Onderzoeksproject P7/38 (Onderzoeksactie P7)
Voornaamste Doelstellingen
De doelstellingen van dit project zijn gedreven door fundamentele vraagstellingen in microfluidische systemen, fenomenen in het grensvlak van vloeistoffen en micromanipulatie. De toepassing van capillaire effecten voor micromanipulatie geeft op zijn beurt aanleiding tot toegepaste problemen die bestudeerd zullen worden door de leden van het consortium. Zo zullen bijvoorbeeld capillaire effecten onderzocht worden voor het grijpen, vullen, afdichten, assemblage, en het manipuleren van druppels (inclusief de productie en transport).
Zoals weergegeven in de projectbeschrijving, kunnen deze vraagstukken gegroepeerd worden in drie categorieën:
1. Statische en dynamische vloeistoffen: Hoeveel kracht wordt er op vaste stoffen uitgevoerd door een meniscus en microstroming voor een gegeven geometrie? Zijn de grensvlakken stabiel, en wat gebeurd er indien dit niet het geval is? Wat is de invloed van een elektrisch veld? Hoe kan de microscopische beschrijving van de bevochtiging worden vertaald in de juiste randvoorwaarden voor een macroscopische beschrijving van het systeem (e.g. contact hoek en hysteresis)?
2. Oppervlakteverschijnselen: Hoe verplaatst een vloeistof zich over een ruw oppervlak? Kan dit beïnvloed worden door microtexturen aan te brengen? Hoe wordt de verplaatsing beïnvloed door verdamping, en de aanwezigheid van colloidale deeltjes? Interageren deze deeltjes met patronen op het oppervlak? Is het mogelijk om 3D structuren op een oppervlak te maken door capillaire effecten (e.g. door interactie met nanobuizen)?
3. Vloeibareverschijnselen: Hoe kan men de eigenschappen van het raakvlak van complexe vloeistoffen opmeten (e.g. zeepbellen)? Hoe kunnen macroscopishce eigenschappen afgeleid worden uit de dynamica van molecules? Hoe kunnen de eigenschappen van vloeistoffen veranderd worden om te beantwoorden aan de eisen van een bepaalde toepassing? Is het mogelijk om vloeistoffen te maken die biocompatibel zijn, een hoge oppervlaktespanning hebben en een lage viscositeit?
Het voorgestelde project is erg multi-disciplinair gezien het nieuwe inzichten afkomstig uit de fysica, materiaalkunde, scheikunde, en ingenieurswetenschappen combineert.Het onderzoek behelst fundamentele theoretische vraagstukken en moleculaire simulaties, alsook fundamentele en toegepaste experimenten. Zowel statische als dynamische effecten zullen bestudeerd worden, en er zullen verbanden gelegd worden tussen miscroscopische eigenschappen van vloeistoffen en oppervlaktes en de macroscopische performantie die voorwacht wordt in de praktijk. In deze IAP is hiertoe een multi-disciplinair consortium samengesteld dat alle hierboven genoemde expertisedomeinen dekt.
De originaliteit van dit project schuilt tevens in de inspanning om samenwerking te bevorderen tussen onderzoeksdomeinen gerelateerd aan grensvlak verschijnselen, microfluidische systemen en microsysteem technologie.
Kennisverspreiding en opleidingen
Bijzondere aandacht zal besteed worden aan de verspreiding van de kennis opgedaan in deze IAP alsook aan de opleiding van studenten, zowel binnen als buiten het consortium van dit project. Voor de verspreiding van de kennis zullen workshops gehouden worden, waarbij er tevens gastprofessoren uitgenodigd zullen worden om de kennis van het consortium te verrijken. Verder wordt er speciale aandacht aan opleidingen besteed waaronder zomercursussen en doctorandus opleiding. Deze bouwen verder op bestaande lezingen in de deelnemende instellingen. Meer informatie hierover is terug te vinden in hoofdstuk N van deze projectaanvraag.
Jonge onderzoekers worden verwacht hun onderzoek uit te voeren in meerdere deelnemende teams. Op deze manier worden ze geconfronteerd met de verschillende aanpakken die bestaan ten aanzien van dezelfde probleemstellingen. Zo leren ze verschillende technieken en benaderingsmethoden om aldus een totaalbeeld van de gestelde problemen te verkrijgen. Deze kruisbestuiving zal verder ondersteund worden door het organiseren van vergaderingen zowel op kleine schaal tussen nauw samenwerkende groepen als in algemene vergadereingen van het ganse consortium.
Buiten deze “interne” trainingen, zal het netwerk een sterke internationale impact hebben en een goede zichtbaarheid. Het voorgestelde IAP project zal hiertoe expliciet geassocieerd worden met huidige en toekomstige internationale projecten en samenwerkingen.
Samenvatting van de onderzoeksactiviteiten
Het project omvat drie basisonderverdelingen: Statische en dynamische vloeistoffen, oppervlakteverschijnselen, en vloeibareverschijnselen. De combinatie van deze drie invalshoeken zal leiden tot een verbeterd fundamenteel inzicht, aslook tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën en microsystemen. De drie onderverdelingen zullen samenwerken tot het verkrijgen van een coherent onderzoeksnetwerk. Meer informatie is terug te vinden in formulier D.
WP1 – Statische en dynamische vloeistoffen (i.e. hoe beschrijft men statische en dynamische vleoistoffen en druppels):
T1.1 Macroscopische beschrijvingen van menisci: statisch, dynamisch, koppeling en kracht uitgeoefend op vaste stoffen
T1.2 Electro-hydrodynamica, druppels en rivulets
T1.3 Elasto-capillariteit
T1.4 Effectieve randvoorwaarden en contactlijnen
WP2 – Oppervlakteverschijnselen (hoe maakt men vaste stoffen en oppervlaktes met capillarire krachten):
T2.1 Verband tussen contactlijn beweging en oppervlaktetextuur
T2.2 Synthetische zelf-assemblage met oppervlaktespanning, en het Cheerios effect
T2.3 Synthetische zelf-assemblage met vloeistof-vloeistof en vloeistof-vaste stof interacties
WP3 – Vloeibareverschijnselen
T3.1 Vloeistof karakterisatie
T3.2 Vloeistof modellering
T3.3 Vloeistof engineering
