Sandra Van Aert gewoon hoogleraar

Onderzoek Sandra Van Aert

Onderzoeksgroep

Expertise

Het onderzoek van Sandra Van Aert richt zich op nieuwe ontwikkelingen in het domein van de modelgebaseerde elektronenmicroscopie om op deze manier kwantitatieve metingen te verkrijgen van atoomposities, atoomtypes, en chemische concentraties met de hoogst mogelijke precisie. Deze technieken worden toegepast op geavanceerde materialen.

Het volgen van de prestaties van nanomaterialen, op weg naar digitale tweelingen van quantum dots onder belasting 01/12/2024 - 30/11/2028

Abstract

Quantum dots (QDs) zijn een voorbeeld van de succesvolle overgang van innovatieve nanomaterialen van een uitvinding op laboratoriumschaal naar een technologie die betere en energie-efficiëntere elektronische apparaten mogelijk maakt, of gebouwen helpt om hernieuwbare energie op te wekken. Dergelijke toepassingen houden QDs echter onder permanente belasting, zoals constante verlichting, verhoogde temperaturen of blootstelling aan omgevingsfactoren. Pogingen om QDs bestand te maken tegen belasting-geïnduceerde veroudering en prestatieverlies zijn tijdrovend en kostbaar. Track The Twin pakt dit probleem aan via een onderzoeks- en opleidingsprogramma gericht op het creëren en gebruiken van digitale tweelingen van QDs (QDDTs). Gericht op het geval van QDs onder verlichting, creëert dit doel een uitzonderlijk rijke omgeving om een nieuwe groep van beginnende onderzoekers (ESRs) in nanomaterialen op te leiden. Getraind als experts in de nieuwste methoden van synthese, structuuranalyse en tijdsafhankelijke spectroscopie – van infrarood tot röntgenstraling – en computationele materiaalkunde, zullen de ESRs leren om krachten te bundelen om het gemeenschappelijke doel te bereiken: het demonstreren van belastingbestendige QDs die zijn gesynthetiseerd volgens de beste QD-structuren zoals voorspeld door de QDDTs. Om een dergelijke gezamenlijke inspanning te vergemakkelijken, zullen alle ESRs worden opgeleid om een gemeenschappelijk dataplatform te gebruiken en mede te ontwikkelen, en zullen zij voortdurend worden blootgesteld aan de diversiteit van omgevingen die nodig zijn om samen een QDDT te implementeren. Dankzij de nauwe samenwerking tussen wereldleidende academische partners en start-up bedrijven in nanomaterialen en computationele chemie, wordt wetenschappelijke training aangevuld met uitgebreide training in overdraagbare vaardigheden. Bovendien stelt de actualiteit van het onderzoeks- en opleidingsonderwerp – digitale tweelingen in de materiaalkunde – het consortium in staat een proactieve outreach-strategie te implementeren, die zich uitstrekt van persoonlijke outreach-activiteiten van de ESRs tot het uitdragen van QD-technologie om een breder veld van industriële actoren en beleidsmakers te bereiken, en ervoor te zorgen dat het netwerk een blijvende impact heeft op het onderzoek en de innovatie van nanomaterialen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Nanodeeltjes in de schijnwerper: nanowetenschap gestuurd door licht, van labo naar de maatschappij (Nano-light). 01/09/2024 - 31/12/2030

