Computational modelling of emergent out-of-equilibrium phenomena in branched polymers
Handig gevormde polymeren voor betere coatings en elektronica
Polymeren zijn lange moleculen die kunnen worden opgebouwd als snaren, sterren of flessenborstels. Door hun vorm te veranderen, kunnen we materialen maken die sterker, zachter of beter vloeibaar zijn. In zijn proefschrift onderzoekt Utku Gürel hoe verschillende polymeervormen zich gedragen onder uitdagende omstandigheden, zoals uitrekking, impact, opgesloten zitten in een netwerk of vermenging met geladen moleculen. Met behulp van computersimulaties en experimenten vond Gürel nieuwe manieren om de prestaties van materialen te verbeteren zonder de basischemie te veranderen.
Zo maakte Gürel bijvoorbeeld dunne polymeerfilms, waarbij het mengen van korte en lange takken in hetzelfde molecuul de films tot 4,5 keer sterker maakte, terwijl ze even stijf bleven: ideaal voor beschermende coatings. In een ander onderzoek toonde hij aan dat de manier waarop flessenborstelvormige polymeren vloeien, afhangt van de kleinschalige rangschikking van hun bindingen, en niet alleen van hun algehele vorm. Gürel ontdekte ook dat de manier waarop polymeernanodeeltjes zich binnen een zacht netwerk bewegen, kan worden voorspeld aan de hand van hun vroegste kleine trillingen, en dat hun vorm bepaalt of ze soepel of met horten en stoten bewegen.
Ten slotte ontdekte Gürel dat in mengsels van geladen stervormige en kettingvormige polymeren de kettingen meerdere sterren kunnen verbinden, waardoor het materiaal soms in twee afzonderlijke lagen uiteenvalt. Deze resultaten tonen aan dat we door de vorm en grootte van een polymeer zorgvuldig te ontwerpen, het gedrag ervan nauwkeurig kunnen afstemmen. Dit opent de deur naar betere coatings, flexibele elektronica, medische gels en meer.
Utku Gürel voerde zijn onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Micromechanica.