ENGINEERINGNET.BE - In haar doctoraat onderzocht VUB-onderzoekster Lise Vermeersch hoe nieuwe zogenaamde zelfherstellende en recycleerbare kunststoffen slimmer kunnen worden ontworpen.
Die materialen behoren tot een nieuwe generatie polymeren, de bouwstenen van onder meer coatings, lijmen, elektronica en composietmaterialen.
Ze zijn sterk en licht, maar hebben één groot nadeel: eenmaal beschadigd of afgedankt zijn ze vaak moeilijk te herstellen of te recycleren.
Vermeersch: "Wij hebben onderzocht hoe we materialen kunnen ontwikkelen die sterk blijven, maar zich tegelijk kunnen herstellen, hervormen of laten recycleren."
Centraal in haar onderzoek staat de zogenaamde Diels-Alderreactie, een chemische reactie waarmee wetenschappers twee relatief eenvoudige moleculen als bouwstenen aan elkaar kunnen koppelen tot een grotere, ringvormige molecule.
Die moleculaire verbindingen kunnen niet alleen gevormd, maar onder de juiste omstandigheden ook weer verbroken worden.
Door de reactie ontstaan materialen die zich kunnen aanpassen aan hun omgeving en schade gedeeltelijk kunnen herstellen.
Om beter te begrijpen welke chemische verbindingen het meest geschikt zijn als bouwstenen, voerde Vermeersch duizenden computersimulaties uit.
Ze bracht patronen in kaart die bepalen hoe snel reacties verlopen en hoe stabiel de gevormde verbindingen zijn. Die resultaten werden samengebracht in een uitgebreide databank.
Daarnaast onderzocht ze of artificiële intelligentie kan helpen om nieuwe veelbelovende combinaties sneller te identificeren.
"In plaats van voor elke mogelijke reactie complexe berekeningen uit te voeren, kunnen we machine learning gebruiken om snel te voorspellen welke kandidaten het meest interessant zijn", zegt Vermeersch.
Een belangrijke uitdaging bij zelfherstellende materialen is het vinden van een evenwicht tussen stevigheid en herstelbaarheid. Daarom onderzocht zij ook hoe katalysatoren, stoffen die chemische reacties versnellen, het proces kunnen ondersteunen zonder de delicate balans te verstoren.
Omdat grote moleculen voortdurend van vorm veranderen, ontwikkelde ze bovendien een nieuw computermodel, BoltCAR, dat rekening houdt met de vele mogelijke conformaties van een molecule.
