Dit onderzoeksprogramma wil bijdragen tot de transitie van de Vlaamse en Europese maakindustrie naar een kennisgebaseerde sector - een kostengebaseerde competitie is geen optie - met nieuwe producten en diensten met hoge toegevoegde waarde, die in staat is om succesvol te wedijveren in een geglobaliseerde marktomgeving.
Het speelt daarbij in op globale economische en maatschappelijke trends in het materiaaltechnologie veld:
- Multifunctionele producten met een hoge toegevoegde waarde, op maat van de klant: de gevraagde multifunctionaliteiten kunnen worden bereikt door de bottom-up synthese van (nano-)materialen, gebruikmakend van geschikte materiaalcombinaties tijdens de poedervormgeving, verbinden en oppervlaktebehandeling van materialen;
- Flexibele processen voor de verwerking van materialen: droge plasmaprocessen laten bvb. een veel nauwkeurigere en snellere aanpassing van parameters toe dan conventionele oppervlaktebehandelingen in elektrochemische baden. De door VITO ontwikkelde bottom-up 3D vezeldepositie technologie laat toe om op een elegante en veelzijdige wijze poreuze metallische en keramische functionale structuren te vervaardigen;
- Milieuvriendelijke procesvoering ikv. schaarste van primaire grondstoffen en overschot aan afvalstoffen: bottom-up synthese resulteert in optimaal gebruik van grondstoffen en minimale afvalstromen. Moderne technieken voor droge oppervlaktebehandeling leiden tot veel minder schadelijke effluenten dan conventionele natchemische methoden.
De eigenschappen van het oppervlak van materialen en producten dienen te beantwoorden aan het steeds veeleisender pallet van specificaties voor de industriële toepassing. Naast bvb. bescherming tegen slijtage en corrosie, dienen de coatings van vandaag nog andere eigenschappen te bezitten op maat van de klant. Oppervlakken met geïntegreerde multi-functionaliteiten (elektrische, optische, biofunctionele, …) en nano-gestructureerde lagensystemen zijn voorbeelden van dergelijke nieuw opkomende technologische ontwikkelingen.
Keramische materialen maken de combinatie van unieke (elektro-)magnetische, mechanische en biologische eigenschappen mogelijk. Keramische materialen kunnen worden ingezet onder extreme condities zoals hoge temperaturen en chemisch agressieve omgevingen.
Lichtgewicht constructies van aluminium, magnesium, titaan én staal hebben een zeer groot marktpotentieel. Belangrijke economische sectoren zoals de transportsector maken meer en meer gebruik van dergelijke lichtgewicht constructies in hun streven naar rationeel grondstoffen- en energiegebruik, en kostenbesparingen.
In deze levendige en snel evoluerende wereld van materialenonderzoek focusseert VITO zich op de volgende activiteiten:
- Plasma oppervlaktebehandeling voor de functionalisatie van oppervlakken en poeders;
- Lasertechnologie voor het verbinden, bewerken en de oppervlaktebehandeling van materialen;
- Poedervormgeving van keramische en metallische materialen, inclusief biomaterialen;
- Geavanceerde karakterisering van de microstructuur, mechanische en tribologische eigenschappen van materialen en oppervlakken, inclusief ondersteunende modellering
Oppervlaktebehandeling, verbinden van materialen, en poedervormgeving zijn sleuteltechnologieën voor de materiaalverwerking van de toekomst. Het betreffen echte "bottom-up", of "additionele" productietechnieken die toelaten op een duurzame wijze producten met hoge toegevoegde waarde aan te maken, met een minimum van afvalstromen.
"Top-down vs. bottom-up" aanmaak van producten: Top-down vertrekt van massief materiaal waaruit het gewenste product wordt bewerkt. Bottom-up vertrekt van individuele atomen/moleculen modules van waaruit het gewenste product wordt opgebouwd. De natuur maakt gebruik van dergelijke bottom-up werkwijze, bvb. in de groei van schelpen en kristallen, en de celdeling.
Oppervlaktebehandelingen met de laser kunnen een belangrijke meerwaarde geven in toepassingen waar de excellente eigenschappen van laser coatings zijn vereist, zoals voor offshore constructies tegen corrosie, en extreme slijtagetoepassingen zoals bij matrijzen, turbines, …
Plasmabehandeling bij atmosfeerdruk en lage temperatuur is een sterk vernieuwende technologie voor de behandeling van oppervlakken, die tal van mogelijkheden biedt voor de functionalisering van oppervlakken.
In vergelijking met vacuüm plasma processen bijvoorbeeld kunnen atmosferische plasma processen in-line en op grote schaal worden ingezet, met hogere depositiesnelheden en dit tegen een lagere investeringskost. Plasma technieken bieden ook voordelen op het vlak van milieu en flexibiliteit van procesvoering ten opzichte van conventionele natchemische processen.
We mikken op de volgende oppervlakte functionaliteiten gebruik makende van deze nieuwe technologie:
- Gecontroleerde en permanente adhesie en release eigenschappen van folies, het afstemmen van hydrofobe/hydrofiele eigenschappen van materiaaloppervlakken voor het printen en verlijmen, enz.
- De immobilisatie van bio-actieve substanties voor de biofunctionalisering van oppervlakken, bvb. textiel met heelkundige en anti-microbiële werking, bio-katalytische oppervlakken, anti-fouling toepassingen, enz.
- Het verbeteren van de wrijvings-, slijtage en anti-corrosie eigenschappen van oppervlakken. Mbt. het laatste kunnen elektrisch geleidende polymeren worden gebruikt, die tevens perspectieven openen naar actieve elektronische toepassingen.
De verhoogde levensverwachting van onze bevolking levert nieuwe uitdagingen op het vlak van levenskwaliteit en maatschappelijke systemen van gezondheidszorg.
Een veelvoud aan materialen en designs zijn ontwikkeld om goed te kunnen interageren met biologische systemen. Een multidisciplinaire aanpak is nodig om bio-compatibiliteit, mechanische sterkte en andere vereiste biofysische eigenschappen te combineren. De trend om materiaaltechnologie en biotechnologie te verbinden wordt nog versterkt vanuit de wereldwijde interesse in regeneratieve geneeskunde, of tissue engineering. Nieuwe technologieën komen op, die materiaalkunde, geneeskunde en biologie combineren om functies van het lichaam te bestendigen, vervangen of verbeteren. Op lange termijn streven we ernaar om organen en weefsels op te bouwen, binnen of zelfs buiten het lichaam, gebruik makende van bio-compatibele en bio-degradeerbare materiaalstructuren. Celtechnologie kan daarbij worden gebruikt om deze processen te stimuleren en te versnellen.
De strategische onderzoeksactiviteiten van VITO is hierbij gericht op de aanmaak van gecontroleerde poreuze structuren met functionele oppervlakken om meerwaarde te creëren aan de verschillende tissue engineering structuren. De onderzoeksactiviteiten zijn gericht op de ontwikkeling van aangepaste 3D materiaalstructuren, en de functionalisatie van het oppervlak door micro-structureren, coatings, en het toevoegen van medicijn-systemen met gecontroleerde afgifte.
Voor de validatie van dergelijke biomedische systemen is een uitgebreide in vitro en in vivo screening vereist, die gebeurt in nauwe samenwerking met complementaire partners gespecialiseerd in biomedische praktijken.
