Materiaalfysica

De onderzoeksgroep Materiaalfysica (IMOMAF) richt zich op de ontwikkeling van innovatieve oplossingen om succesvol de brug te slaan tussen fundamenteel onderzoek en industrieel compatibele producten en processen. Dit gebeurt in een brede waaier van domeinen, van nano- en kwantumfysica tot elektronica, geavanceerde diagnostiek en materialen voor de gezondheidszorg. Samenwerking met industriële partners speelt een cruciale rol in de IMOMAF-onderzoeksgroep.

De onderzoeksgroep omvat verschillende subgroepen met een specifieke en complementaire expertise, die nauw samenwerken en opereren binnen de speerpuntdomeinen van het Instituut voor Materiaalonderzoek (IMO) van de Universiteit Hasselt. De IMOMAF-onderzoeksgroep is bovendien verbonden aan het IMEC geassocieerde laboratorium “IMOMEC”. De belangrijkste activiteiten zijn gericht op:

• Brede bandkloof materialen
• Kwantumtechnologieën
• Organische opto-elektronica
• Nano-geschaalde materialen
• Energiematerialen en interfaces
• Materialen en sensoren voor de gezondheidszorg
• Analytische & microscopische diensten

De onderzoeksgroep treedt regelmatig op als partner in verschillende Europese, Vlaamse, nationale en internationale onderzoeksprogramma's en netwerken en heeft een lange traditie in gezamenlijk onderzoek en dienstverlening met de industrie en onderzoekscentra.

Gedetailleerde info over de activiteiten van de IMOMAF-onderzoeksgroep kan je terugvinden op de website van imo-imomec als op de website van Energyville.

De expertisegroepen binnen IMOMAF zijn:

Wide Band Gap Materials (WBGM): Prof. dr. Ken Haenen en dr. Paulius Pobedinskas.

De WBGM-groep omvat een breed scala van brede bandkloof halfgeleiders onderwerpen, meestal gericht op chemische dampdepositie (CVD) diamant, maar ook andere materialen zoals h-BN, ZnO, en AlN. Hiervoor heeft de groep de beschikking over zeven verschillende CVD-reactoren en drie fysische dampdepositiemachines. De CVD-reactoren worden gebruikt om n- en p-type diamantfilms te groeien van monokristallijn tot polykristallijn, inclusief afzetting bij lage temperatuur (300 ⁰C) en op grote oppervlakken (30 x 30 cm²). Bovendien worden diamantfilms met nieuwe kleurcentra op basis van Eu, Ge, enz. onderzocht. De onderzoeksthema's omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de invloed van substraatoriëntatie op het groei- en doteringsmechanisme, hun thermionische emissie en elektronische transporteigenschappen, fabricage en karakterisering van op diamant gebaseerde vermogenelektronica, diamantmembranen, en de vorming van heterostructuren van BN/diamant, en diamant/AlGaN/GaN.

Quantum Photonics (QPhot): Prof. dr. Milos Nesladek.

De groep Quantum Photonics houdt zich bezig met optische en foto-elektrische technieken voor metingen van quantumvrijheidsgraden, en met het gebruik van de ontwikkelde platforms op het gebied van quantumtechnologie. De belangrijkste specialisatie van de groep is foto-elektrische spectroscopie en het gebruik van de foto-elektrische technieken voor coherente uitlezing van kwantumtoestanden. De groep heeft de fotostroom gedetecteerde magnetische resonantie (PDMR)-techniek ontwikkeld die wordt toegepast op NV-elektronenspintoestandmetingen en realiseerde elektrische uitlezing van single NV qubit bij kamertemperatuur.

Een ander aandachtspunt van de groep zijn luminescente nanodeeltjes, met name fluorescente nanodiamanten (FND) met NV-kleurcentra, die belangrijke perspectieven bieden voor beeldvorming op nanoschaal voor biologie en geneeskunde. Door de fluorescente nanodiamanten te functionaliseren met biomoleculen, worden intracellulaire sensoren ontwikkeld voor de detectie en beeldvorming van biochemische processen die gaande zijn in de cellulaire machinerie.

Organische Opto-Elektronica (OOE): Prof. dr. ir. Koen Vandewal.

De onderzoeksactiviteiten van deze interdisciplinaire groep zijn gericht op het begrijpen van fundamentele opto-elektronische processen in organische en hybride organisch-anorganische halfgeleiders voor nieuwe opto-elektronische apparaten. De groep houdt zich meer specifiek bezig met de volgende onderwerpen:

• De studie van fundamentele structuur-eigenschap relaties (elektro-optische eigenschappen, morfologie, ...) van nieuwe organische gebaseerde en hybride organisch-anorganische halfgeleidende materialen met behulp van geavanceerde elektro-optische karakteriseringstechnieken, die de synthese van nieuwe materialen met verbeterde prestaties begeleiden.
• De voorbereiding en karakterisering van de volgende generatie (printbare) fotonische prototypes (zonnecellen, LED's, transistoren, (bio)-sensoren, fotodetectoren, ...) op basis van goedkope opkomende halfgeleidende materialen. Deze activiteiten profiteren van de samenwerking met de EMAP-onderzoeksgroep.
• De studie van fundamentele foton-naar-foton, foton-naar-elektron en elektron-naar-foton energie-omzettingsmechanismen in nieuwe materiaalsystemen verwerkt in nieuwe applicatieconcepten.

De bestudeerde organische en hybride halfgeleidermaterialen omvatten polymeren, kleine moleculen, en metaalhalogenide perovskieten ontworpen door de MATCHEM-onderzoeksgroep.

Nano Structure Physics (NSP): Prof. dr. Hans-Gerd Boyen.

De groep Nanostructure Physics richt zijn onderzoek op fundamentele onderwerpen in nanowetenschappen en nanotechnologie met een sterke nadruk op nieuwe materialen en toepassingen. Het belangrijkste doel van ons werk is het verbeteren van het huidige begrip van alle fysische en chemische eigenschappen van geavanceerde nano-geschaalde materialen (nanodeeltjes, nanodraden, ultradunne films, mulilagen) met inbegrip van hun elektronische & atomaire (moleculaire) structuur, ladingstransport, optische en thermodynamische eigenschappen, chemische reactiviteit, enz. De huidige activiteiten concentreren zich op fotovoltaïsche dunnefilm met speciale nadruk op zonnecellen op basis van perovskiet, waarbij naast materiaalgerelateerde bulkeigenschappen ook de invloed van oppervlakte- en grensvlakgerelateerde verschijnselen op de prestaties van dergelijke apparaten wordt vastgesteld, dit alles bestudeerd met behulp van een verscheidenheid aan elektronenspectroscopische technieken.

Energy Materials and Interfaces (EMINT): Prof. dr. Frank Uwe Renner.

Energiematerialen, hun werking en hun degradatie vormen de kern van het streven naar een duurzame samenleving. De EMINT-groep richt zich op het verkrijgen van mechanistisch inzicht in gerelateerde reacties van materialen en interfaces. Het onderzoek richt zich op elektrochemische interfaces, in het bijzonder met betrekking tot actieve materialen en elektroden van Li-Ion Batterijen (LIB) of zonnecellen, maar ook op elektrodepositie en natte corrosie met inbegrip van legerings- en dealloyeringsprocessen.

Chemische en elektrochemische reacties vinden natuurlijk plaats op moleculaire of atomaire schaal. Hoge-resolutie technieken zijn daarom uiteindelijk belangrijk om een dieper inzicht te krijgen. Naast de gebruikelijke laboratoriumtechnieken en oppervlaktewetenschappelijke benaderingen worden ook meer geavanceerde structurele en spectroscopische methoden zoals Atom Probe Tomography (APT) of Hard X-ray Photoelectron-Spectroscopy (HAXPES) toegepast. De groep maakt verder gebruik van synchrotronlicht, bijvoorbeeld voor in-situ röntgendiffractie bij elektrochemische interfaces.

Nanobiofysica & Soft Matter Interfaces (NSI): Prof. dr. Anitha Ethirajan.

De NSI-groep richt zich op de fundamentele en toegepaste aspecten van diverse Soft Matter interfaces met speciale nadruk op nanogeneeskunde en biosensoren.

• De onderzoeksactiviteiten omvatten ontwikkeling en karakterisering van diverse functionele structuren met interessante eigenschappen gericht op biosensoren en nanogeneeskunde (bioimaging, medicijnafgifte, contrastmiddelen en theranostica). De groep richt zich op fundamentele en toegepaste onderzoeksvragen en maakt daarbij gebruik van concepten in de biofysische chemie en engineering.
• De groep heeft expertise op het gebied van de ontwikkeling van gefunctionaliseerde nanodeeltjes die gevoelig zijn voor enkelvoudige of meervoudige stimuli (exogeen zoals licht, temperatuur en endogene triggers zoals pH, enzymen, ROS, GSH etc.). Responsieve nanodragers ontworpen om de lokale omgeving te voelen bieden een elegante route om de complexe biologische micro-omgevingen te voelen en tegelijkertijd detectie en gerichte therapie mogelijk te maken.
• Tot de onderzoeksinteresse behoort ook de studie van structuur-eigenschapsrelaties van zachte materiemengsels in begrensde geometrie op nanoschaal met nadruk op de interfaces tussen de mengmaterialen (bv. actieve laag van een zonnecel of polymeer-geneesmiddel/actief ingrediënt).
• De interdisciplinaire groep heeft expertise in bottom-up (zelfassemblage, colloïdale technieken) en top-down benaderingen, verschillende oppervlakte-engineering routes, moleculair geïmprinte polymeren, elektronische uitleestechnieken voor detectie, en maakt gebruik van state-of-the-art karakteriseringsinstrumenten om de bovengenoemde gebieden aan te pakken.

Binnen het onderzoeksdomein nanogeneeskunde komen de volgende onderwerpen aan de orde:

• Op nanodeeltjes/nanocapsules gebaseerde therapieën op het gebied van kanker, het centrale zenuwstelsel, weefselmanipulatie en regeneratieve geneeskunde
• Hybride nanodeeltjes met lipidestructuren
• Nano-bio interfaces met focus op nanodeeltjes-cel interacties
• Theranostica op basis van nanodeeltjes
• Geconjugeerde polymeer-gebaseerde nanodeeltjes voor biobeeldvorming
• Contrastmiddelen voor multi-beeldvormingsmodaliteiten en therapie (microbubbels)

Binnen het onderzoeksdomein biosensoren komen de volgende onderwerpen aan bod:

• Op moleculair geïmprinte polymeren (MIP) gebaseerde sensoren voor de detectie van doelmoleculen die relevant zijn voor de voedsel-, gezondheids- en milieuveiligheid
• Intracellulaire sensoren

Analytical & Microscopical Services (AMS): Prof. dr. Jan D’Haen and Prof. dr. Ward De Ceuninck.