Abstract

Nanomaterialen zijn onmisbaar in verscheidene moderne technologieën die een invloed hebben op onze samenleving. Recent werd duidelijk dat de koppeling tussen nanomaterialen en licht veelbelovend is voor innovatieve ontwikkelingen die tot nieuwe toepassingen kunnen leiden op het gebied van energieopslag, fotoelektrochemische sensoren, fotovoltaïsche cellen, fotokatalyse, medicijnafgifte en andere. De succesvolle implementatie van deze koppeling in praktische toepassingen zal echter sterk afhangen van een grondig begrip van factoren die de structuur-eigenschap relatie beïnvloeden, zoals verbeterde stabiliteit, techno-economische performantie en invloed op het milieu. Het NANOlight-consortium heeft zich als een uniek en multidisciplinair platform gepositioneerd om deze cruciale uitdagingen aan te pakken. Het consortium brengt uitgebreide expertise op het gebied van nanowetenschap samen, waaronder de synthese van fotoactieve nanostructuren, geavanceerde elektronenmicroscopie en karakterisering met X-stralen, computationele materiaalwetenschap, toegepaste nano-engineering en techno-duurzaamheidsbeoordelingen. Door geavanceerde (3D) transmissieelektronenmicroscopie te combineren met geavanceerde lichtbronnen en in situ houders, streeft het consortium ernaar om de interactie tussen nanomaterialen en licht onder realistische condities te optimaliseren. Dergelijke experimenten zijn uiterst uitdagend, maar indien succesvol, zullen ze ongekende inzichten bieden in de fundamentele mechanismen die de interactie tussen licht en materie op nanoschaal bepalen. Door gebruik te maken van een synergetische aanpak streeft het consortium ernaar om een coherent begrip te verkrijgen van de manier waarop nanomaterialen licht absorberen, verstrooien, uitzenden of manipuleren. Deze fundamentele kennis zal een belangrijke rol spelen in het ontwikkelen en optimaliseren van toekomstige technologieën. Een dergelijk begrip is essentieel voor toepassingen waarin licht een faciliterende rol speelt of bij scenario's waarin licht de degradatie van het gedrag van nanomaterialen versnelt. Deze gebieden omvatten onder andere de plasmonische chiroptische nanopartikels voor vroegtijdige ziektedetectie, het overwinnen van de degradatie van pigmenten in kunstbehoud of (perovskiet) fotovoltaïsche nanomaterialen voor zonnecellen of X-stralendetectoren, plasmon-geactiveerde biosensoren en lichtgestuurde medicijnafgifte in nanogeneeskundige toepassingen, fotokatalytische waterstofproductie of CO2-conversie. Bovendien zal het consortium technisch-economische en milieubeoordelingen ontwikkelen bij lage TRL niveaus voor de beoogde nanotechnologische toepassingen met als doel veilige en duurzame technologische oplossingen te bevorderen. De doelstellingen van NANOlight sluiten uitstekend aan bij de duurzame onderzoeks- en innovatiedoelstellingen die door de EU naar voren zijn gebracht. Het onderzoek dat wordt uitgevoerd binnen het NANOlight consortium zal daarom de positie van UAntwerpen als een vooraanstaand centrum voor nanowetenschap op de Europese kaart versterken, en zal resulteren in verdere samenwerkingen op het gebied van nanotechnologie en gerelateerde technologieën.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Ontwerp van multifunctionele nanomaterialen voor lichtgestuurde innovatietechnologieën (DELIGHT). 01/01/2024 - 31/12/2027

Abstract

DELIGHT streeft naar excellentie van Europa op het gebied van nanowetenschap en impact op onderzoek en ontwikkeling op het hoogste niveau. Het project richt zich op multifunctionele nanomaterialen op basis van colloïdale deeltjes, organische/anorganische perovskieten en organische en biomaterialen. Het ontwerp en de fabricage van deze materialen voor toepassingen van de laatste generatie vereisen een hoog niveau van interdisciplinariteit met expertise op het gebied van scheikunde, natuurkunde, materiaalkunde, techniek, nanofabricage en biologie, in combinatie met de meest geavanceerde spectroscopische gereedschappen. De wetenschappelijke doelstellingen van DELIGHT zijn het vestigen van een platform van zeer veelzijdige functionele nanomaterialen, met behulp van machine learning en kunstmatige intelligentie voor de ontwikkeling en karakterisering van materialen/apparaten. De focus ligt op multifunctionele hybriden, heterostructuren en samenstellingen, en het volledig benutten van hun potentieel voor katalyse, energie, verlichting, plasmonica en theranostiek. Het onderzoek is georganiseerd in 3 werkpakketten (WPs) die zich richten op de ontwikkeling van nanomaterialen, functionele composieten en diepgaande karakterisering, en toepassingen van apparaten. Sociale en trainingsdoelstellingen zijn het opleiden van jonge onderzoekers in Europa op het hoogste niveau, met nadruk op interdisciplinariteit die fundamenteel is in de moderne nanowetenschap, het bevorderen van technologische knowhow die een duurzame en milieuvriendelijke moderne samenleving mogelijk maakt, en het bevorderen van gendergelijkheid in het wetenschappelijke landschap op alle niveaus. Deze doelstellingen worden geïmplementeerd in een werkpakket dat is gewijd aan training, het organiseren van lezingen, workshops, technologieoverdracht en outreach- en verspreidingsactiviteiten. DELIGHT heeft een academisch team van uitstekende kwaliteit samengesteld, dat de belangrijkste spelers in de EU op het gebied van nanomaterialen verbindt met toonaangevende universiteiten in de VS, Canada en Argentinië die bekend staan om hun unieke wetenschappelijke en technologische mogelijkheden en efficiënte technologieoverdracht.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Optimalisatie van de eigenschappen en stabiliteit van metaalhalogenide nanokristallen en afgeleide heterostructuren door middel van innovatieve transmissie-elektronenmicroscopie. 01/01/2023 - 31/12/2026

