naar top
Menu
Logo Print

“OPSCHALEN NANOTECHNOLOGIE VEREIST MULTIDISCIPLINAIRE AANPAK"

Oud-bestuurslid NPT Ruud van Ommen benoemd tot AvL professor

Eind 2016 hield prof. dr. ir. Ruud van Ommen zijn intrede als AvL professor. Hierin schetste hij hoe chemische technologie en nanotechnologie zijn te combineren om hedendaagse problemen op te lossen. Hij benadrukte onder meer hoe belangrijk het is dat verschillende disciplines samenwerken om de opschaling van nanotechnologie te versnellen. “Ik ga niet weer honderd jaar wachten."


WAAROM NANOTECHNOLOGIE?

Ruud van Ommen heeft als hoogleraar Chemische Technologie al heel wat stappen genomen op het wetenschappelijke vlak waar het gaat om de combinatie van chemische en nanotechnologie. “Ik ben van huis uit chemisch technoloog; afgestudeerd en gepromoveerd in Delft. Maar ik heb ook gewerkt in onder andere Zweden en de Verenigde Staten om andere ervaringen op te doen. Na een jaar in Zweden ben ik weer teruggekeerd naar Delft, waar steeds meer mensen zich bezig waren gaan houden met nanotechnologie. Een onderzoeksgebied dat vele mogelijkheden biedt om in de toekomst bijvoorbeeld het medicijngebruik vele malen effectiever te maken, met minder bijwerkingen, of onze energie- en milieuvervuilingsproblemen aan te pakken."

“Om je een voorstelling te maken van de grootte van één nanodeeltje geef ik altijd het voorbeeld dat de afmetingen van een voetbal en een nanodeeltje zich op dezelfde manier verhouden als onze aarde en dezelfde voetbal; in beide gevallen gaat het om een factor 5x107. Daarbij zijn deze nanodeeltjes te beschouwen als chemische bouwblokken waarmee we onder andere nanobuisjes en nanovellen (sheets) kunnen maken, of die we van extra functionaliteit kunnen voorzien. Ik richt me met mijn onderzoeken vooral op de afzonderlijke deeltjes die ik van coatings wil voorzien om ze speciale eigenschappen mee te geven."


Smelttemperatuur van goud

Hiervoor biedt nanotechnologie bijzondere mogelijkheden. Bij het element goud bijvoorbeeld, zijn specifieke eigenschappen als 'vast' te veronderstellen. De smelttemperatuur is bijvoorbeeld bij kamertemperatuur en 1 bar druk altijd dezelfde, maar blijkt alleen te gelden bij macroscopisch goud. Wanneer de deeltjesgrootte van goud afneemt tot minder dan 5 nm, dan blijkt de smelttemperatuur opeens drastisch te dalen van ruim 1.300 K tot rond de 300 K bij ongeveer 2,5 nm. Voorts blijkt een deeltjesgrootte van rond de 3 nm de katalytische activiteit van goud te verhogen waarmee reactiesnelheden bij het oxideren van bijvoorbeeld CO is te vergroten. 
En dan hebben we het alleen nog maar over goud waarbij twee toch wel opvallende eigenschappen uitsluitend zijn te realiseren door het materiaal op te delen in nanodeeltjes", aldus van Ommen.

"Met nanodeeltjes zijn bijwerkingen van medicijnen te verminderen of elimineren en kan hun efficiëntie worden verhoogd, waardoor we er minder van moeten nemen"


TOEPASSINGEN

Een belangrijk toepassingsgebied voor nanotechnologie ziet van Ommen in de productie van medicijnen. Door het aanbrengen van specifieke coatings op nanodeeltjes van bepaalde medicijnen, is het mogelijk om bijvoorbeeld bijwerkingen te verminderen of te elimineren. Daarnaast kunnen deze coatings de efficiëntie van medicijnen verbeteren waardoor er minder nodig is. Middels nanotechnologie kunnen medicijnen bijvoorbeeld gedurende langere tijd zeer gelijkmatig de werkzame stoffen afgeven in plaats van pieken te genereren bij elke tablet die ingenomen wordt.


Spelen met bouwstenen

Van Ommen: “Daarbij kun je eindeloos 'spelen' met deze bouwstenen en biedt een specifieke stof vaak verschillende (zelfs tegengestelde) mogelijkheden. Titaniumdioxide is in verf bijvoorbeeld te gebruiken als wit pigment. Door de pigmentdeeltjes te coaten, is het mogelijk om de reactiviteit sterk te verlagen waardoor de verf (eenmaal aangebracht op het oppervlak) na verloop van tijd niet gaat vergelen. In een andere toepassing zijn nanodeeltjes op dezelfde pigmentdeeltjes in staat om de reactiviteit te verhogen, wat onder meer voordelen biedt bij de reiniging van vervuild water.

