UV absorberende nanodeeltjes en applicaties, research met HBO-studenten Cor Schrauwen, Dag van de Oppervlaktetechnologie 12 November 2015
[email protected]
Cor Schrauwen • Afgestudeerd chemicus, gepromoveerd materiaalkundige • 25 jaar onderzoek en innovatie in oppervlaktetechniek en (vacuum) coatings • Kennistransfer naar MKB (o.a. met VOM) • Sinds 2012 docent/onderzoeker materiaalkunde bij Zuyd Hogeschool • https://www.linkedin.com/pub/cor-schrauwen/2a/89a/781
12/11/2015
Dag OT
2
Agenda • Van gebouwde omgeving naar nano • RAAK – Pro Project UV absorberende nanodeeltjes
• Onderzoek met studenten
12/11/2015
Dag OT
3
De beloften van Zuyd 1. Studenten worden gewilde professionals 2. Professionals blijven succesvol en waardevol 3. Invullen kennisbehoefte samen met omgeving 4. Praktijkgerichte kennis voor de speerpunten van Limburg 5. Doelmatig en verantwoorde inzet van middelen 12/11/2015
Dag OT
4
Professionele, competente vakmensen • Leren door onderzoek aan relevante onderwerpen.
• Eigen Zuyd focus in 3 zwaartepunten: – NEBER (Nieuwe Energie, Built Environment en Renewables) – EIZT (Expertisecentrum voor Innovatieve Zorg en Technologie – CHILL (Chemelot Innovation and Learning Labs) 12/11/2015
Dag OT
5
Doen om te leren De Wijk van Morgen in Parkstad (Avantis) Heerlen Kerkrade
Duitsland
12/11/2015
Dag OT
6
De Wijk van Morgen Gebouw 2
Gebouw 4
De Wijk van Morgen Gebouw 3 Gebouw 1
Elektrische auto Half open bestrating
Waterzuivering, opslag en hergebruik Michiel Ritzen Plaatsing 2 urban 12/11/2015 Presentatie 20 september 2011 windturbines Dag OT
7
De Wijk van Morgen Building 1: Knik naar de zon
Building 2: Eco//nect
Building 3: FLexhouse
Buiding 4: MAXergy
12/11/2015
• Energy 0 • 25% recycled of renewable materials • Opened in september 2011 • Energy + • 50 % recycled of renewable materials • In progress
• Energy + • 75% recycled of renewable materials • Opened in september 2013
• In design
Dag OT
8
Bouwstenen uit Chemie en Materialen • Kernbegrippen:
• Sleuteltechnologieën:
- Mastering Molecules - Performance & size
- Microflow reactoren (procesintensificatie) - Nanotechnologie - Additive Manufacturing (3D printing, micro-extrusie)
• Ontwikkelingen: - Hoogwaardig en duurzaam - Chemicaliën en kunststoffen - Voor Health Care, Energie, Gebouwde omgeving
• Marktrijp maken door: - Casuïstiek (expertise en equipment), - Netwerk - Initieel onderwijs - Training werkveld
• lector Gino van Strydonck 12/11/2015
Dag OT
9
Agenda • Van gebouwde omgeving naar nano • RAAK – Pro Project UV absorberende nanodeeltjes
• Onderzoek met studenten
12/11/2015
Dag OT
10
RAAK Pro UV absorberende nano deeltjes Van 2011 tot eind 2015 End event 26 November 2015
Subsidie:
Partners:
+ contactgroep
12/11/2015
Dag OT
11
RAAK-Pro UV absorberende nanodeeltjes Doelen: • Ontwerpen, produceren, karakteriseren en gebruik van UV absorberende nanodeeltjes, • Nanotchnologie in curriculum van Zuyd Hogeschool, • Nieuwe mogelijkheden voor bedrijven. Onderzoek: • UV absorberende ZnO en TiO2 nanodeeltjes • Hydrothermale sol-gel route • Nauwe deeltjesverdeling, niet fotokatalytisch, stabiel in (buiten) toepassingen
12/11/2015
Dag OT
12
Uitvoering in 7 werkpakketten 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7.
Inventarisatie en overzicht Design en synthese ZnO en TiO2 nanodeeltjes Formulering in coatings Levensduur in formuleringen Nieuwe applicaties Opschalen van productie Veiligheid nanodeeltjes, toxicologie
12/11/2015
Dag OT
13
Anorganische UV absorbers + Stabiel + UV absorptie door keramische halfgeleider
+ Self-cleaning - UV Energie omgezet in reactieve radicalen - Degradatie van (organische moleculen in) omgeving
12/11/2015
Dag OT
14
Nanodeeltjes • TiO2 en ZnO zijn gewilde pigmenten (microschaal, lichtverstrooiing).
• Mits klein genoeg (nano): – Zichtbaar in UV, – Onzichtbaar in zichtbaar licht.
