFe0.5Ti0.5O6-δ, LaBa0.5Ag0.5MnFeO6-δ en LaBa0.5Na0.5MnFeO6-δ, LaBaFe2O6-δ, LaBaFeTiO6-δ. Echter, nadat de nodige eigenschappen werden gemeten, bleken alle materialen geleidend of halfgeleidend te zijn, afhankelijk van het sample, met een ferromagnetische overgang, maar niet multiferroïsch. Om waardevolle informatie te kunnen leveren voor toekomstige pogingen om multiferroïsche perovskieten te maken, moet deze doctoraatsstudie vervolledigd worden met een degelijke verklaring waarom bepaalde fysische eigenschappen aan- of afwezig zijn. Hiervoor moeten we de structuur van de materialen kennen, aangezien de structuur de eigenschappen bepaalt. De verschillende technieken die tot zover werden gebruikt op deze materialen geven echter contradictorische resultaten: Mössbauer spectroscopie duidt op de aanwezigheid van geordende zuurstofvacatures, X-stralendiffractie toont een ongeordende en onvervormde perovskiet en electronendiffractie toont dat er minstens ofwel ordening ofwel vervorming moet optreden. Bijgevolg is de laatste stap in dit doctoraat het verklaren van deze ogenschijnlijke tegenspraak (defecten? domeingrootte? ...? ) en het oplossen van de structuren van deze materialen, om daarna de eigenschappen te kunnen verklaren. Deze stap zal worden voltooid met de tranmissie-elektronenmicroscopie-faciliteiten en kristallografische expertise aanwezig op de Universiteit Antwerpen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Mandaathouder: Ben Hafsia Ahmed

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De werking van lithiumbatterijen ligt nog steeds ver beneden de vereiste drempel voor gebruik in auto's en elektriciteitsnetwerken. Dit hangt voornamelijk af van de kathode. De commercieel meest gebruikte en ontwikkelde kathode is LiCoO2, maar er is een beter alternatief in LiNixMnxCo1-2xO2 (NMC). Echter, zelfs de beste NMC heeft nog steeds slechte kinetiek en groot voltageverval bij cyclen, door veranderingen in de structuur bij laden en ontladen. Wij stellen voor de reversibiliteit van de structurele transformatie in NMC te verbeteren door de cationmigratie van de TM cationen te kopelen met redox veranderingen in het zuurstof subrooster door gerichte substitutie van de cationen. We stellen ook voor een lithiumgeleidende laag te ontwikkelen om contact te vermijden tussen de electrolyt en de cathode om verlies van zuurstof en kationen tegen te gaan en behoud van de capaciteit te bevorderen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Abakumov Artem
• Co-promotor: Lamoen Dirk

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Recent werd het gevestigde onderscheid tussen isolatoren en geleiders teniet gedaan door de bijzondere ontdekking van topologische isolatoren. Deze materialen zijn isolatoren in hun bulk, maar geleiders aan hun oppervlakken. Ze krijgen veel aandacht omwille van de exotische fysica die ermee gepaard gaat, de interessante toepassingen die mogelijk zouden zijn in spintronica en quantum computers en de mogelijkheid om Majorana fermionen (fermionen die hun eigen antideeltjes zijn) te creëren in deze materialen. Bij de weinige gekende topologische isolatoren hebben we een betere controle nodig over de bandkloof: de meeste topologische "isolatoren" zijn namelijk licht geleidend in hun bulk, wat in de weg staat van de toepassingen. Een mogelijke manier om dit te verhelpen zou kunnen zijn via het combineren van topologische isolatoren met normale isolatoren. Dit laat ook toe de faseovergang tussen de topologische en de normale isolatoren te bestuderen, die op dit moment controversieel is. Tot nu toe werden zo'n gemengde kristallen onderzocht met technieken die enkel informatie geven over de gemiddelde structuur, niet de lokale structuur. Ons voorafgaand onderzoek toont echter dat er wel degelijk lokale orde bestaat tussen de ionen in verschillende van deze kristallen. Dit zal een aanzienlijk effect hebben op de elektronische eigenschappen en op die te optimaliseren bulk bandkloof. Wij zullen de lokale ordening bepalen in specifieke gemengde topologische - triviale isolatoren. We zullen hiertoe state-of-the-art transmissie elektronenmicroscopie technieken gebruiken die ons toelaten de posities en de aard van de atomen tot op atomaire schaal te bepalen. De opgeloste structuren zullen gebruikt worden om de elektronische bandstructuren te bepalen aan de hand van Density Functional Theory berekeningen. Dit geeft ons fundamentele kennis over het mechanisme van de topologische faseovergang tussen topologische en triviale isolatoren en de mogelijkheid om de elektronische eigenschappen te optimaliseren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Mandaathouder: Callaert Carolien