De expertisegroep AMS is actief op het gebied van analytische en microscopische analyses (inclusief betrouwbaarheidsaspecten) op materiaalsystemen en op een brede waaier van micro-elektronische componenten. De groep is gespecialiseerd in de ontwikkeling van hoge resolutie in-situ meettechnieken. De groep fungeert in de eerste plaats als ondersteunende eenheid voor andere imo-imomec-groepen en ook voor EnergyVille. Regelmatige activiteiten omvatten analytische & elektrische karakterisatie van experimentele materiaalsystemen en/of experimentele sensoren. Interne projecten hebben een duidelijke focus op de ontwikkeling van elektronische interfaces voor biosensoren en de ontwikkeling van betrouwbaarheidsapparatuur voor zonnecellen en -modules. Naast de interne activiteiten participeert de AMS-groep ook met andere onderzoekspartners in een breed scala van onderzoeksprogramma's op nationaal & internationaal niveau (o.a. in het kader van EnergyVille). Samen met MATCHEM treedt de groep ook op als een belangrijk dienstencentrum naar de industrie toe door zijn specifieke kennis en zijn state-of-the-art uitrusting ter beschikking te stellen van de industrie. Van laseroptica tot biomedische apparatuur, van grondstoffen tot zonnepanelen of high-speed processoren, de imo-imomec diensten kunnen de industrie helpen bij de ontwikkeling van nieuwe processen en materialen, de transfer van die processen naar de productie, de kwalificatie van nieuwe productiemiddelen, het oplossen van productieproblemen, en nog zoveel meer.

APT, batterijen, biobeeldvorming, biosensoren, biosensoren, brede bandkloof materialen, chemische dampdepositie, diamant, fluorescentie, fotodetectoren, fotostroom gedetecteerde magnetische resonantie, HAXPES, heterostructuren, kleurcentra, LED's, Li-ion, materialen en interfaces, microbubbels, moleculair geïmprinte polymeren, multilagen, nanodeeltjes, nanodraden, NV-centrum, organisch-anorganische halfgeleiders, organische elektronica, perovskieten, quantum, röntgen, röntgendiffractie, SEM, TEM, theranostica, transistors, ultradunne films, zonnecellen

Koen VANDEWAL

• Souvik AGASTI
• Essraa AHMED
• Suresh AJMEERA
• Aslihan BABAYIGIT
• Johnny BACCUS
• Yarne BEERDEN
• Bram BIJNENS
• Denys BONDARENKO
• Gilles BONNEUX
• Emilie BOURGEOIS
• Hans-Gerd BOYEN
• Guy BRAMMERTZ
• Pietro CALVI
• Boo CARMANS
• Atin CHATTERJEE
• Nora COLSON
• Tom CORNILLE
• Ward DE CEUNINCK
• Lieve DE DONCKER
• Derese DESTA
• Jan D'HAEN
• Anna ERMAKOVA
• Anitha ETHIRAJAN
• Siebe FREDERIX
• Mylo GIJBELS
• Arwin GOOSSENS
• Ken HAENEN
• Jaroslav HRUBY
• Maarten IVEN
• Hendrik JEURIS
• Xueshi JIANG
• Giridharan KRISHNAMURTHY
• Eddy KUNNEN
• Thomas LEENDERTSE
• Geert LEKENS
• Birte LUYCK
• Rani MARY JOY
• Darya MENIAILAVA
• Sigurd MERTENS
• Jan MERTENS
• Marc MEURIS
• Ferdi MURACA
• Sourav NAYAK
• Milos NESLADEK
• Anouk ORIS
• Alessia PANCARO
• Hilde PELLAERS
• Marnix PERSY
• Michael PETROV
• Ivan PETROV
• Paulius POBEDINSKAS
• Jef POORTMANS
• Jeroen PROOTH
• Akshat RANA
• Rozita ROUZBAHANI BAYATANI
• Olga RUBINAS
• Bart RUTTENS
• Sara SALERA
• Senne SENECA
• Rishi SHIVHARE
• Alevtina SHMAKOVA
• Abhishek SHUKLA
• Bernhard SIEGMUND
• Petr SIYUSHEV
• Josef SOUCEK
• Faran TAHIR
• Reza TAVAKOLI DINANI
• Steven VAN HOOF
• Melissa VAN LANDEGHEM
• Remy VANDEBOSCH
• Koen VANDEWAL
• Yuming WANG
• Fatemeh ZARGAR

Publicaties

Meer info