Abstract

Metaalhalogenide-nanokristallen zijn aantrekkelijke materialen met toepassingen zoals lichtschermen, zonnecellen en medische scanners. De potentiële impact op de samenleving is enorm, maar commercialisering wordt belemmerd door de aanwezigheid van lood en de instabiliteit van deze materialen tegen b.v. warmte, vocht of licht. Bij het ontwikkelen van nieuwe (loodvrije) nanokristallen met verbeterde eigenschappen en stabiliteit, is karakterisering van de atomaire structuur en samenstelling cruciaal. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een ideale techniek om nanomaterialen te onderzoeken, maar het opnemen van beelden van metaalhalogenides is zeer moeilijk door hun gevoeligheid voor de elektronenbundel. Dit project is een unieke samenwerking tussen EMAT, de TEM-groep aan de Universiteit Antwerpen, en de groep van Professor Liberato Manna (IIT, Genua) en heeft als doel innovatieve TEM-technieken te ontwikkelen en zo de structuur en samenstelling van metaalhalogenide-nanokristallen te koppelen aan hun eigenschappen en stabiliteit. We zullen hierbij gebruik maken van 4D raster TEM en zullen met deze dosis-efficiënte techniek b.v. spanning, defecten of nieuwe fasen in metaalhalogenides bepalen. Bovendien zullen we nieuwe in situ TEM-houders gebruiken en zo atomistische fenomenen onderzoeken die optreden door omgevingstriggers. Op deze manier zal ons project leiden tot de synthese van nieuwe metaalhalogenide-nanokristallen met verbeterde eigenschappen en stabiliteit.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

"Chirale symmetriebreking van oppervlak naar bulk: een multidisciplinaire benadering van de kristallisatie van achirale en chirale moleculen (CHISUB). 01/01/2022 - 31/12/2025

Abstract

CHISUB stelt een multidisciplinaire benadering voor om kristallisatiemechanismen van moleculen te ontrafelen waarbij chirale symmetriebreking gebruikt wordt als een lokale sonde van ordeningsverschijnselen en als hulpmiddel voor enantiomere scheiding. Kristallisatie begint vaak aan het oppervlak van harde substraten met de vorming van 2D zelf-geassembleerde moleculaire lagen waaruit de bulkfase tot stand komt. CHISUB wil een scala aan moleculaire systemen ontwerpen, synthetiseren en karakteriseren om chirale symmetrie op verschillende tijd- en lengteschalen te doorbreken. Deze systemen zullen bestudeerd worden met scanning probe microscopie op 2D lagen en met elektronenmicroscopie en diffractietechnieken bij uitbreiding naar 3D. Voor de vorming van een specifieke chiraliteit zal de symmetriebreking gestuurd worden door gebruik van externe stimuli zoals een combinatie van elektrische en magnetische velden, spinpolarisatie en zelfs door de rotatie van moleculaire machines. Een synergetische combinatie van theoretische en experimentele studies zal uitgevoerd worden om ordeningsverschijnselen en chirale selectiviteitsprocessen te onderzoeken vanuit eerste principes en om een fundamenteel begrip te bereiken dat verder gaat dan specifieke systemen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

'Strain' gestabiliseerde perovskieten: een geïntegreerde onderzoeksaanpak van hetfundamentele niveau tot de toepassing in opto-electronica (PERsist). 01/01/2021 - 31/12/2024

Abstract

Lichtdetectie en -emissie zijn cruciaal voor toepassingen zoals beeldschermen en scanners. Gezien het maatschappelijk belang is er nood aan goedkope opto-elektronische halfgeleidermaterialen met hoge energie-efficiëntie. Metaalhalogenideperovskieten (MHPs) zijn veelbelovende en makkelijk te fabriceren halfgeleiders met sterke lichtabsorptie en -emissie in een breed spectraal bereik. Integratie in opto-elektronische componenten is nog gelimiteerd door de beperkte stabiliteit bv. door omzetting van de optisch actieve "zwarte" fase naar een inactieve fase. Gebaseerd op onze recente "proof-of-concept", stellen we hier een nieuw paradigma voor om deze zwarte fase te stabiliseren. Hierbij wordt kristalspanning geïntroduceerd in dunne MHP lagen door groei op een substraat en/of door nano- tot micropaternering van de MHP laag. PERsist steunt op de synergie tussen vooraanstaande experten inzake geavanceerde micro/spectroscopie en modellering van nanomaterialen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Dynamica van de 3D atomaire structuur kwantificeren met hidden Markov modellen in rastertransmissie-elektronenmicroscopie. 01/01/2021 - 31/12/2024

Abstract

Het doel van dit project is om de 3D dynamica van complexe nanostructuren te kwantificeren op atomaire schaal tijdens veranderingen onder invloed van ad-atoom dynamica, oppervlakteverspreiding of tijdens in situ experimenten. Deze uitdagende en innovatieve doelstelling zullen we bereiken door datagestuurde statistische methoden te combineren met geavanceerde beelddetectie in aberratie gecorrigeerde rastertransmissie-elektronenmicroscopie. De mogelijkheid om individuele atomen te traceren in 3D in een relevante omgeving zal de karakterisering van nanomaterialen naar een hoger niveau tillen. Kwantitatieve 3D karakterisering van nanostructuren is al mogelijk onder stationaire condities. Om echter inzicht te verkrijgen in de 3D dynamica is een zelfconsistent computationeel kader nodig waarin we fysische modellen, gedetailleerde statistische analyses en het optimale proefopzet combineren. Machine learning met hidden Markov modellen zal ons toelaten om structurele veranderingen expliciet te beschrijven in functie van de tijd en om optimaal gebruik te maken van de tijdsinformatie die beschikbaar is in de onderliggende waarnemingen. Deze unieke aanpak zal resulteren in een precieze karakterisering van complexe nanostructuren onder invloed van omgevingsfactoren zoals temperatuur, druk of gassamenstelling. Dit is van cruciaal belang om het verband tussen de atomaire structuur en zijn eigenschappen te begrijpen wat toelaat om een breed scala aan nanomaterialen te verbeteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Bringing nanoscience from the lab to society (NANOLAB). 01/01/2020 - 31/12/2025

Abstract

Nanomaterials play a key role in modern technology and society, because of their unique physical and chemical characteristics. The synthesis of nanomaterials is maturing but surprisingly little is known about the exact roles that different experimental parameters have in tuning their final properties. It is hereby of crucial importance to understand the connection between these properties and the (three-dimensional) structure or composition of nanomaterials. The proposed consortium will focus on the design and use of nanomaterials in fields as diverse as plasmonics, electrosensing, nanomagnetism and in applications such as art conservation, environment and sustainable energy. In all of these studies, the consortium will integrate (3D) quantitative transmission electron microscopy and X-ray spectroscopy with density functional calculations of the structural stability and optoelectronic properties as well as with accelerated molecular dynamics for chemical reactivity. The major challenge will be to link the different time and length scales of the complementary techniques in order to arrive at a complete understanding of the structure-functionality correlation. Through such knowledge, the design of nanostructures with desired functionalities and the incorporation of such structures in actual applications, such as e.g. highly selective sensing and air purification will become feasible. In addition, the techno-economic and environmental performance will be assessed to support the further development of those applications. Since the ultimate aim of this interdisciplinary consortium is to contribute to the societal impact of nanotechnology, the NanoLab will go beyond the study of simplified test materials and will focus on nanostructures for real-life, cost-effective and environmentally friendly applications.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Kwantitatieve karakterisering van nanostructuren: van experimentele data tot precieze metingen van ongekende structuur­parameters door middel van statistische parameterschattingstheorie. 01/10/2009 - 30/09/2025

Abstract

Op het gebied van de materiaalkunde en de nanowetenschappen is precieze structuurbepaling van belang om, door vergelijking met theoretische ab-initio berekeningen, de relatie tussen de structuur en de eigenschappen volledig te kunnen begrijpen. In combinatie met recente ontwikkelingen in de nanotechnologie, waarbij het mogelijk is nanomaterialen te maken met welgekozen en gecontroleerde structuur, kan een evolutie naar materiaalontwerp verwezenlijkt worden. Het doel van het voorgestelde onderzoek is een doorbraak te realiseren naar het kwantitatief karakteriseren van nanostructuren op lokale schaal door middel van elektronenmicroscopie. Om dit doel te bereiken zal gebruik gemaakt worden van statistische parameterschattingstheorie. Uitgaande van experimentele data zullen fysische parameters, die de structuur van een materiaal beschrijven, waaronder atoomposities en atoomtypen, met voldoende hoge precisie en nauwkeurigheid gemeten worden. De voorgestelde werkwijze in dit project om precieze metingen van parameters te verkrijgen, is echter ook toepasbaar in andere wetenschappelijke disciplines, vooral in die disciplines waar de data worden opgenomen aan de grens van het fysisch meetbare.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Optimalisatie van gelaagde elektrodematerialen met hoge capaciteit voor Li-ion-batterijen via atomaire kennis van de redoxreacties. 01/01/2020 - 31/12/2022

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)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

High-throughput kwantitatieve atomaire resolutie elektronenmicroscopie met realtime beeldsimulaties. 01/10/2019 - 31/12/2022

Abstract

Het doel van mijn project is om een krachtige methode te ontwikkelen om te evolueren naar een vierdimensionale (4D=3D+tijd) kwantificering van nanostructuren van willekeurige vorm, grootte en atoomtype op atomaire schaal. Hiervoor zullen nieuwe kwantitatieve meetmethoden worden gecombineerd met aberratie-gecorrigeerde rastertransmissie-elektronenmicroscopie (STEM). Kwantitatieve 3D karakterisering van nanostructuren kan tegenwoordig vrij routinematig worden bereikt met hoge betrouwbaarheid voor modelsystemen met 1 type chemisch element. Ook voor sommige heteronanostructuren is een 3D visualisatie op atomaire schaal mogelijk met moderne STEM. Kwantificering met hoge precisie vereist echter vaak een nauwgezette analyse met behulp van geavanceerde methoden. Dit bemoeilijkt high-throughput analyses die steeds belangrijker worden voor de studie van dynamische processen. In dit project zal de initiatie van real-time beeldsimulaties een grote stap voorwaarts zijn voor de 4D-karakterisering van nanomaterialen. Deze zeer uitdagende en innovatieve doelstelling zal worden bereikt door deep learning architecturen in kwantitatieve STEM te introduceren. Deze unieke aanpak maakt het mogelijk om real-time beeldsimulaties te ontwikkelen met behulp van een volledig fysische beschrijving van de experimentele intensiteiten. De resultaten van dit project leveren de benodigde input voor het begrijpen en voorspellen van eigenschappen in complexe nanostructuren en hun dynamische processen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Maximale structuurinformatie achterhalen voor stralingsgevoelige nanostructuren met lage dosis raster transmissieelektronenmicroscopie. 01/10/2019 - 30/09/2022

Abstract

De eigenschappen van nanomaterialen worden bepaald door hun driedimensionale (3D) atomaire structuur. Tegenwoordig bestaan er kwantitatieve methoden die toelaten om de 3D atomaire structuurinformatie te achterhalen op basis van tweedimensionale (2D) raster transmissie-elektronenmicroscopie (STEM) beelden van materialen die een hoge elektronendosis kunnen weerstaan. Het doel van dit project is om kwantitatieve methoden te ontwikkelen die toelaat atoomposities, atoomtypes en aantal atomen te schatten op basis van 2D STEM beelden opgenomen met een lage elektronendosis.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Picometer-metrologie voor nanostructuren opgebouwd uit lichte elementen (PICOMETRICS). 01/05/2018 - 30/04/2024

Abstract

Het begrijpen van nanostructuren tot op atomair niveau is de sleutel tot het optimaliseren van het ontwerp van geavanceerde materialen met revolutionaire nieuwe eigenschappen. Dit vereist karakteriseringsmethoden die het mogelijk maken om atoomstructuren met hoge precisie te kwantificeren. De sterke interactie van versnelde elektronen met materie maakt dat transmissie-elektronenmicroscopie één van de krachtigste technieken voor dit doel is. Schade door stralen, veroorzaakt door de hoogenergetische elektronen, bemoeilijkt echter een gedetailleerde interpretatie. Vanwege de toenemende complexiteit van nanostructuren en de rol van lichte elementen zoals lithium of waterstof, zijn nieuwe methoden noodzakelijk. Niet-destructieve picometer metrologie stelt ons in staat om de volgende vraag te beantwoorden: wat is de positie, samenstelling en binding van elk afzonderlijk atoom in een nanomateriaal, zelfs voor lichte elementen? In dit project zullen nieuwe kwantitatieve methoden worden gecombineerd met de nieuwste experimentele mogelijkheden om atomen te lokaliseren en te identificeren, om lichte elementen te detecteren, om de driedimensionale ordening te bepalen en om de oxidatietoestand te meten uit slechts enkele opnames met een lage elektronendosis. De vereiste elektronendosis wordt vier orden van grootte lager geschat dan wat tegenwoordig wordt gebruikt. Op deze manier zal stralingsschade drastisch worden verminderd of zelfs volledig worden uitgesloten. De resultaten zullen een nauwkeurige karakterisering van nanostructuren in hun oorspronkelijke toestand mogelijk maken; een voorwaarde om hun eigenschappen te begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Van 2D naar 3D-kristallen: een multi-schaal, multi-techniek en multi-systeem benadering van de kristallisatie van organische moleculen 01/01/2018 - 31/12/2021

Abstract

Het voorkomen van twee of meer kristalstructuren voor een bepaald molecuul, een verschijnsel dat polymorfisme wordt genoemd, is alomtegenwoordig voor verschillende klassen van synthetische en natuurlijke verbindingen. Voorbeelden van polymorfisme zijn bekend in talrijke toepassingsgebieden, zoals in voeding, explosieven, pigmenten, halfgeleiders, kunstmeststoffen en farmaceutische geneesmiddelen. Verschillende kristalstructuren, zogenaamde polymorfen, van dezelfde samenstelling vertonen soms zeer verschillende fysische eigenschappen, chemische reactiviteit en biologische functies. De polymorfen kunnen bijvoorbeeld verschillen in oplosbaarheid die het farmaceutische effect van één of meer van de polymorfen ruïneert. Het begrijpen en beheersen van polymorfisme is daarom erg belangrijk. Eenvoudige vragen, zoals "Hoeveel polymorfen heeft een bepaalde samenstelling?" of "Wat drijft de selectie tussen polymorfen?", blijven nog onbeantwoord. In deze wetenschappelijke context zijn wetenschappers begonnen met het onderzoeken van het aanwezig zijn van door substraat geïnduceerd polymorfisme, d.w.z. de vorming van polymorfen die alleen bestaan in de nabijheid van vaste substraten. 2Dto3D heeft met name de ambitie om te verduidelijken hoe de ordening van moleculen zich van het substraat naar de bovenste kristallagen voortplant. Op deze manier zullen we in staat zijn om polymorfisme aan het grensvlak met vaste substraten beter te begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Slimme strategieën om bundelschade in transmissie-elektronenmicroscopie te voorkomen. 01/01/2018 - 31/12/2021