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In eenheden verdeelde regeneratieve brandstofcellen (URFC's) zijn een opkomende technologie voor opslag en conversie van elektriciteitsoverschotten geproduceerd door bronnen van hernieuwbare energie (zonne-energie, windenergie,...). De uitdaging is om actieve, stabiele en goedkope elektrokatalytische materialen te ontwikkelen voor de electrodes van deze brandstofcellen. Het doel van dit project is het ontwerp van geavanceerde transitiemetaal nano-oxides, vrij van edele metalen, voor de zuurstofreductie en de zuurstofevolutiereactie in alkaline media voor URFC's. Hiertoe zullen we kwantumchemische methodes gebruiken om katalytisch actieve centra te voorspellen en electron transfer rates te berekenen. Op basis van deze informatie zullen we simpele en complexe nano-oxides en hydroxides gebaseerd op 3d metalen (Mn, Fe, Co, Ni) synthetiseren, en metastabiele oxide nanostructuren met een lange levensduur. De structuur van deze materialen zal bepaald worden met transmissie-elektronenmicroscopie. De elektrochemische en elektrokatalytische eigenschappen zullen bepaald worden. We zullen kinetische modellen ontwikkelen die toelaten de kinetic rate constants en adsorbaat bedekking te bepalen. Begrip op een moleculair niveau zal ons toelaten om geavanceerde oxide nanomateriaen te ontwerpen met hoge catalytische activiteiten zowel wat de zuurstofreductie als de zuurstofevolutie betreft.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Abakumov Artem

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van FONSENS is nieuwe en succesvolle technologieën te ontwikkelen op het gebied van gas detectie met een hogere gevoeligheid en een superieure selectiviteit en dit aan een gereduceerde kostprijs en aan een gereduceerd energieverbruik. Dit doel zal bereikt worden door de complementaire expertises van de verschillende Europese en Russische groepen te integreren. De belangrijkste strategie binnen FONSENS om deze verhoogde performantie aan detectie te bereiken is door de ontwikkeling van nieuwe nanogestructureerde materialen. Zij laten toe om een uitgebreid bereik aan concentraties van actieve centra te controleren voor de selectieve detectie van verschillende toxische gassen. De ontwikkeling van een nieuwe generatie van gas-detectie materialen zal ondersteund worden door computationeel modelleren met ab initio DFT berekeningen en een uitgebreid gamma aan hoog-resolutie morfologische en fysico-chemische karakterisatietechnieken, inclusief (raster) transmissie-elektronenmicroscopie en elektronendiffractie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lamoen Dirk
• Co-promotor: Abakumov Artem
• Co-promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de Herculesstichting. UA levert aan de Herculesstichting de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Schryvers Nick
• Co-promotor: Caen Joost
• Co-promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Van Aert Sandra

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Mandaathouder: Van Rompaey Senne

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Abakumov Artem
• Co-promotor: Verbeeck Johan

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds SIM. UA levert aan SIM de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds SIM . UA levert aan SIM de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds SIM. UA levert aan SIM de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Tendeloo Staf
• Co-promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Schryvers Nick
• Co-promotor: Van Dyck Dirk
• Co-promotor: Verbeeck Johan
• Mandaathouder: Abakumov Artem

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Binnen dit project zullen nieuwe materialen gesynthetiseerd en gekarakteriseerd worden met het oog op multiferroïsche eigenschappen. De gekozen materialen zijn gebaseerd op de theoretische voorspelling van multiferroïsche eigenschappen in perovskietgebaseerde oxides met A kationen met een vrij elektronenpaar in combinatie met magnetische B kationen. Hierbij zou het vrije elektronenpaar voor de ferro-elektrische eigenschappen zorgen, terwijl de magnetische B-kationen voor de magnetische eigenschappen zullen zorgen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Er zijn drie opeenvolgende hoofddoelen in dit project: de optimalisatie van de praktische uitvoering van precessie-elektronendiffractie op niet-lineair gemoduleerde materialen, het ontwikkelen van de software voor de verwerking van de resultaten, en de toepassing van de resulterende nieuwe mogelijkheden op totnogtoe onverfijnde structuren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Er zijn drie opeenvolgende hoofddoelen in dit project: het ontwikkelen van de software, de optimalisatie van de praktische uitvoering van PED en de toepassing van de resulterende nieuwe mogelijkheden op totnogtoe onverfijnde structuren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Tendeloo Staf
• Co-promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Schryvers Nick
• Co-promotor: Van Dyck Dirk
• Co-promotor: Verbeeck Johan
• Mandaathouder: Abakumov Artem
• Mandaathouder: Erni Rolf

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Tendeloo Staf
• Co-promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoeker(s)

• Promotor: Hadermann Joke
• Co-promotor: Van Tendeloo Staf

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject