Wetenschap - 8 juni 2018

Vidi voor ontwerp 'slimme' materialen

tekst:
Roelof Kleis

Met een Vidi-beurs op zak gaat chemicus Maarten Smulders op zoek naar een methode om nieuwe ‘slimme’ materialen te maken met voorspelbare eigenschappen.

© Maarten Smulders

Slimme polymeren (ketens van dezelfde bouwstenen) zijn materialen die bijvoorbeeld kunnen reageren op de omgeving of die je onder gecontroleerde omstandigheden makkelijk kunt hergebruiken. Nu is het ontwerpen van dit type nieuwe materialen veelal nog een kwestie van trial and error: proberen op basis van kennis en kunde. Het zou mooi zijn als je stoffen kunt ontwerpen en maken met eigenschappen die je kunt voorspellen op basis van de moleculen waaruit je het materiaal opbouwt.

Vitrimeren
Als uitgangspunt voor die materialen gaat Smulders met vitrimeren aan de slag. ‘Van oudsher worden plastics ingedeeld in thermoplasten en thermoharders', legt hij uit. ‘De eerste zijn zacht en makkelijk recyclebaar. De tweede zijn hard, smelten niet makkelijk en zijn dus moeilijk herbruikbaar. In 2011 is een nieuwe klasse plastics ontwikkeld, die van de vitrimeren, die een beetje tussen beide in zit.'

'Bij kamertemperatuur zijn vitrimeren mechanisch sterk en robuust’, vervolgt Smulders, ‘maar bij verwarming zijn ze te bewerken. Ik vergelijk het vaak met de mechanische eigenschappen van een bowlingbal en de thermische verwerkbaarheid van glas. Met mijn onderzoek wil ik daar een eigen draai aan geven.’ In die zin dat hij een methode voorstelt om de eigenschappen van die materialen systematisch te kunnen veranderen.

De kern van mijn voorstel is niet zozeer een specifieke toepassing te ontwikkelen, maar is een stapje fundamenteler
Maarten Smulders

De ‘beweeglijkheid’ van vitrimeren zit ‘m erin dat de materialen zijn opgebouwd uit polymeerketens die onderling door zogeheten dynamisch-covalente bindingen zijn verbonden. Alsof de ketens arm-in-arm zijn gehaakt. Smulders: ‘Die bindingen zijn robuust, maar worden tegelijkertijd voortdurend gevormd en verbroken. In die volgorde, zodat je het netwerk behoudt. Dat is allemaal bekende kost. Maar veel minder bekend is hoe je die dynamica systematisch kunt variëren.’

Onontgonnen terrein
‘Hoe kun je eigenschappen van de moleculaire bouwstenen vertalen in eigenschappen van het uiteindelijke materiaal? Dat is nog een onontgonnen terrein. De kern van mijn voorstel is niet zozeer een specifieke toepassing te ontwikkelen, maar is een stapje fundamenteler. Het gaat om de ontwikkeling van een concept, dat toepasbaar is in de materiaalkunde. Dit type materialen gaat steeds meer toegepast worden.’

Met zijn Vidi-werk bouwt Smulders voort op een Veni-beurs die hij in 2012 ontving. Naast Smulders sleepten ook filosofe Bernice Bovenkerk en entomologe Eveline Verhulst een Vidi in de wacht. Twee van die drie (Bovenkerk en Smulders) zijn lid van de Wageningen Young Academy, waar Smulders zelf voorzitter van is. ‘Het zegt natuurlijk niet alles, maar het is wel leuk nieuws. Als WYA proberen we op verschillende manieren te excelleren. Een Vidi binnenhalen is er één van.