Abstract

Het doel van dit project is om slimme strategieën te ontwikkelen en toe te passen om stralingsgevoelige nanostructuren te onderzoeken met behulp van kwantitatieve scanning transmissie-elektronenmicroscopie. Op die manier wordt het mogelijk om geïsoleerde atomen te detecteren, atoomtypen vast te stellen en posities van atomen precies te bepalen met een minimale elektronendosis. Zo zal stralingsschade drastisch verminderd of zelfs volledig vermeden worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Driedimensionale atomaire modellering van functionele nanokristallijne structuren uit één kijkrichting. 01/01/2018 - 31/12/2021

Abstract

Het doel van dit project is om de 3D atomaire structuur van nanokristallen te bepalen uit transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) beelden die verkregen worden langs één enkele kijkrichting. Dit doel is uiterst uitdagend, maar kan worden beschouwd als een belangrijke doorbraak om materialen te onderzoeken die degraderen of vervormen tijdens de opname van beelden opgenomen langs verschillende kijkrichtingen, zoals in elektronentomografie. Tot dusver werd 3D beeldvorming op atomaire schaal alleen uitgevoerd voor modelsystemen, die relatief stabiel zijn onder de elektronenbundel. We verwachten dat aberratie gecorrigeerde TEM gecombineerd met geavanceerde statistische technieken en theoretische modellering tot baanbrekende resultaten zal leiden om de 3D atomaire structuur te bepalen op een dosis- en tijdefficiënte manier. Onze nieuwe methodologie zal ons in staat stellen om functionele materialen te karakteriseren die zeer gevoelig zijn voor de elektronenbundel, zoals organische perovskieten, colloïdale halfgeleiders of batterijmaterialen. Bovendien zal het ons de mogelijkheid geven om het dynamisch gedrag van nanodeeltjes in situ te onderzoeken. Verder zullen we het aantal deeltjes dat we kunnen analyseren drastisch kunnen verhogen, wat van cruciaal belang is om het verband tussen de structuur en de functionele eigenschappen te begrijpen. We verwachten daarom dat dit project alle nodige input zal leveren om eigenschappen van materialen te voorspellen en mogelijk zelfs om de synthese van nieuwe nanostructuren te ondersteunen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Dosis efficiënte combinatie van beeldvormende en analytische technieken in raster transmissie elektronenmicroscopie. 01/01/2018 - 31/12/2021

Abstract

Het doel van dit project is om een belangrijke doorbraak te realiseren in de kwantitatieve analyse van data verkregen door middel van zowel beeldvormende als analytische technieken gebruikmakende van raster transmissie-elektronenmicroscopie (STEM). Om dit doel te bereiken zullen we gebruik maken van de theoretische beschrijving van de fundamentele processen van elektronenverstrooiing in combinatie met een grondige multivariate statistische analyse van de geregistreerde signalen. Op deze manier zullen we de chemische aard van de individuele atomen in drie dimensies (3D) kunnen identificeren. Tot nu toe worden beeldvormende en analytische signalen afzonderlijk geanalyseerd in STEM. Hoewel analytische technieken in principe zeer geschikt zijn vanwege hun chemische gevoeligheid, hebben ze een veel lagere signaal/ruis-verhouding in vergelijking met beeldvormingstechnieken. We verwachten dat onze multivariate methode - waarin modellen zijn opgenomen die de interactie tussen elektronen en het te bestuderen object beschrijven - ons in staat zullen stellen om het aantal atomen van een bepaald type alsook de ordening van atomen langs de kijkrichting te bepalen. Bovendien zal onze aanpak worden geoptimaliseerd om een hoge meetprecisie te bereiken voor een minimale inkomende elektronendosis. Deze nieuwe methode voor 3D element-specifieke metrologie op atomaire schaal zal precies de input leveren die nodig is om het verband te begrijpen tussen de atomaire structuur van een materiaal en zijn eigenschappen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Maximale structuurinformatie achterhalen voor stralingsgevoelige nanostructuren met lage dosis raster transmissie-elektronenmicroscopie 01/10/2017 - 30/09/2019

Abstract

De eigenschappen van nanomaterialen worden bepaald door hun driedimensionale (3D) atomaire structuur. Tegenwoordig bestaan er kwantitatieve methoden die toelaten om de 3D atomaire structuurinformatie te achterhalen op basis van tweedimensionale (2D) raster transmissie-elektronenmicroscopie (STEM) beelden van materialen die een hoge elektronendosis kunnen weerstaan. Het doel van dit project is om kwantitatieve methoden te ontwikkelen die toelaat atoomposities, atoomtypes en aantal atomen te schatten op basis van 2D STEM beelden opgenomen met een lage elektronendosis.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De studie van complexe nanostructuren in een nieuwe dimensie: ontrafelen van 3D atoomposities, compositie en dynamica. 01/10/2016 - 30/09/2018