12/11/2015
Dag OT
15
Produceren nanodeeltjes • • • • •
Strategie bottom-up (5 – 30 nm) Basis TiO2 (Kriya, TNO) en ZnO (DWI) Dopen met metaalionen En/of omhullen met SiO2 En omhullen met silanen
12/11/2015
Dag OT
16
Resultaten • Kennis* en mogelijkheden • Deeltjes onder 35 nm, opschaalbaar • Doping is onbetrouwbaar en levert meestal kleur. • Dunne (2-4 nm) SiO2-schil is onvoldoende dicht tegen fotokatalyse • Dikke schil levert nano-UV absorbers in micro SiO2 korrels (“krentenbollen”) * Review Igor Fajzulin, Xiaomin Zhu, Martin Möller, "Nanoparticulate inorganic UV absorbers - A review" submitted to the "Journal of Coatings Technology and Research" 12/11/2015
Dag OT
17
Demonstrators • “Krentenbollen” voor cosmetica – Nanotechnologie voor UV bescherming – Gebruikelijke pigmenttoevoeging
12/11/2015
Dag OT
18
Demonstrators • “Krentenbollen” voor cosmetica • Nanostructuur met hoge optische dichtheid voor CIGS zonnecellen – Matching brekingsindex – Nanostructuur (mottenoog) 7% minder reflectie 7% meer Jsc 6% meer efficiency Improving the Efficiency of Copper Indium Gallium (Di-)Selenide (CIGS) Solar Cells Through Integration of a Moth-Eye Textured Resist with a Refractive Index Similar to Aluminum Doped Zinc Oxide, M. Burghoorn, B. Kniknie, J. van Deelen, M. Xu, Z.Vroon, R. van Ee, R. van de Belt and P. Buskens, AIP Advances 4, 127154 (2014); doi: 10.1063/1.4905456 12/11/2015
Dag OT
19
Demonstrators • “Krentenbollen” voor cosmetica (DWI) • Nanostructuur met hoge optische dichtheid voor CIGS zonnecellen (TNO, Kriya) • Zonnepanelen UV bescherming pos.2 (Zuyd) • ZnO spectrale conversie voor Si zonnecellen pos.2 (Zuyd) – Matching brekingsindex – UV bescherming folie en cel – UV groen licht met ZnO
12/11/2015
10% ZnO
0,15% ZnO
Dag OT
Pos.
20
Demonstrators • “Krentenbollen” voor cosmetica • Nanostructuur met hoge optische dichtheid voor CIGS zonnecellen • Zonnepanelen UV bescherming in 2 • ZnO spectrale conversie voor Si zonnecellen in 2 • Anti-reflectie op glas
12/11/2015
Dag OT
21
Demonstrators • “Krentenbollen” voor cosmetica • Nanostructuur met hoge optische dichtheid voor CIGS zonnecellen • Zonnepanelen UV bescherming in 2 (glas) • ZnO spectrale conversie voor Si zonnecellen in 2 • Anti-reflectie op glas • ……… • Technologie en deeltjes op zoek naar toepassers 12/11/2015
Dag OT
22
Coatings UV-curable: • TiO2: HRI / AR / UV-abs / solar-cell • ZnO: UV-abs / green luminescence Sol-gel • TiO2: HRI / UV-abs • ZnO: UV-abs / green luminescence
12/11/2015
Dag OT
23
Veiligheid • Aspecten “materiaal” en “nano” • Minder afgifte ionen dan puur materiaal • “vrije” deeltjes agglomoreren • Eigenschappen instelbaar via shell • Beoordelen aan toepassing
12/11/2015
Dag OT
24
Agenda • Van gebouwde omgeving naar nano • RAAK – Pro Project UV absorberende nanodeeltjes
• Onderzoek met studenten
12/11/2015
Dag OT
25
Research met studenten Uit Convenant VOM – TNO (VOM ALV, 2006)
12/11/2015
Dag OT
26
Model bij Zuyd • Community for Development assessor
coach
opdrachtgever
innovatieopdracht
beginnende professional (student) 12/11/2015
ervaren professional (Chill, bedrijf) Dag OT
27
CfD en opdrachtgever opdrachtgever coach Onderzoek en onderwerp
innovatieopdracht
beginnende professional (student) 12/11/2015
ervaren professional (Chill, bedrijf) Dag OT
28
CfD Voorwaarden (uit TBTOP-project) • Een greep…. – Maatschappelijk relevante opdracht – Betrokken en aanwezige opdrachtgever – Gelijkwaardigheid in CfD (iedere deelnemer leraar en leerling tegelijk, multidisciplinair) – Professionele, welvoorziene werkomgeving – Adequaat faciliteren (kennis, rooster, EUR) – Realistische resultaatverwachting – Enthousiasme 12/11/2015
Dag OT
29
Beschikbaarheid studenten Afhankelijk van curriculum: - stage, september, 3e jaars - Afstudeerstage, november, 4e jaars - Onderzoeksminor, februari, 3e jaars Er zijn uitzonderingen …. - Versneld programma - Studievertraging 12/11/2015
Dag OT
30
Studenten, was het leuk? • Gezellig, voelt niet als school • Samen kennis delen, andere invalshoeken • Bredere kijk op één, maatschappelijk relevant onderwerp • Verdieping in je kennis, verbreding in de CfD • Een tevreden, enthousiaste student levert eerder wat op. 12/11/2015
Dag OT
31
Agenda • Van gebouwde omgeving naar nano • RAAK – Pro Project UV absorberende nanodeeltjes
• Onderzoek met studenten
12/11/2015
Dag OT
32
Meer weten?
End Event, 26 November 2015, Zuyd, Heerlen
http://uvabsorbingnanoparticles.jimdo.com/inschrijven 12/11/2015
Dag OT
33
Posters Onderzoek met studenten
12/11/2015
Dag OT 2014
Dag OT
34