Andere toepassingen die op dit moment bekend zijn, betreft nanocoatings die worden afgezet op fosfordeeltjes in ledverlichting. Dit materiaal heeft de taak om de kleur van de ledverlichting zo wit mogelijk te maken, en kan deze taak langer volhouden door de fosfordeeltjes van een nanocoating te voorzien. Voorts is nanotechnologie te gebruiken om het gebruik van schaarse materialen efficiënter te maken. Zo is voor brandstofcellen in personenauto's op dit moment ongeveer 30 gram platina per auto nodig wat neerkomt op ongeveer 180 ton per jaar. Door deeltjes van gelijke grootte in een laagje van één deeltje dik op te brengen, is er waarschijnlijk minder dan een gram per auto nodig.

Met deze voorbeelden kun je je voorstellen dat het aantal toepassingen praktisch oneindig is en dat dit aantal onder meer afhankelijk is van de creativiteit van de ontwikkelaar en zijn vermogen om met de nanodeeltjes te 'spelen'."


SCHAALVERGROTING

Onderzoek op het vlak van nanotechnologie speelt zich op dit moment nog hoofdzakelijk af op laboratoriumschaal of een fractie groter. Van Ommen: “Wanneer we nanotechnologie echter grootschalig willen toepassen, zal ook de productie van nanodeeltjes moeten worden opgeschaald. Om een beeld te schetsen, omvat 1 gram nanodeeltjes ongeveer 1018 exemplaren, wat betekent dat er voor serieuze toepassingen véél deeltjes nodig zijn.

Door de benoeming als AvL professor heb ik de mogelijkheid het onderzoek uit te voeren (uiteraard met een heel team van gedreven wetenschappers) dat nodig is om deze schaalvergroting te realiseren. Daarbij ligt de focus op Atomic Layer Deposition en Molecular Layer Deposition (ALD en MLD); twee methodes om nanodeeltjes te voorzien van een laagje van een bepaald materiaal. Dat is een complex proces waarvoor we echter gebruik kunnen maken van eerdere onderzoeken die gedaan zijn op macro-, meso- en microscopisch vlak. Onderzoek dat zich richt op bijvoorbeeld reactiediffusie en mengprocessen. Bovendien geloof ik in het combineren van de kennis die beschikbaar is in de verschillende disciplines binnen de chemische technologie. Kennis van procestechnologie bijvoorbeeld, maar ook van thermodynamica, reactie-engineering, procesdynamiek, product- en procesontwerp en transportfenomenen."

“We staan wat dat betreft aan het begin van een interessante tijd, waarin zal moeten blijken hoe goed we uiteindelijk in staat zijn om de processen op grote schaal te beheersen en toe te passen. Daarbij ben ik vooral applicatiegericht en niet zo zeer gericht op het uitvoeren van fundamenteel onderzoek. Wetende dat de ontwikkeling om chemicaliën in bulkhoeveelheden efficiënt te produceren ongeveer een eeuw heeft geduurd van 1900 tot 2000 zeg ik daarbij: ik wil er niet weer honderd jaar over doen!"



WIE IS RUUD VAN OMMEN?

Oud bestuurslid van NPT prof. dr. ir. Ruud van Ommen (43) promoveerde in 2001 aan de faculteit Chemical Engineering in Delft en werkte ook aan de universiteiten van Chalmers (Zweden) en Colorado (VS). In de diverse onderzoeken waarbij hij betrokken is, houdt hij zich onder andere bezig met het verwerken van vaste stoffen en met schaalvergrotingsnanotechnologie. Daarnaast is hij medeoprichter van de spin-off Delft IMP (Intensified Material Production); een bedrijf dat zich richt op de nanostructurering van deeltjes middels ALD (Atomic Layer Deposition) en een variant hierop: MLD (Molecular Layer Deposition). Bovendien organiseert hij een groot aantal (inter)nationale conferenties binnen zijn vakgebied, en werd hij een aantal keer met prestigieuze beurzen bekroond; onder andere een ERC Starting grant in 2011 en ERC Proof of Concept grants in 2012 en 2015.

Nanotechnologie kan onder meer voordelen bieden bij toepassing op medicijnen. Door het aanbrengen van een dunnere of dikkere coating op nanodeeltjes zal het medicijn gelijkmatig en gecontroleerd worden afgegeven.


ANTONI VAN LEEUWENHOEK LEERSTOEL

De TU Delft heeft de zogenaamde Antoni van Leeuwenhoek (AvL) leerstoelen geïntroduceerd om jonge, excellente wetenschappers de mogelijkheid te geven hun wetenschappelijke carrière maximaal te ontwikkelen. Dit gebeurt door hen vroegtijdig te bevorderen tot hoogleraar. De bijbehorende benoemingen zijn voorbehouden aan Delftse wetenschappers.