Abstract

In dit project wordt gezocht naar een manier om 3D nanostructuren te reconstrueren met behulp van scanning transmissie elektronen microscopie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van simultaan opgenomen 2D beelden die elk specifieke informatie bevatten over het aantal atomen en hun posities. Door deze nieuwe benadering zal stralingsschade gereduceerd worden en wordt het mogelijk om de dynamica op atomaire schaal te bestuderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Beelden in waarde omzetten door middel van statische parameterschatting. 01/01/2016 - 31/12/2020

Abstract

Binnen Vlaanderen zijn verschillende onderzoeksgroepen actief op het gebied van kwantitatieve beeldvorming gebruik makende van statistische parameterschattingstheorie. Deze groepen vertegenwoordigen een brede waaier aan disciplines waaronder onder andere elektronenmicroscopie, magnetische resonantiebeeldvorming, astrofysica, infrarood spectroscopie en X-stralen- en positronemissietomografie. Het gezamenlijke doel hierbij is om ongekende parameters, die het te bestuderen object karakteriseren, zo precies mogelijk te bepalen uit experimentele beelden of spectra. De betrokken partners hanteren hiervoor hun know-how en methoden die eigen zijn aan hun specifieke toepassingsgebied. De methoden zijn echter breed toepasbaar en grensoverschrijdend. Met het oprichten van deze WOG brengen we de expertises van meerdere onderzoeksgroepen rond bovengenoemd thema samen met de bedoeling wetenschappelijke samenwerking te stimuleren en het uitwisselen van kennis rondom uiteenlopende technieken te faciliteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Gemengde elementen atoomsgewijs ontrafelen met kwantitatieve rastertransmissie-elektronenmicroscopie. 01/10/2015 - 30/09/2019

Abstract

Het doel van dit project is om een nieuwe methode te ontwikkelen en uit te werken waarmee de structuur van nanodeeltjes bestaande uit gemengde elementen ontrafeld kan worden op atomaire schaal in drie dimensies (3D). Hiervoor zullen baanbrekende kwantitatieve meettechnieken worden gecombineerd met aberratiegecorrigeerde scanning transmissie elektronenmicroscopie (STEM). Tegenwoordig is het mogelijk om een visualisatie op atomaire schaal in 3D te bekomen voor modelsystemen bestaand uit 1 atoomtype met state-of-the-art STEM technieken. Hiervoor is het tellen van het aantal atomen in elke geprojecteerde atoomkolom erg nuttig. Een precieze bepaling van de 3D atomaire structuur voor hetero-nanostructuren is echter beperkt door het gebrek aan kwantitatieve methoden waarmee gemengde elementen afzonderlijk gekarakteriseerd kunnen worden. In dit project zal het tellen van het aantal atomen uitgevoerd worden voor technologisch belangrijke nanostructuren die complexer zijn dan de modelsystemen, waaronder systemen bestaande uit atomen met een naburig atoomnummer Z zoals Pt-Au, Fe-Co, and Ge-Ga-As. Het doel is om kwantitatief het aantal atomen en het atoomtype van nanostructuren bestaande uit gemengde elementen atoomsgewijs te karakteriseren in 3D. Deze uiterst uitdagende doelstelling zal behaald worden met behulp van een unieke werkwijze: het gebruik van fysische modellen zal gecombineerd worden met geavanceerde statistische methoden. Het resultaat van dit project zal de noodzakelijke inbreng opleveren om complexe hetero-nanostructuren te begrijpen en de eigenschappen van deze materialen te voorspellen, en zal bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe nanomaterialen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Lichte atomen in het licht stellen: precieze structuurbepaling van nanomaterialen met lichte atomen middels transmissieelektronenmicrosopie. 01/01/2015 - 31/12/2018

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)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Complexe hetero-nanostructuren: driedimensionale karakterisering op atomair niveau. 01/01/2015 - 31/12/2018

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)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De studie van complexe nanostructuren in een nieuwe dimensie: ontrafelen van 3D atoomposities, compositie en dynamica. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

In dit project wordt gezocht naar een manier om 3D nanostructuren te reconstrueren met behulp van scanning transmissie elektronen microscopie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van simultaan opgenomen 2D beelden die elk specifieke informatie bevatten over het aantal atomen en hun posities. Door deze nieuwe benadering zal stralingsschade gereduceerd worden en wordt het mogelijk om de dynamica op atomaire schaal te bestuderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

TopSPIN voor TEM nanostatistiek. 19/05/2014 - 31/12/2018

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)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

3D picometrologie : nieuwe wegen om de atomaire ordening te onderzoeken gebruik makende van state-of-the -art elektronenmicroscopie 01/01/2013 - 31/12/2016

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)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Kwantitatieve transmissie-elektronenmicroscopie : Voorbij de grenzen van het waarnemen. 01/10/2012 - 30/09/2015

Abstract

Het doel van dit project is om precieze metingen te bekomen voor ongekende structuurparameters met behulp van kwantitatieve transmissie-elektronenmicroscopie. Hiervoor wordt gebruikgemaakt van statistische parameterschattingstheorie, wat een signifcante verbetering voor de nauwkeurigheid en precisie moet opleveren in vergelijking met de conventionele interpretatie van beelden. Het uitgangspunt van statistische parameterschattingstheorie is de beschikbaarheid van een fysisch parametrisch model dat de verwachtingswaarden van experimentele metingen beschrijft. De focus ligt op het bepalen van atoomposities met picometerprecisie voor zowel zware als lichte atoomtypes, de analyse van de chemische samenstelling en de detectie van individuele atomen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Kwantitatieve driedimensionale structuurbepaling door middel van transmissie elektronenmicroscopie : van beelden tot precieze driedimensionale structuren van nanomaterialen op atomaire schaal. 01/01/2011 - 31/12/2014

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)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Kwantitatieve transmissie-elektronenmicroscopie: Voorbij de grenzen van het waarnemen. 01/10/2010 - 30/09/2012

Abstract

Het doel van dit project is om precieze metingen te bekomen voor ongekende structuurparameters met behulp van kwantitatieve transmissie-elektronenmicroscopie. Hiervoor wordt gebruikgemaakt van statistische parameterschattingstheorie, wat een signifcante verbetering voor de nauwkeurigheid en precisie moet opleveren in vergelijking met de conventionele interpretatie van beelden. Het uitgangspunt van statistische parameterschattingstheorie is de beschikbaarheid van een fysisch parametrisch model dat de verwachtingswaarden van experimentele metingen beschrijft. De focus ligt op het bepalen van atoomposities met picometerprecisie voor zowel zware als lichte atoomtypes, de analyse van de chemische samenstelling en de detectie van individuele atomen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Kwantitatieve elektronenmicroscopie: van experimentele metingen tot precieze getallen. 01/01/2010 - 31/12/2013

Abstract

Het doel van het voorgestelde project is ongekende structuurparameters zoals atoomposities, concentraties van atomen, atoomtypen en energieniveaus op een kwantitatieve manier te bepalen uit experimentele metingen verkregen door middel van elektronenmicroscopie. Hiervoor zal gebruik gemaakt worden van statistische parameterschattingstheorie wat een aanzienlijke verbetering in nauwkeurigheid, precisie en reproduceerbaarheid moet opleveren in vergelijking met conventionele ad-hoc methoden. Het uitgangspunt van statistische parameterschattingstheorie is de beschikbaarheid van een parametrisch model dat de verwachtingswaarden beschrijft van de experimentele metingen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Optimale statistische proefopzet voor kwantitatieve elektronenmicroscopie. 01/01/2008 - 31/12/2011

Abstract

Het doel van dit onderzoeksproject is om de state-of-the-art methoden binnen het domein van de optimale statistische proefopzet toe te passen in het veld van de elektronenmicroscopie. Deze methoden zullen elektronenmicroscopisten in staat stellen om experimenten te evalueren, te vergelijken en te optimaliseren in termen van de haalbare precisie waarmee structuurparameters, atoomposities in het bijzonder, van het te onderzoeken object gemeten kunnen worden. Verder biedt de statistische proefopzet de mogelijkheid om te beslissen over nieuwe instrumentele ontwikkelingen. Men kan immers nagaan of deze ontwikkelingen de haalbare precisie opmerkelijk verhogen en in die zin de moeite lonen. De hoogst haalbare precisie bepaalt de theoretische grens van kwantitatieve elektronenmicroscopie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Modelgebaseerde elektronenmicroscopie: Van visuele interpretatie van de waarnemingen naar precieze metingen van fysische structuurparameters. 01/10/2007 - 30/09/2009

Abstract

Het doel van dit project is een doorbraak te realiseren naar kwantitatieve, modelgebaseerde elektronenmicroscopie zodat fysische parameters, die de structuur van een materiaal beschrijven, precies gemeten kunnen worden uit de waarnemingen. Zowel vanuit theoretisch als vanuit experimenteel standpunt wordt hiernaar gestreefd. Dit betekent enerzijds dat de methodologie verder ontwikkeld en uitgebreid zal worden en anderzijds dat door toepassing van de methodologie op experimentele waarnemingen aangetoond zal worden dat precieze metingen ook in de praktijk haalbaar zijn.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Condor. 01/02/2007 - 31/12/2010

Abstract

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

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Kwantitatieve atomaire-resolutie elektronentomografie : een uitdaging voor precieze, driedimensionale, atomaire structuurbepaling van aperiodische structuren. 01/01/2005 - 31/12/2008

Abstract

De doelstelling van het project is een doorbraak te realiseren naar kwantitatieve atomaire-resolutie elektronentomografie zodat de lokale, driedimensionale structuur van aperiodische materialen zo precies mogelijk bepaald kan worden. Voor de validatie van theoretische modellen is een precisie van de atoomposities van de orden van 0.01 tot 0.001nm vereist.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Naar precieze metingen van fysische parameters door middel van modelgebaseerde elektronenmicroscopie. 01/10/2003 - 30/09/2007

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject