ia special november 2012 ia special - rvo.nl materials... · 2013-08-07 · voorwoord ia netwerk -...
TRANSCRIPT
IA SpecialAdvanced Materials
IA Special | november 2012
Advanced Materials
Inhoud04 | Voorwoord
• 04 | Special Advanced Materials• 05 | IA Seminar Advanced Materials
20.12.2012• 06 | Column: Self Healing Materials in
Nederland
07 | Israël• 07 | Smart materials in Israel
09 | Rusland• 09 | De Russische economie vraagt om meer
kennis en innovatie
12 | Brazilie• 12 | Onderzoek naar nieuwe materialen
in Brazilië
13 | Nederland
• 13 | Smart materials In Nederland: Van Fundamenteel Onderzoek naar Innovatieve Maatschappelijke Toepassingen
17 | EU• 17 | EU-beleid en smart materials
21 | Frankrijk• 21 | Frankrijk versterkt innovatievermogen in
materialen en nano-elektronica• 23 | SNECMA en ALBANY ontwikkelen
composiet motoronderdelen • 24 | Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame
aardmetalen en zoekt naar diepzeemijnen
• 28 | Franse onderzoekers maken een unieke thermoharder met de eigenschappen van glas én rubber
29 | Duitsland• 29 | Het sluiten van de keten van slimme
materialen• 32 | 3.8 miljoen euro voor het ‘raam’ van de
toekomst uit Zwitserland.• 33 | Warmteopslag in Zeoliet-bolletjes
34 | Singapore• 34 | Ontwikkeling en toepassing van
intelligente en zelfherstellende materialen in Singapore
36 | Japan• 36 | SlimmematerialenvoordeJapanse
maatschappijvandetoekomst• 38 | Japan:theofficeofthefuture• 42 | SlimmematerialenindeStadvande
Toekomst• 46 | Japansonderzoeknaarzelfhelende
materialen• 48 | Japansnieuwenationalecomposieten-
centrumvoordeauto-envliegtuigindustrie
• 52 | ComposietmaterialenentechniekenindeJapanseluchtvaartsector
• 55 | Blauwfluorescerendenanocapsule• 56 | Developmentofbiomedicalmaterials
forfuturenewmedicines• 59 | Japanonderzoektnieuwethermo-
elektrischematerialen• 62 | Japanseinnovatiesinflexibelegeprinte
elektronica• 66 | NanoisbiginTaiwan• 69 | Alternativesub-seasourcesforminor
metalsandrareearths• 72 | YttriumuitJapanszeebodemslib?• 73 | Hitachiontwikkeltmotorzonder
zeldzameaardmetalen• 74 | “Groenebanden”opwegnaareen
duurzamesamenleving• 76 | Slimmematerialenvoorelektronisch
papierinkleur
79 | Zuid-Korea• 79 | Koreaanseinnovatieingrafeen• 83 | Environmentandhigh-efficiency,
catchingtwoatonce
87 | China• 87 | SmartMaterialsinChina• 90 | Geheugenmaterialentegen
namaakproducten• 90 | Krasvrijnaeenregenbui• 91 | Zelfherstellendegel• 91 | Zonnebadendevlinders
92 | India• 92 | MaterialenonderzoekinIndia
95 | Verenigde Staten• 95 | Zeldzameaardmetalenin
Noord-Amerika• 98 | SteedsmeertechniekinNoord-
Amerikaanstextiel• 101 | Zelfherstellendematerialenin
Noord-Amerika• 105| Gebruikvanlichtgewichtmaterialen
invoertuigen
108 | Colofon
VoorwoordIA Netwerk - Den HaagSpecial Advanced Materials Geachtelezer,VooruligtdeIANetwerkSpecialAdvanced Materials.Begin2012werdalduidelijkdatdeNederlandsematerialenR&Dgemeenschapbelangstel-ling toondeomopeenaantaldeelterreinenrondbuitenlands materialenonderzoekenontwikke-lingennadertewordengeïnformeerd alsopstapnaarhetpakkenvankanseninhetbuitenland.Datheeft-in afstemmingmethetMinisterievanEconomischeZaken-geresulteerdindezespeciale publicatievanhetIANetwerk. De“rollingagenda”vandetopsectoren(HTSMenChemie,maarzelfsookenergie)kanzogevoedworden metideeënvoorR&Dsamenwerking,voorbusinessdevelopementeninvesteringsbevorde-ringen vooreigenR&Dplannen.DatisnietonbelangrijkwanthetbuitenlandwachtnietopNederlandalshetgaatomR&Denwerkenaanconcurrentieeninnovatievermogen.Succes isinzekerezineenproductvantalent,energieenfocus. DaaromzijndeInnovatieAttachészichgaanconcentrerenopdriespecifiekeenactueleR&DdeelterreinenwaarveelkansenenuitdagingenvoorNederlandliggen: dezelfhelendematerialen,dezeldzameaardmaterialenendeindustriëletextiel/composieten. Inbijgaandepublicatietreftu eenoverzichtvaninhetoogspringendeontwikke-lingen diewijgraagonderuw aandacht willenbrengen.DeInnovatieAttachésdieindenieuwelandenwaarhetIANetwerk-alsuitvloeiselvandestrategievanhetMinisterieEconomischeZaken-recentelijkactiefgeworden,hebbenookeeneerstebijdragegedaan.Hetgaatomkorteoflangere impressies van hetmaterialenonderzoekinbijvoorbeeldRusland,maarookBraziliëenIsraël.Mochtunahetlezenmeerwillenweten,aarzelnietomcontactoptenemen. ZoalsuzultmerkenmaakthetIANetwerkookveranderingenenversterkingendoor.TheoGroothuizenisdezezomerbegonneninSaoPaulo,
JelleNijdamditvoorjaarinNewDelhi,RobertThijsseninSanFrancisco,RogerKleinenbergisgestartinWashingtonDC.InRuslandisJoyceTenHolteraandeslaggegaanterwijlKasperNossentinTaiwantotuwdienststaat.DaarnaastishetnetwerkactiefinIsraël,metPaulJanseninTelAviv.MarcNellenisteruggkeerdnaarhetMinisterienaeenperiodevan4jaarinSanFrancisco. Afgelopenmeiheeft IAthuisbasiscollegaSebastiaanBerendse eenfunctieaanvaardbijK+V.Vooreenpassendevervullingvanvrijvallendetaken isgezorgd:per1oktoberisHansBoschgestart.Hijdoetdeinhoudelijkcoördinatievanditonderwerpendevoorbereidingvanhetseminar.HansischemischtechnoloogenwerkteeerderondermeervoordeR&DafdelingvanAkzo-NobelenmeerrecentelijkvoordeafdelingInnovatie-kredietenvanAGNL/Innovatie.DaarnaastisdeIAthuisbasis dekomendetijdook versterktmetdeinzetvan RoyPaulissen.Royis actiefbetrokkenbijhetandereonderwerpwaarhetnetwerkzichditnajaaropheeftgeconcentreerd:Smartgrids&energystorage.Voorditonderwerpverwijsikugraagnaardeanderespecialdiegelijktijdigverschijnt. Totslotnogdit: na8jaar werkzaam geweesttezijnvoorhetnetwerk,eerstals“tweede” man opdethuisbasisbijEZ endeafgelopen5jaaralsmanagervanhetnetwerk c.q.hoofdthuisba-sis bijEVD/AGNL -benik-alsuditleest-alper1november gestartalsManagerEUResearchfunding&InternationalprogrammesbijdeTUDelft.Vooreenpassendevervullingvanvrijval-lendetaken bijdethuisbasisvanIANetwerkwordtgezorgdmetalsdoeldedienstverleningvanhetIANetwerkaandedoelgroepenophetpeiltehoudenzoalsudatvanditnetwerkmagverwachten. Servaas Duterloo
4 | IA Special | november 20112
IA Seminar Advanced Materials 12 December 2012
InsamenwerkingmetDPI/M2i/NWOenIOPSHMorganiseerthetIANetwerkop12decembera.s.eenseminarmetinternationalesprekers.ToponderzoekersuithetbuitenlandgaannaastNederlandsesprekersinophunonderzoekenlichtendestatusvanR&DinhunlandophetgebiedvanAdvancedMaterialstoe.In3sessiesgaaninternationaleexpertshuninnovatieveexpertisedelenophetgebiedvanSelfHealingMaterials,technicaltextilesandcompositesen“specialuseofAdvancedmaterials”(zoalsdevervangingvanzeldzameaardmetaleninenergie-toepassingen).Ditseminarbiedtinformatieophet
gebiedvantechnologischeontwikkelingenenbiedttevenskansenvoorinnovatieveeninternati-onalesamenwerking.Dedagstaatondervoorzit-terschapvanTomPalstra,directeurZernikeInstituteofAdvancedMaterials.HetseminarvindtplaatsinhetWorldForuminDenHaag.
Meer informatieHansBosch
IA Thuisbasis - Den Haag
5 | Advanced Materials
professor Sybrand van der ZwaagScientificDirectorDelftCenterforMaterialsDirectorIOPprogramSelfHealingMaterials
Self Healing Materials in NederlandHetministerievanEconomischeZaken,LandbouwenInnovatiewillangdurigestrategischeR&D-samenwerkingtussenbedrijvenenpubliekgefinancierdekennisinstellingenopsleutel-gebiedenstimuleren.EenvandemiddelenomdittebereikenzijnInnovatiegerichteOnderzoeksprogramma’s(IOP’s).Eénvandelaatsteprogramma’s,ishetIOPSelfHealingMaterials(IOP-SHM),datopinitiatiefvanProf.dr.ir.S.vanderZwaagvandeTechnischeUniversiteitDelfteninopdrachtvanhetministerievanEconomischeZakenin2006isopgezet.
HetIOP-SHMhoudtzichbezigmetonderzoeknaarmaterialenmeteenzelfherstellendvermogenafkomstiguitde5belangrijkstetechnischemateriaalklassen:polymeren&composieten,metalen&keramischematerialen,beton&asfalt,coatings,enfunctionelematerialenzoalsbatterijenenmicro-elektronica.Momenteelparticiperen5Nederlandseuniversiteiten(Delft,Eindhoven,Twente,GroningenenNijmegen),TNO,NLRencirca65Nederlandsebedrijveninditprogramma.Sinds2006heeftditIOPal40onderzoeksprojectengefinancierdinsamenwerkingmethetaangeslotenbedrijfsleven.
Ookalishetprogrammapas6jaaractief,tochzijneraldiverseprojectresultatengoedopwegnaargrootschaligecommerciëleintroductie.Zoisereenzelfherstellendbetonontwik-keld,dezewordtgemengdmetbacteriën,zodrainhetbetonscheurtjesontstaanenvochtdoordringt,wordendebacteriënactief,hunafscheidingdichtdescheurtjesinhetbeton,corrosie/betonrotkrijgtgeenkans.OphetgebiedvanPolymeren&Composietenwordtveelonderzoekgedaannaarhetzelfherstellendvermogenvanpolymerenverbindingendoorverhittingofdooreentoevoegingdiebijvoorbeeldhetoppervlakteprofielhersteltendezelfdestevigheidbehoudt.Onzeolie-industrieiszeergeïnteresseerdinzelfherstellendolieleidingenendeproducentenvanwindenergiewillengraagmeewerkenaanonderzoeknaarzelfherstellendeoppervlaktecoatingsvoorhunwindmolens.BijonderzoeknaarzelfherstellendemetalenenkeramischematerialenzijndeIOPonderzoe-kerseringeslaagdnieuweSelfHealingconceptenvoorturbinebladenenstatischehogetemperatuurinstallatiesteontwikkelen.Erisnogeenlangewegtegaantotdetoepassingindepraktijk,maaralsweslagenindedoelstellingendanwordtenblijftNederlandeenwereldspeleropditgebiedvanhigh-techinstallaties.EengrootsuccesisdeuitrolvanhetzelfherstellendZOABasfalt,watinmiddelsalsproefvakop4plaatsenopdeNederlandsesnelwegenligt.DebelangstellingvanlocaleennationaleoverhedenisgrootenhetgedragvanhetnieuweSH-ZOABisbovenverwachting.
HetonderzoeknaarzelfherstellendeFunctionelematerialenstarttepasin2010enrichtzichopzelfherstellendebatterijen,solarcellsenoled’s.Deprojectenbevindenzichnoginhetfundamentelestadiummaarzijndesondanksleidendinhetvakgebied.
DesterkeNederlandsepositieinhetvakgebiedblijktookuithetsuccesbijdeEuropesefondswerving:allein2012toegekendeEuropeseprojectenopgebiedvanSelfHealingMaterialenstaanonderNederlandsecoördinatieofhebbeneenbelangrijkeinhoudelijkeNederlandseinbreng.
DegroteuitdagingvanhetIOP-SHMindekomendejarenisomonzeonderzoeksvoorsprongtevertaleninnieuweeconomischeactiviteitendieeenbijdrageleverenaandeNederlandseeconomie.Uwhulpdaarbijisvanhartewelkom,zonietcruciaal.
www.novam.lr.tudelft.nl
Column
Israël | Smart materials in Israel: Veel potentie in clean tech-materialen
Een staaltje Israëlisch vernuft betreft een coating die in 2018 op de James webb-telescoop de ruimte in zal gaan. Samen met de Nobelprijs in 2011 voor de quasikristallen van Dan Shechtman is dit een mijlpaal in de Israëlische materiaaltechnologie. De meeste materiaalontwikke-ling in Israël heeft betrekking op de opwekking van duurzame energie. Er liggen bijvoorbeeld veelbelovende toepassingen op het gebied van zonne-energie, brandstofcellen en piëzo-elektrische generatoren. De ruime aanwezigheid van durfkapitaal is een sterk punt in Israël, maar de commercialisatie van vindingen blijft desondanks tot nu toe wat achter.
Hetzwartstezwart.DatwordteenbelangrijkingrediëntomdeopvolgervandeHubbleruimtetelescoopuit1990teverbeteren.Dezeopvolger,deJamesWebb-infraroodtelescoop,gaatwaarschijnlijkin2018deruimtein.Detelescoopheeftalsmissiedeeerstesterrenstelselstevindendieontstaanzijnnadeoerknal.HetIsraëlischebedrijfAcktarAdvancedCoatingslevertdeAmerikaanseruimtevaartorganisatieNASAendedeEuropesependantESAdeoptischezwartecoatingdiedegevoeligetelescoopnodigheeftominfraroodteabsorberen.Daarmeekandeteles-coopinterferentie,dusverstorendeeffectenonderdrukken.Decoatingissterkabsorberendenheefteenzeerlagereflectie.Daarnaastiszijdun,goedhechtendenthermischstabiel.Acktargebruiktvoorhetaanbrengenvandecoatingvacuümdepositie.Dezetechniekzetonderdrukatoom-per-atoomofmolecuul-per-molecuullagenafopeensubstraat.
Nobelprijs voor quasi-kristallenIsraëlischeuniversiteitenzijnverophetgebiedvanmateriaalonderzoek.Ditkomtdeelsdoordatdeoverheidvan2006tot2011eenimpulsgafaandeontwikkelingvannanomaterialenennano-elek-
tronica.Dezedeelgebiedenkregenprioriteitomdathierbaanbrekende,commercieelaantrekkelijkeinnovatieswerdenverwacht.Voordezeprioritairegebiedenwerdeen‘fundingtriangle’opgezet.Overheidenuniversiteitenverhoogdenprivé-investeringen,waardoordezeinbrenguiteindelijkverdrievoudigde.OokwerdhetNanoFunctionalMaterialconsortiumgestichtdateenverdereimpulsmoetgevenaanhetnanomaterialen-onderzoek.In2011ontvingmateriaalwetenschap-perDanShechtmanvanhetTechnionInstituteofTechnologyinHaifadeNobelprijsvoorscheikun-de.In1982ontdektehijquasi-kristallen,eenmateriaalwaarinatomenschijnbaarregelmatiggeordendzijn,maarwaarininwerkelijkheidgeenstructureelherhalendpatrooninteherkennenis.Voordienwerddezeatoomstructuuronmogelijkgeacht.Materiaalwetenschappersonderzoekenquasi-kristallenomdatzehard,broosengladzijn.Eenandereinteressanteeigenschapishunslechteelektrischegeleiding,integenstellingtotdemeestemetalendieuitstekendegeleiderszijn.
Sterk in clean techIsraël’ssterkemarktvoordurfkapitaaljaagtdecommercialisatievantechnologischeinnovatiesaan.In2010trokIsraël170USDdurfkapitaalperhoofdvandebevolkingaan,bijna100dollarmeerdandeVerenigdeStatendiemet75dollaropdetweedeplekstaan.EensuccesvolresultaatvandieinvesteringenisCellEra,eenbedrijfwaarinonderandereVodafoneVenturesinvesteerde.Hetontwikkeltmembraan-brandstofcellen(PFM-FC)waarinhetgebruikelijkeplatinametzijnhogeensterkfluctuerendeprijsisvervangendoorminderkostbareelektrolytenoppolymeerbasis.DitzorgtervoordatCellErabrandstofcellentegenstabiellagerekostenkanrealiseren.Ditleverdehetbedrijfin2010en2012detitel‘GlobalCleantechtop100
Smart materials in Israel:Veel potentie in clean tech-materialen
Israël
7 | Advanced Materials
Israël | Smart materials in Israel: Veel potentie in clean tech-materialen
company’op.Opdezecleantech-indexstaatIsraëlopdetweedeplekachterDenemarken.Hetlandontwikkeltgoedenieuwecleantech-kennis.Eenzwakkeplekishetcommercialiserenvandezekennistotpraktischtoepasbareinnovaties.HetMagnet-overheidsprogrammavandeOfficeoftheChiefScientiststeunthetconsor-tiumdoortweederdevanhetbenodigdeonderzoeksbudgetbeschikbaartestellenaanindustriëlepartijen.Academischepartnerskunnentotnegentigprocentfinancieringkrijgen.Hetconsortiumomvatachtindustriëlepartnersenvieracademischeinstituten.
Zonne-energieHetSolarEnergySolutions(SES)consor-tiummoetdecommercialiseringvandekennisoverzonne-energiestimuleren,zoalshetNanoFunctionalMaterialconsortiumdatheeftgedaanvoordenanotechnologie.HetSES-consortiumheeftdriewerkgroepenopgericht.Binnenelkeervanspeeltmateriaalonderzoekeenbelangrijkerol.Dewerkgroepdieonderzoekdoetnaaropkleurstoffengebaseerdezonnecellen(DSSC)probeerthetgebruikelijkeglastevervangendoorminderbreekbaar,lichterenflexibelermateriaaldanglas.Optieszijnbepaaldepolymeren,ofzeerdunglasmetdegewensteeigenschappen.Eenanderewerkgroepdoetonderzoeknaarthermi-schezonne-energie.Bijtemperaturenrondde750°Ckanzonne-energieefficiëntinelektriciteitwordenomgezet.Daarbijgaatwelenergieverlorenviawarmteverlies.Erzijnnoggeenabsorberendecoatingsdiebijdezetemperaturenkunnenfunctione-ren.OnderandereAcktar,HebrewUniversityinJeruzalemenTechnionnemendeelaandezewerkgroepwaarinfundamenteelonderzoekplaatsvindtnaarnieuwecoatingsdieditwelkunnen.Deaandachtgaatuitnaarabsorberendepigmenteninspinels;harde,glasachtigemineralen.Daarmeewillendebetrokke-nensterkabsorberendecoatingontwikke-lendieweiniglastvanwarmteverlieshebbenenzeerhittebestendigzijn.Erzijnnogongepubliceerderesultatenbekend,waarindezemethodeabsorptiewaardenvan94%bereikt.Hetstrevenisomdezewaardenaar96%tebrengen.
Een vierbaans autoweg van een kilometer met generatoren vijf centimeter onder het asfalt zou vierhonderd kilowattuur kunnen opwekken
Piëzo-elektrische generatorenTechnionheeftdaarnaasteensamenwer-kingsverbandmethetbedrijfInnowattech,gespecialiseerdinhetbenuttenvanenergiedieinbestaandeprocessenverlorengaat.Eenpiëzo-elektrischegeneratorzetverschilleninbeweging,gewicht,vibratieentemperatuurominduurzameenergie.Doordezegeneratorenbijvoorbeeldinasfaltteplaatsenkanenergiewordenopgewekt.Degeneratorbestaatuitpiëzo-elektrischekristallendieeenladingopbouwenalsermechanischestressophetmateriaalwordtuitgeoefend.Uiteraardishetdebedoelingdehoeveel-heidenergiediedegeneratorkanopwekkentemaximaliseren.Daarnaastzijndemechanischeeigenschappenvandegeneratorenbelangrijk;dezemogendewegbijvoorbeeldniet‘zachter’maken,waardoorauto’smeerenergienodigzoudenhebbenomzichvoortebewegen.Eenvierbaansautowegvaneenkilometermetgeneratorenvijfcentimeteronderhetasfaltzouvierhonderdkilowattuurkunnenopwekken.Datkomtovereenmetdeenergiebehoeftevanvijfhonderdhuishoudens.Deenergiekanaanhetelektriciteitsnetwordengeleverdofkandirectwegverlichting,stoplichtenenwaarschuwingsbordenvoeden.Degeneratorenkunnenookonderspoorstavenoftrottoirswordenaangebracht.Detechniekkanookdienstdoenomhetspoornetslimmertemaken.Ditzoueenzelfvoorzienendsysteemvoormetingvanbijvoorbeelddesnelheid,hetaantalwagonsendewieldiametervanrijdendetreinenmogelijkmaken.
Gefragmenteerde kennisNederlandheefteeninstituutvoormateriaalinnovatiewaarinoverheid,bedrijfslevenenkennisinstitutensamen-werken.Gezamenlijkproberenzeonderzoekenvalorisatieingoedebanenteleiden.Israëlkentgeenovereenkomstiginstituut.Demultidisciplinairemateriaal-kennisinhetlandisgefragmenteerd,maarwelbeschikbaarinveelverschillendedomeinen.Daaronderzijndefensie,mobiliteit,ruimtevaart,lifesciencesenhightech.Dekennisisaanwezigopuniversiteiten,binnenstart-upsenR&D-centravanmultinationals.Dezepartijenzettenhunkennisookgraaginhetbuitenlandin.
Meer informatiePaulJansen
Email: [email protected]
IA Israël
8 | IA Special | november 2012
Rusland | De Russische economie vraagt om meer kennis en innovatieIsraël | Smart materials in Israel: Veel potentie in clean tech-materialen
Rusland
Innovatie Attaché in MoskouRuslandistoegevoegdaandelandenlijstvanhetnetwerkvanInnovatieAttachés.VanafditnajaarwordtdeNederlandseambassadeinMoskouversterktomtechnisch-wetenschappelijkeenstrategischesamenwerkingvoorenmetNederlandsebedrijven,kennisinstellingenenoverheidsorganisatiestebevorderenenomkansrijkeontwikkelingeninRuslandtevolgenophetgebiedvankenniseninnovatie.
Waarom Rusland?Ruslandiseenopkomendemarkt,kenteenenormerijkdomaangrondstoffenenbehoorttotEuropa,zijhetindeperiferie.Metruim140miljoeninwonersisheteenuitdagendemarktvoorNederlandseondernemers.NaarverwachtinggroeitdeRussischeeconomieditjaarmetongeveervierprocent.DerecenteWTO-toetredingzaldeeconomieoptermijntransparantermakenenhetzakendoenbetervoorspelbaar.VolgensexpertsleverthetWTO-lidmaatschapvanRuslandopkortetermijnzo’nviermiljardeuroopvoordeEU-landengezamenlijk.Ditkomtmetnamedoordatinvoertarievenverlaagdwordenenhandelsbarrièresverminderd.DoordeWTO-toetredingwordenRussischebedrijvenintoenemendemategeconfronteerdmetinternatio-naleconcurrentie.Ditdwingtzeommeerteinvesterenininnovatie.BovendienzetdeRussischeoverheidsterkinophetstimulerenvaninnovatievoortoekomstigeeconomischegroei.DatallesbiedtmogelijkhedenvoorNederlandsebedrijvenenkennisinstellingen.VandaardathetministerievanEconomischeZaken,LandbouwenInnovatieheeftbeslotenomeenInnovatieAttachéinMoskouteplaatsenomvoorNederlandbelangrijketechnologischeontwikkelingentevolgen,eennetwerkvanbelangrijkespelersoptebouwen,kansentesignalerenenteverzilveren.
Beleidsdoelstelling: meer private R&DDiversificatieenmoderniseringstaanalgeruimetijdhoogopdebeleidsagendainRuslandomdeeconomieminderafhankelijktemakenvanolieengas.Totdusverheeftdatnietveelresultaatgehad.Deoverheidrichtzichechterintoenemendemateopinnovatiealssleuteltotsuccesopdelangetermijn.Hetkoersbepalendebeleidsdocument‘StrategyofInnovationDevelopmentoftheRussianFederationfortheperioduntil2020(InnovativeRussia-2020)’steltalsdoelomdeR&D-uitgaventelatentoenementotdrieprocentvanhetBBPin2020.Deafgelopenjarenlagditcijferopnetietsmeerdanéénprocent.InabsolutetermenzijndeR&D-uitgavendeafgelopenjarenoverigensalflinkgestegen.
Russische R&D uitgaven, 2006-2010
2006 2007 2008 2009 2010
% / BBP 1,07 1,12 1,04 1,24 1,11
Mld. EUR 8,5 10,6 11,8 11,0 13,0
(Bron: EUROSTAT, 2011.)
HetstrevenisbovendienomdeverhoudingtussenpubliekenprivaatgefinancierdeR&Dtewijzigen.Hetoverheidsaandeelzoumoetenafnemenvan69procentin2010tot43procentin2020.OndanksdezeambitiezijndepubliekeR&D-uitgavenjuistforstoegenomendelaatstejaren;inabsolutetermenvan2,4miljardeuroin2006tot5,9miljardeuroin2010.Voor2012staateenbedragvan7,8miljardeuroopdefederalebegrotinggereserveerdvoorwetenschapenonderzoek,exclusiefdefensie-onderzoek.Volgensdeofficiëlestatistiekenbedroegin2010hetdoorhetbedrijfslevengefinancierdeR&D-aandeel0,63procentvanhetBBP.Indeperiode2006-2009lagditcijferrond0,7
De Russische economie vraagt om meer kennis en innovatie
9 | Advanced Materials
Rusland | De Russische economie vraagt om meer kennis en innovatie
procent.HierbijdientechterrekeningtewordengehoudenmethetfeitdateengrootdeelvandezeR&D-uitgavenvoorrekeningkomtvaneenaantalgrotebedrijveninpubliekeigendom.
Prioriteiten Binnenhettechnisch-wetenschappelijkdomeinheeftdeRussischeoverheiddevolgendeprioriteitenbepaald:veiligheidenterrorismebestrijding,nanotechnolo-gie,ICT,lifesciences,defensie,milieutech-nologie,transportenruimtevaart,energie-efficiencyennucleairetechnolo-gie.MetdezeselectiezetdeoverheidzowelinopRussischetopsectorenzoalsICT,ruimtevaartennucleairetechnologie,alsopgebiedenwaarmaatschappelijkeuitdagingenliggen,zoalsveiligheid,lifesciencesenenergie-efficiency.
Sterkten en zwaktenOmtoteenmeerinnovatiegedreveneconomietekomenkanRuslandvoort-bouwenopeenaantalsterkten.Datzijneenhoogopleidingsniveaueneensterketechnisch-wetenschappelijketraditie,specifiekbinnendomeinenzoalsfysicaenwiskundeensectorenzoalsruimtevaart,energieennucleairetechnologie.Minderontwikkeldisdeinnovatie-activi-teitbinnenhetbedrijfsleven.Russischebedrijvenspenderenveelminderaaninnovatieinvergelijkingmethuninternationaleconcurrentenindezelfdesector.In2009wasslechts9,3procentvandeindustriëlebedrijvenactiefintechnolo-gieontwikkeling.DeRussischeeconomieproduceertweiniginnovatieveproductenendeonderzoeksinfrastructuurissterkverouderd.HetovergrotedeelvandeR&D-intensieveexportproductenbestaatuitruimtevaart-ennucleairetechnologieenmaterialen.RussischebedrijvenvoelenweinignoodzaakominR&DteinvesterenenhetR&D-klimaatisvoorverbeteringvatbaar.Ruslandstaatopde56steplaatsopdeGlobalInnovationIndex,tussenServiëenOman.Demeesteinnovatie-activiteitismomenteeltevindenindeautomobielin-dustrie,detelecommunicatie,lucht-enruimtevaart,dechemischeenpetrochemi-scheindustrie,dedefensie-industrie,deproductievaninstrumentenendescheepsbouw.
Innovatiebevordering binnen de staatsbedrijven
OmdeR&D-uitgaveninhetbedrijfsleventevergrotenrichtdeoverheidzichonderandereopdestaatsbedrijven.Deoverheidvoerteenactiefbeleidomgrotestaatsbe-drijventebewegenominnovatieprogram-ma’steontwikkelen.Dezeprogramma’shebbeneenlooptijdvanvijftotzevenjaarenmoetengerichtzijnopdeontwikkelingvannieuwetechnologieëneninnovatieveproductenendiensten.Inmiddelszijndeinnovatieprogramma’svan48staatsbedrij-venvastgesteld,goedvooreentotaleR&D-investeringvan105miljardeurotot2020.HetgrootstedeelkomtvoorrekeningvanGazpromenRussianRailways.
Innovatiebevordering binnen de onderwijs- en onderzoeksinstituten
DeafgelopenjarenheeftdeRussischeoverheideenhervormingvanhethogeronderwijssysteemdoorgevoerdmetalsdoelomderesearchactiviteitenvanuniversiteitenteversterkenenmeerintezettenopkennisvalorisatie.Bestaandeuniversiteitenzijnsamengevoegdtot‘FederalUniversities’omopdiemanierexpertisecentratecreëren.Defederaleuniversiteitenhebbenalstaakeenbijdrageteleverenaandesociaal-economischeontwikkelingvandeRussischeregio’sdooronderwijs,onderzoek,bedrijfslevenenmaatschappijdichterbijelkaartebrengen.Daarnaastisdoormiddelvaneencompeti-tiefselectieproceseennetwerkvan‘NationalResearchUniversities’gevormd.ZoweldeFederalUniversitiesalsdeNationalResearchUniversitiesontvangensubstantiëlebudgettenvandeoverheidomdekwaliteitvanonderwijsenonderzoekteverbeteren.Indeperiode2012totenmet2015isdeRussischeoverheidvanplanom450miljoeneurotespenderenaanhetstimulerenvandesamenwerkingtussenuniversiteitenenbedrijven.Subsidieswordenbeschikbaargesteldvoorhigh-techstart-upsgerichtophetcommercialiserenvanwetenschappelijkeonderzoeksresulta-ten.Alsvoorwaardegeldteenprivateco-investeringvanvijftigprocent.Desubsidieswordenverstrektopbasisvaneentenderprocedure.
Ineenpogingomdeheleinnovatieketenbijeentebrengen-vanfundamenteelonderzoektotdeproductievanprototypesvoorinnovatieveproducten-zijnerplannenomeennetwerkvanNationalResearchCenterstecreërenvoordehierbovengenoemdeprioritairegebieden.HeteerstepilotprojectdatmomenteelinuitvoeringisbetrefthetNationalResearchCentre‘KurchatovInstituut’;eensamen-voegingvanhetRussischeonderzoeksinsti-tuut‘Kurchatov’methetKonstantinovNuclearPhysicsInstitute,InstituteforHighEnergyPhysicsenInstituteforTheoreticalandExperimentalPhysics.Hetnieuweonderzoekscentrumzalzichgaanrichtenopnanotechnologieenenergie(productieenbesparing).
Versterking van de innovatie-infrastructuur
Deoverheidzetsteviginopversterkingenuitbreidingvandeinnovatie-infrastruc-tuur,onderanderedoorteinvestereninnieuweonderzoeksfaciliteiten.Hetmegascienceprogrammadatmomenteelinuitvoeringis,bevateenzestalgroteprojecten,waarvandriemetbuitenlandsepartnersencofinanciering:• TokamakIGNITORprojectaanhet
TroitskInstituteofInnovativeandThermonuclearResearch,samenmetItalië;
• NICAcollidorprojectaanhetJointInstituteforNuclearResearchinDubna,samenmeteenaantalGOSlandenenZuid-Afrika;
• NeutronresearchreactorPIKaanhetSt.PetersburgNuclearPhysicsInstitute,samenmetDuitsland.
Ruslandheeftgeïnvesteerdineenomvangrijknetwerkvantechnoparken,innovatiecentraenbusinessincubators.Ditnetwerkzalnogverderwordenuitgebreidviafederaleénregionaleoverheden.Ineenaantalregio’szijnSpecialEconomicZones(SEZ)voortechnologie-ontwikkelingingesteld:Sint-Petersburg,Tomsk,ZelenogradenDubna.BedrijvendiezichvestigenineenSEZkomeninaanmerkingvoorgunstigebelastingvoorwaardeneninvoerregelingen.
10 | IA Special | november 2012
Rusland | De Russische economie vraagt om meer kennis en innovatieRusland | De Russische economie vraagt om meer kennis en innovatie
SkolkovoEénvandemeestinhetoogspringendepogingenomdeRussischeeconomietediversificerenentemoderniserenishetprojectSkolkovo;deRussischeambitieomeenSiliconValleytecreërenindebuurtvanMoskou.Skolkovobrengtwetenschap-pers,bedrijfsleveneninvesteerderssamenmetalsdoelominnovatiestotstandtebrengeninvijfprioritairesectoren:informatietechnologie,biomedischeindustrie,energie-efficiëntie,ruimtevaartennucleairetechnologie.Deinnovatiestadinwordingzalnaastonderzoekslaboratoriaeneenbedrijvenparkvoorhigh-techstart-upsookeenprivateonderzoeksuni-versiteitgaanhuisvesten:hetSkolkovoInstituteforScienceandTechnology(SkTech),datwordtopgezetinsamenwer-kingmethetMassachusettsInstituteofTechnology.OokSkolkovoisaangemerktalsSpecialEconomicZone.DiversegrotewestersebedrijvenzoalsSiemens,Cisco,NokiaenBoeingenRussischegigantenzoalsRosatom,GazpromenSberbankhebbeninvesteringeninhetprojecttoegezegd.VooralsnogwordtSkolkovonogvoorna-melijkuitpubliekemiddelengefinancierd,2,1miljardeurovoordeperiode2011totenmet2013.Ondanksvollepolitiekesteunenbijbeho-renderoyalefinancieringhoudendewetenschappelijkewereldenhetbedrijfs-leven,zowelnationaalalsinternationaal,nogenigeaarzelingomteinvestereninSkolkovo.Deredendaarvoorisonderanderedatheteentop-downopgelegdprojectismetnogweiniginhoudelijkerichting.
Internationale samenwerkingRuslandkijktooknaarhetbuitenlandomdemoderniseringendiversificatievandeeconomieteversnellen.Destrategie‘InnovativeRussia2020’benadrukthetbelangvaninternationalesamenwerkingoptechnisch-wetenschappelijkgebiedenbenoemteenaantalprioriteiten.DatzijnactievedeelnamevanRussischeonder-zoeksinstellingenenbedrijvenininternati-onaleR&Dprogramma’s,hettekenenvanbilateraleenmultilateraleovereenkom-sten,hetbiedenvanmeerondersteuningvoormobiliteitsprogramma’svoor
wetenschappersenhetcreërenvanincentivesominternationaleresearchcen-trainRuslandtevestigen.EenbelangrijkspeerpuntisdeintegratievanRuslandindeEuropeanResearchArea.Inhetverledenbeperktedeinternationalesamenwerkingzichvoornamelijktotfundamenteelonderzoek.DeRussischeoverheidzetnujuistvooralinoptoegepastonderzoekencommercialiseringvanonderzoeksresultaten.
Kansen voor NederlandGemeenschappelijkeprioriteitenencomplementairesterktenlijkeneenvruchtbarevoedingsbodemtebiedenvoorintensiveringvandekennisintensievesamenwerkingtussenbeidelanden.DaarwaarRuslandoverveelfundamentelewetenschappelijkekennisbeschiktenforsinzetophet(top-down)stimulerenvaninnovatie,biedtNederlandhetvermogentotcommercialiseringvandiekennis.DeWTO-toetredingzaldebilateralehandels-relatiesverderversterkenenRussischebedrijventotmeerinnovatieaanzetten.DeRussischeambitieomdeeconomieenhaarindustriëlebasistemoderniserenvergrootzoweldemarktpotentievoorNederlandsekennisintensieveindustriëleproductenendienstenalsdemogelijkhedenvoorR&D-samenwerkingmetRussischeonderzoeksinstitutenenbedrijven.
DenieuweInnovatieAttachégaatdezemogelijkhedendekomendejareninkaartbrengenenNederlandsebedrijvenenkennisinstellingenactiefondersteunenomkansenteverzilveren.Ruslandiseenlandwaardeoverheideenbelangrijkerolspeelt,waardoorhetaanbevelingverdientomintopsectorverbandgezamenlijkmetonderzoekers,ondernemersendeoverheid,de‘goudendriehoek’,naarRuslandoptetrekken.
Meer informatieJoyceTenHolter
Email: [email protected]
IA Rusland
11 | Advanced Materials
Brazilië
InleidingDe laatste dertig jaar heeft onderzoek naar nieuwe materialen in Brazilië een enorme vlucht genomen. Het heeft als onderzoeksthema aan betekenis en belangstel-ling gewonnen in de academische, professionele en industriële sectoren. In Brazilië zijn meer dan vijftigduizend laboratoria binnen kennisinstituten en bedrijven die zich met materiaalonderzoek en -ontwikkeling bezighouden. Ze zijn onderverdeeld in vijf categorieën: keramiek, polymeren, composieten, metalen en halfgeleiders.
Fundamenteelentoegepastmateriaalonderzoek,inBraziliëafgekortalsSME,iséénvandebelang-rijketechnisch-wetenschappelijkeonderzoeks-thema’sinhetland.Hetheeftdeindustrieveeltoonaangevenderesultatenopgeleverdindeautomobielindustrie,devliegtuigbouw,demaritiemesectorenbijvervoermiddelenzoalstreinenenbussen.Binnendezeindustrieënisgrotevraagnaarsterkere,lichtereenduurzamerematerialenzoalsmetaallegeringen,technischekunststoffencomposietenenhightechkeramiek.Naastdecommunicatietechnologieboektookdemedischetechnologiegrotevoortgangdankzijnieuwematerialenvoorapparatuur,gereedschap-penenbiocompatibeleorthesesenprotheses.
Biobased materialenSindsdejarentachtigheeftmateriaalonderzoekzichsteedssnellerontwikkelddoorondermeerdeoprichtingvandeorganisatieHumanResourcesforStrategicActivitiesinSupportofInnovation(RHAE)vandeNationalCouncilforScientificandTechnicaldevelopment(CNPq).Ookhetmateriaal-onderzoeksprogrammavanFundedStudiesandProjects(FINEP)enonderzoekprogramma’sophetgebiedvannanomaterialenhebbendaaraanbijgedragen.MededaardoorisBraziliëéénvandeinteressantstespelersophetgebiedvanbio-basedmaterialen.
Vooral publiek onderzoekNaastbelangrijkeacademischeinstitutenzoalsdeUniversiteitvanCampinas(Unicamp),CNPqenhetNationaalLaboratoriumvoorBioSciences(LNbio)isdeSaoCarlosAdvancedSchoolonMaterialsScienceandEngineering(UFSCar)heteerstetop-opleidingsinstituutvooronderzoeknaarnieuwematerialen.Vooralsnogzijndezeenanderepubliekepartijenverantwoordelijkvoorhetmerendeelvanhetstudiesnaarnieuwematerialen.
Brazilië één van de interessantste spelers op het gebied van bio-based materialen.
SlechtsweinigprivatepartijeninvestereninR&Dophetgebiedvannieuwematerialen,maarzezijnerwel.Voorbeeldenvanbedrijvendieeenleidenderolspeleninhetonderzoeknaarnieuwemateria-lenzijnPetrobras(fossielebrandstoffen),Braskem(biobrandstof )enEmbraer(composietmaterialen).AlsBraziliëeenpositieopdeinnovatieladderwilveroveren,danzaldeinspanningvanprivatepartijenmoetentoenemen.
Bronnen• www.lamav.usfcar.br
• http://www.lnbio.org.br/site/home.aspx
Meer informatieTheoGroothuizen
Email: [email protected]
IA Brazilië
Onderzoek naar nieuwe materialen in Brazilië
Land | Artikel naamBrazilië | Onderzoek naar nieuwe materialen in Brazilië
12 | IA Special | november 2012
The Netherlands | Artikel naamLand | Artikel naam Nederland | Smart materials in NederlandBrazilië | Onderzoek naar nieuwe materialen in Brazilië
Smart materials in Nederland : Van Fundamenteel Onderzoek naar Inno- vatieve Maatschappelijke Toepassingen
SamenvattingSmartMaterialszijnmaterialenmetspecifiekeeigenschappen,zodanigdatzereagerenopexternestimuli.Dezeexternestimulizijnbijvoorbeeldlicht,zuurtegraad,temperatuur,magnetischeveldenenmechani-schelading(mechanicalloads).Dereactiekanverschillenderesultatengeven,zoalsveranderingeninviscositeit,kleur,vormensamenstelling.InNederlandwordenSmartMaterialsgebruiktvoordiversetoepassingen.OpbasisvanSmartMaterialskunnennieuwematerialenwordensamengesteld.Daarnaastzijnertoepassingentevindenbinnendemedischetechnologie(vaccins,regenerativemedicine,hulpmid-delen,nanomedicineseninnovatievetoedieningsvormenvanmedicijnen),energieonderzoek(bijvoor-beeldbatterijenmetverbetereopslagcapaciteit),bouwenenwonen,deautomobielindustrie,lucht-enruimtevaartendeontwikkelingvannieuwetextielsoorten(vanbiochemischeinnovatiestotnieuweweefselsoorten).OokindezetoegepastegebiedenvindteractiefonderzoekplaatsophetgebiedvanSmartMaterials.OnderzoekophetgebiedvanslimmematerialenwordtinNederlandonderverdeeldinconstructiefmateriaalonderzoekenfunctioneelmateriaalonderzoek.Daarnaastkentmeneenonderver-delingnaarsoortmateriaal:metalen,polymerenencomposieten.Nederlandisopeenaantaldeelgebie-denbijzonderactiefenvoertdaarbijonderzoekuitopwereldniveau,zoalsself-healingmaterialsenbiomimeticmaterials(materialen,dielijkenopmaterialenuitdenatuur).
InleidingSmart Materials bestonden al in de tijd van de Romeinen. Aquaducten, gebouwen, en andere restanten uit die tijd getuigen hiervan: de betonconstructies waren zodanig, dat als er scheurtjes ontstonden, en het regenwater kwam in contact met de kalk, deze combinatie samen de schade weer netjes repareerden. Het is een voorbeeld van een antieke voorloper van Self-Healing materials. In Nederland is materiaalonder-zoek drie decennia geleden in een stroomversnelling gegaan. Onderzoek en toepassingen van Smart Materials in Nederland liggen zowel binnen de productinnovatie als binnen de proces- en dienstenin-novatie. Speerpunten daarbij zijn Self-Healing Materials, thermoplasten (kunststof dat bij sterke verhitting zacht wordt), nanotechnologie, en slimme polymeren. Het belang van maatschappelijke thema’s voor materiaalinnovatie is de afgelopen jaren verder toegenomen. Zuiniger omgaan met energie, schoon houden van het milieu, duurzaamheid, veiligheid en materiaalschaarste vormen belangrijke drijfveren achter fundamenteel onderzoek in de Smart Materials.
Nederland is een sterke internationale partner op het gebied van onderzoek naar slimme materialen en een actieve partner binnen Europese projecten. De drie Technische Universiteiten en Philips gaan daarbij voorop.
Onderzoek aan de Nederlandse Universiteiten
DeNederlandseUniversiteitenenKennisinstellingenzijnaktiefophetgebiedvanSmartMaterials.VooraldeTechnischeUniversiteitenlopenvooraaninhetdoenvanonderzoekenhetgevenvanonderwijshierin.
Smart Materials en Energie OnderzoekAandeTUDelftiseenonderzoeksgroep“MaterialenvoorEnergieconversieenOpslag”diezichvanuitdechemierichtopSmartMaterialsmetenergiealstoepassingsgebied.Prof.SchoonmanhieldzichreedsmetSmartMaterialsenEnergietoepassingenbezigavantlalettre.Hetonderzoekrichtzichopduurzameenergiebronnen,
Nederland
13 | Advanced Materials
Nederland | Smart materials in Nederland
metnamevoorkleinschaligedecentraletoepassingen.GerelateerdonderzoekvindtplaatsonderleidingvanProf.Siebbeles.DitonderzoekrichtzichmetnameopaardendynamiekvanenergieopslagendestatusvanmoleculairematerialenmetpotentieletoepassingeninbijvoorbeeldLEDs,zonnecellenofnanoscalemolecu-laireelectronica.Hierbijwordenverschil-lendesoortenmaterialenbestudeerd,zoals(combinatiesvan)geconjugeerdepolyme-ren,discoticorganischematerialen,anorganischenanoparticlesenDNA.Ladingdragersenexcitons(eenexcitoniseengebondenelektron-gatpaarineenhalfgeleider)wordengeproduceerdindezematerialendoorirradiatiemethogeenergieelectronenoflaserpulses.BijhetonderzoekvanProf.Damligtdefocusophetvindenvanrelatiestussengroei,structuurenfysischemateriaaleigen-schappen.Hetonderzoekrichtzichopdeontwikkelingvanmaterialenvoorduurzametoepassingenophetgebiedvanenergie,zoalshydrogenesensoren,hydrogeneopslagmaterialen,hydrogenemembranen,slimmeramen,enfoto-ano-desvoorhetsplijtenvanwatermetsolarcellen.
Smart Materials en NanotechnologieHetKavliInstituutinNederlandiseenvooraanstaandInstituutophetgebiedvanNanotechnologie.OnderleidingvandirecteurProf.CeesDekker,doethetKavliInstituutonderzoekopdegebiedenbionanoscienceenQuantumnanoscience.Hetinstituutheeftalsdoeleenstimule-rendeomgevingtezijnvoorhetuitwisse-lenvanideeenenonderzoeksvoorstellen,ophetbredescalavannanowetenschap-penennanotechnologie.Denadrukligtopnieuweconceptontwikkelingenfunda-menteledoorbraken,varierendvansingle-moleculebiofysicatotquantuminformatieverwerkingmetnanoschaalapparatuur.HetInstituutbeschiktoverdenieuwstestate-of-the-artfaciliteiten,metnamevoornanofabricage.
Zeldzame Aardmetalen en hun Vervangers (Rare Earth and Replacements)
Eengebiedals“RareEarthandReplacements”isinNederlandinopkomst.Hetrichtzichopdevraaghoewemoeten
anticiperenopkomendematerialen-schaarsteenmanierenomvervangendematerialenhiervoortevinden,ofoponderzoekdatzichrichtopefficienterecyclingvanbestaandevoorwerpenenmaterialen.TNO,Sabic,PlatformMateriaalschaarsteenKennisplatformDuurzaamGrondstoffenbeheerzijnactievespelersinNederlandopditgebied.
Onderzoek bij Nederlandse Bedrijven
EenaantalgroteenkleineNederlandsebedrijvenenkennisinstellingenzijnaktiefophetgebiedvanSmartMaterials,vooralopdeonderwerpenSlimmeTextielsoorten,Self-healingmaterialsenmedischetechnologie.Terillustratienoemenwehierdriebedrijvenalssprekendevoorbeelden.
Slimme TextielsoortenTenCateAdvancedCompositesontwikkeltenvervaardigtthermoplastischeenthermohardende(thermoset)composiet-materialen,verbindingenensystemenvoorderuimtevaart-enluchtvaartindu-strie.Thermoplastenwordenmeerenmeertoegepastindevliegtuigindustrie.Thermosetwordtvoornamelijktoegepastinderuimtevaartindustrieendemilitaireluchtvaartsector.Inderuimtevaartgaathetombijvoorbeeldsatellieten,verkennings-voertuigenentelescopen.TenCateisdetoonaangevendeleveranciervanvoorgeïm-
pregneerdecomposietvezelsaandeNoord-Amerikaansesatellietindustrie.OokinEuropaisTenCateeenbelangrijkeleverancieraandezesector.Inderuimtevaartwordenhogeeisengesteldaanmateriaaleigenschappen.Ruimtevaart-ensatellietprogramma´szijnenormkostbaar.Compromissenbijdemateriaalkeuzezijnuitgesloten.ComposietenvanTenCatevoordezesatelliettoepassingenzijndimensionaalstabiel(maatvast)van-121°Ctot+121°C,bestandtegenatomairezuurstof,hebbeneenlageuitgassing,hogestijfheid,zijnbuitengewoonlichtenvochtbestendigenkunnenzwaarwordenbelast.Producentenvanradomes(radarbehuizing)willencomposietendieniet-geleidend(diëelek-trischzuiver)zijn.TenCateAdvancedCompositesbeschiktinNederlandendeVSoverdekoolstofvezelvrijeruimtesomdezematerialenzozuivermogelijktebewerken.
Dyneema DSMwerktaanSlimmeTextiel-soorten.MenzougraaghunnetwerkaaninternationaleR&Drelatiesversterkenofuitbreiden.DaarbijzoektDyneemaDSMmetnametextielinstitutenmeteenfocusopsupersterkevezels,marine&offshoreinstituten,bedrijveninperformancekleiding(sport,leisure,wert),supersterkevezelkennisinstituten,hybridecarboncomposietinstituten,radomes,militaryinstitutesinarmorencomposites,en
Space, Copyright Ten Cate BV, 2012.
14 | IA Special | november 2012
Nederland | Smart materials in NederlandNederland | Smart materials in Nederland
aerospaceenaviation.Tenaanzienvaninformatierondinternationalestrategi-scheonderzoekskeuzeninsmartmaterials,potentiëlemarkten,spelersen/oftechnologieontwikkelingen,richtdeaandachtvanDyneemaDSMzichoparmormaterialen,heavyropes(offshore,cranes,steelwirereplacement,chains)ennieuwesterkevezels,carbonvezelsenhybridesupervezels.
Self-healing MaterialsSupraPolixBViseenMKBenwerktmetnameophetgebiedvanself-healingmaterialsvoorcoatings,cosmetica,biomedischematerialen,adhesievenenonderdelen.Temperatuurofschadevormendetriggersomzichzelfterepare-ren.Hetiseenintrinsiekeeigenschapvanhetmateriaal,waarbijgeenadditionelechemicalienofanderestoffenaantepaskomen.Hetiseensuccesvolprocedee.SupraPolixzougraagincontactkomenmetnieuweinternationalepartnersvoorhetverderontwikkelenvanself-healingconceptsenomnieuwetoepassingsgebie-denteverkennen.
Innovatiebeleid in NederlandIn2011zijnderoadmapsvoordeTopsectorengeschreven.SmartMaterialskomtalsonderwerpvoorbinnendeTopsectorHighTechSystems&MaterialsendeTopsectorChemie.DaarnaastzijnertoepassingenvanSmartMaterialsterugtevindenbinnendeTopsectorenLifeSciences&Health(zoalsvaccinontwikke-ling)enFood(bijvoorbeeldslimmeverpakkingswijzen).VoordeTopsectorHighTechSystems&MaterialsligtdefocusbinnenNederlandophetontwerpen,ontwikkelenenmakenvanhightechequipmentenmicro/nanocomponenten.SmartMaterialsdeelteenaantalkarakteristiekeeigenschappenwaaraandesystemenmoetenvoldoen:zezijnintelligent(embeddedsystemen,software,sensors),nauwkeurig(nanoelec-tronica,highprecisionmanufacturing)enefficiënt(mechatronica).Kennisophetgebiedvanmaterialenenfotonica/opticaspeelthierbijeensteedsbelangrijkererol.ICTmaakteenintegraalonderdeeluitvandeontwikkelingeninditveld.Detopsectorhightechishiermeeeenbelangrijke
“enabler”voorveelanderetoepassingssec-torenzoalsenergie,chemie,lifesciencesenfood.BinnendeTopsectorHTSMligtvoorSmartMaterialsdenadrukophetontwikkelenvanveiligeenbetaalbareeco-innovatievematerialenombijvoorbeeldeengezondbinnenklimaattecreeren.Aangezieneralveelacademischepartnersactiefzijn,ishetprogrammaopzoeknaarindustrielepartners.Erzullenprojectenwordenuitgevoerdmetverschillendepartnersaanboord,waarbijdevoorkeuruitgaatnaarpartnersdieineenvaluechainbetrokkenzijnengelijkgestemdeonderzoeksinteres-senhebben.
DeTopsectorChemievoorzietineenzelfstandigTKISmartPolymericMaterials(TKISPM).Deambitieisalsvolgtgedefinieerd:‘In 2050 the Netherlands is a top 3 global producer of smart materials. Companies in the Netherlands produce creative and innovative products with high added value: materials for energy storage and catalysts from widely available and accessible sources instead of rare metals. Plastics are lightweight, self-healing, self-cleaning and can be fully recycled. Furthermore, for the production of these and other organic materials mainly biomass-based raw materials will be used’HetTKISPMzalmetnameprecompetitiefonderzoekverrichten.Hetbestaatuiteennetwerkvanbedrijvenenkennisinstellin-gen.HetTKISPMissterkverankerdbinnendeEuregioNederland,Belgie,Duitsland,waarveelstart-upsenMKB-ersdeelnemen.HetisdewensvanhetTKISPMomnieuweinternationalesamenwerkingspartnerstevinden,inhetbijzonderbedrijven,kennisinstellingenenoverhedenuitBrazilieenChina.
Bedrijvenenkennisinstellingenzoudenvandeoverheidindetoekomstnogmeeraandachtwillenvragenvooreenbetereafstemmingvandeheleketenvanontwerpers,ontwikkelaarsenproducenten.
Europese Onderzoeksprogramma’s voor materiaalonderzoek
BinnenhetEuropeseKaderprogrammavoorOnderzoekenTechnologischeOntwikkelingKP7valtSmartMaterials
grotendeelsonderhetthema“Nanosciences,nanotechnologies,materialsandnewproductiontechnolo-gies”(NMP).Hetonderzoekrichtzichopproductenmeteenhogetoegevoegdewaardeendedaarbijbehorendeprocessenentechnologieën,waarbijdefocusligtopklantgerichtetoepassingenmaken.Devoorkeurgaatuitnaarprojectenmetmulti-sectoraletoepassingen.Verderiserookuitgebreideaandachtvoordeintegratievannanotechnologieinmateriaalwetenschappen,ontwerpmetho-diekenennieuweproductiemethodeninallesectorenvandeindustrie.Totenmet2010werdbinnenhetthemaNMPintotaal1,8miljardeurofinancieringgegevenaan461projecten.Nederlanddeedmeeaan156projecten,vooreenbedragvan89miljoeneuro.Westaandaarmeeopeenzevendeplaats.Duitslandontvinghetgrootsteaandeel(379miljoeneuro),gevolgddoorItalie,hetVerenigdKoninkrijk,Spanje,FrankrijkenZwitserland.
Met dank aanDeheerSywertBrongersma(HolstCenter),JoopSchoonman(TUDelft),BernardDam(TUDelft),LaurensSiebbeles(TUDelft),BorisDuijneveld(MUDprojects),PetervandenBerg(AgentschapNL),GertBos(AgentschapNL)enJaapdeCarpentierWolf(TenCate).
Bronnen• www.agentschapnl.nl
• www.m2i.nl(TopInstituteM2I)
• www.polymers.nl(TopInstituteDPI)
• www.top-sectoren.nl/chemie
• www.top-sectoren.nl/hightech
• www.top-sectoren.nl/lifesciences
• www.top-sectoren.nl/agrofood
• www.agentschapnl.nl/sites/default/files/bijlagen/
Nederland_in_KP7_2011_0.pdf
• www.tencate.nl
• www.holstcentre.com
• www.mud-projects.com
• kavli.tudelft.nl
Meer informatieConchitaCallant,PetervandenBerg
www.nlinnovatie.nl
Nederland
15 | Advanced Materials
Land | Artikel naamNederland | smart materials in Nederland : Van Fundamenteel Onderzoek naar Innovatieve Maatschappelijke Toepassingen
Kennisinstelling (Prof. Dr. Sywert Brongersma, TNO / Holst Centre / IMEC)
Openinnovatievoorminiatuurlow-powersensorsystemen
HolstCentreiseenopeninnovatieonderzoekscentrummettweeprogram-ma-lijnen,WirelessAutonomousTransducerSolutions(WATS)enSystemsinFoil(SiF),waardewereldenvanhighperformanceSiliconenflexibeleelectronicabijelkaarkomen.Hetbiedteenecosysteemvoorindustrieenacademischepartnersomsamentewerkenaansharedonderzoeksuitdagin-genuitvoorafgedefinieerderoadmaps.Lowpowerwirelesssensorsystemenkunnendefysischeenchemische
conditiesmonitoren,eninitiereneenafgestemderesponsealsreactieopexternestimuliindienditnodigis.Zezijnonmisbaarvooreenwijdscalaaancommercieleenindustrieletoepassin-gen,diemoeilijkzoudenzijnterealise-renofeenstukduurderzoudenkosten
wanneermenwiredsystemenzougebruiken.Hununiekeeigenschappenzijno.a.eenkleineformfactor,beperkteenergieconsumptie(<100W),enindiengewenstimplementatieineendyna-mischwirelessnetworktopology.
Holst toepasssing wireless sensors
MUD projects (MKB) over recycling materialen
SmartMaterialsenAfvalmaterialen
ErontstaatbinnenmateriaalonderzoekeencombinatievanSmartMaterialsenhetslimhergebruikenvanafvalmateria-len.Hetprincipevanarchitectuurmetafvalisdatjegebruikmaaktinjeontwerpvanmaterialendiealvoorhandenzijn.Jespeeltmetdevorm,materiaaleigen-schappenenkleuren,enjekomtzototnieuweinzichten,vormenentoepassin-gen.Doordematerialenteslimtebewerken,kunnendegebruiktematerialennieuwetoepassingenkrijgen.Hetiseenbenaderingwaarsmartmaterialsinspirerentotnieuwherge-bruikvanbestaandevoorwerpen.Duurzaamheidstaathierbijcentraal.BorisDuijneveldvanhetMKBMUDprojectsisstedelijkinterieurarchitectofUrbanCityDesignerenrichtzichopontwerpenvannieuwevoorwerpenmethergebruiktematerialen.Alsstedelijkinterieurarchitectishetdaarbijvoorhemeenuitdagingomhetmateriaalen
hetvoorwerpzoteveranderen,datdetweedetoepassingnietsmeertemakenheeftmetdecontextwaarhetvoorwerpinbeginselvoorwasgemaakt.
Veevoersilo herbruikt tot hide-outVeevoersilo herbruikt tot kast
Veevoersilo herbruikt tot woonunitVeevoersilo herbruikt tot bar
16 | IA Special | november 2012
The Netherlands | Artikel naamLand | Artikel naamNederland | smart materials in Nederland : Van Fundamenteel Onderzoek naar Innovatieve Maatschappelijke Toepassingen EU | EU-beleid en smart materials
SamenvattingNederlandzetindetoekomstinopgrootschaligeproductievansmartmaterials.DezewereldwijdegroeiendemarktiszeeraantrekkelijkvoorkennisinstellingenenbedrijvenindeEuropeseUnie(EU).ZowelinhetZevendeKaderprogramma(2007-2013)alsHorizon2020gaataandachtuitnaaronderzoek,technolo-gischeontwikkelingeninnovatieophetgebiedvansmartmaterials.VerschillendevoorbeeldenvanNederlandseuniversiteitenlatenziendatNederlandtotophedenzeeractiefisindezeveelzijdigesector.TenbehoevevanhetvergrotenvanhetconcurrentievermogenvandeEUzetdeEuropeseCommissieinHorizon2020meerinopinnovatie.Toepassingenmoetendaarvooreenbijdrageleverenaandeverschil-lendemaatschappelijkeuitdagingen.Nanotechnologieendeontwikkelingvangeavanceerdematerialenwordeninditlichtbeschouwdalszogenoemde‘sleuteltechnologieën’.OmdezetoepassingenterealiserenkomtzowelEU-geldbeschikbaarvooronderzoeksprojectenalsterondersteuningvanmarktintroductie.
VanuitdeTopsectorChemieishetdeambitieomin2050totdemondialetopdrievanproducentenvansmartmaterials(slimmematerialen)tebehoren.(1)Ditzijnmaterialenofconstructiesvanmaterialendiereagerenopprikkelsvanuitdeomgeving,zoalstemperatuur,licht,zuurgraad,magnetismeofmechanischebelasting.Daardoorkunnensmartmaterialsvanvormofeigenschapveranderen.Ditbrengtallerleitoepassingenbinnenbereik,bijvoorbeeldindegezondheids-zorg,transport,bouwencommunicatie.Dankzijhetbredescalaaantoepassingenisdemarktvooreindproducentendiegebruikmakenvansmartmaterialsdeafgelopenjarenaanzienlijkgegroeid.BCCResearch,gespecialiseerdinmarktonderzoekophetgebiedvantechnologie,maakteinmei2011bekenddatdewereldwijdemarktvoorsmartmaterialstussen2010en2016naarschattingzalverdubbelennaareenwaardevan40miljarddollarmeteenjaarlijksgroeipercentagevan13procent.(2)NietvoornietszettenNederlandendeEUdusinophetstimulerenvanonderzoeknaarenhettoepassenvansmartmaterials.InhethuidigeZevendeKaderprogramma(2007-2013)enhetvolgendeonderzoeks-eninnovatieprogrammaHorizon2020(2014-2020)isdaaromookzekeraandachtvoorslimmematerialen.VerschillendeinitiatieveneninstrumentenopEuropeesniveaukunnendaarvooreenmeerwaardebiedenaankennisinstellingenenbedrijvendiesmartmaterialswillenontwikkelenenvermarkten.
Zevende Kaderprogramma (2007-2013)InhetZevendeKaderprogrammavoorOnderzoekenTechnologischeOntwikkeling(KP7)vormenNano-sciences,Nanotechnologies,MaterialsandnewProductionTechnologies(NMP)samenéénvandetienthema’swaarbinnenkennisinstellingenenbedrijveninEuropafinancieringkunnenkrijgenvooronderzoek.DeEuropeseCommissie(EC)heeftongeveer3,5miljardeurovoorditthemagereser-veerd.NMPbestaatuitdrieonderdelen.Heteersteonderdeelbetreftmateriaalonderzoeken-ontwik-keling.Hettweederichtzichopdemulti-sectoraletoepassingvaninnovatievematerialenenhetsamenbrengenvanactorenuitdeonderzoekswe-reldenhetbedrijfsleven.Totslotiseraandachtvoordeintegratievannanotechnologiemetmateriaalwetenschappenenhetontwikkelenvannieuweontwerp-enproductiemethodenenhetverbeterendaarvan.Onderzoekmoetinditthemaaansluitenbijuitdagingenophetgebiedvanenergie-efficiëntie,gezondheidenconcurrentie-vermogenvandeindustrieinEuropa.
Eénvandesubthema’sbinnenhethuidigewerkprogrammavoorNMPbetreftzelfherstellendematerialen,diezichminofmeerzelfstandigkunnenherstellenvanbeschadigingen.Dankzijdelangerelevensduurzijndezematerialennietalleenveiligermaarookduurzaam.(3)Nederlandheeftsinds2006voordezecategoriebinnensmartmaterialshetInnovatiegerichte
EU-beleid en smart materials
EU
17 | Advanced Materials
EU | EU-beleid en smart materials
Onderzoeksprogramma(IOP)‘SelfHealingMaterials’opgericht.Ditiseensamenwer-kingsverbandtussenvijfNederlandseuniversiteitenencirca65bedrijven.Zeconcentrerenzichopverschillendemateriaalklassen,zoalsplastics,composie-ten,coatingsenmaterialenvoorenergie-opwekkingen-opslag.(4)DitIOPheeftreedszijnvruchtenafgeworpen.ZoheeftdeTUDelftdrieKP7-projectenbinnenge-haaldophetgebiedvanthermischebeschermingscoatingsvoorturbinebladen,zelfherstellenderubberachtigematerialenenzelfhelendbeton.VerderneemtdezeuniversiteitookdeelaaneenMarieCurie-project,waarindeaandachtisgevestigdopmarktintroductievanzelfherstellendematerialenenuitwisselingvanjongeonderzoekers.MarieCurie-actieszijnbedoeldomdemobiliteitvanonderzoekersindepubliekeenprivatesectortevergrotenenbijtedragenaandeverwezenlijkingvandeEuropeseOnderzoeksruimte.Eenanderveldbinnensmartmaterialsisdeontwikkelingvanfunctioneletextiel-structuren.OnderzoekersaandeUniversiteitTwentehoudenzichbezigmetprinttechniekendiehetmogelijkmakenomtitaniumdioxidenanodeeltjesaante
brengenoptextielenanderekunststoffen.DezeTiO2-nanodeeltjeskunnenvooruniekeeigenschappenzorgenzoalskleurvastheid,zelfreinigendvermogenofweerbaarheidtegenbacteriën.(5)Deontwikkelingvanspeciaalnano-inkt,diebestaatuitnanopigmentdeeltjes,kleur-enkleefstoffen,isdaarbijonmisbaar.UniversiteitTwentebeschiktdaarvooroverhetonderzoeksinstituutvoornanotechno-logieMESA+enwerktsamenmetTUDelftenenkelebuitenlandseuniversiteiteninEuropa.MetbetrekkingtotKP7neemtUniversiteitTwentedeelaanhetvierjarige2BFuntex-project.DitprojectisbedoeldomEuropesebedrijvenenuniversiteiten,diezichbezighoudenmetfunctioneletextielstructuren,samentebrengenentechnologieoverdrachtnaardeindustrietestimuleren.
Hetverschiltussenongemodificeerdpolyestervezel(links)enmetTiO2-nanodeeltjesgemodificeerdpolyestervezel(rechts).Bron:UniversiteitTwente.(6)ComplementairaanKP7isdeEuropeanCooperationinScienceandTechnology(COST)(7).Ditiseenintergouvernemen-teleorganisatiediefragmentatievanonderzoekinEuropaprobeerttevermin-derendoorthematischeinitiatieven.Een
voorbeelddaarvanisFlaretex,eennetwerkvanverschillendeonderzoekscentraopdiegebromeerdevlamvertragers(flameretardants)voortextielenanderemateria-lenontwikkelen.OpregionaalniveaugeldtOostNValsintermediairtussendeUniversiteitTwenteenhetmidden-enkleinbedrijf(MKB).Kenniskanopdezemanierenoptimaalwordenbenut.IntussenmakenNederlandsebedrijvenalsSPGStorckPrintsenXennia-TenCatealgebruikvantextielprinting-technologie.
EenlaatstevoorbeeldwaarinderelatievanNederlandseuniversiteitenenbedrijvenmetKP7totuitdrukkingkomtishetSmartPie-onderzoeksprogramma,datzichbezighoudtmetslimmetoepassingenvanpiëzotechnologie.Piëzo-elektrischematerialenbeschikkenoverdeeigenschapdatzijmechanischeenergiekunnenomzetteninelektrischeenergieenandersom.InSmartPie,datwordtmedegefinancierddoordeministeriesvanEL&IenOCW,gaatonderzoekuitnaarMicro-elektronischeMechanischeSystemen(MEMS)enpiëzocomposieten.InhetMEMS-projectwerkenUniversiteitTwente,StichtingvoorFundamenteelOnderzoekderMaterie(FOM),OcéTechnologiesenC2Vsamenaandeontwikkelingentoepassingvanultradun-nepiëzo-elektrischefilms.Hetprojectwerktvooralaanhetontwikkelenvanrelevantetechnologieennauwkeurigeproceduresvoordeintegratievandunnefilmsinmicrosystemen.Dezefilmsvindenhuntoepassinginonderandereprintkop-penvoorinkjetprinters,klepjesvoormetingeningaschromatografenenmicro-mechanischepompjesvoordetoedieningvanmedicijnen.DeelnemersaanKP7ophetgebiedvanMEMSzijnOcéTechnologies,PhilipsenASML.InhetPiëzocomposietenprojectwerkenTUDelft,TUEindhovenenTNOsamenaannieuwecomposietenbestaandeuitkeramischepoedersenpolymeren.Eigenschappenzoalshetpiëzo-elektrischeffect,temperatuurbestendigheidenbuigzaamheidkunnenopdezewijzegecombineerdwordeninnieuwemateria-len.Ditisessentieelvoorgrootschaligetoepassing,watmetdeoorspronkelijkepiëzomaterialenvaaknietkan.Vrijrecent
18 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamEU | EU-beleid en smart materialsEU | EU-beleid en smart materials
heeftTUDelftsamenmetHolsthetKP7-projectLightTouchMattersbinnenge-haald.HetgebruikvanorganischeLEDs(OLEDs)enpiëzocomposietenmaakthetmogelijkomaanraakgevoeligeflexibeleverlichtingsproductentemaken.Dezetechnologieisgeschiktvoorhetverbeterenvanhetmenselijkwelzijn.Eenconcretetoepassingiseenpolsbandvanhetmateriaalalsgeheugensteuntjevoorhetinnemenvanmedicijnen.Hoogwaardigetechnologieenindustrieelontwerpkomeninditprojectsamen.(8)
Naastdezeterugblikopeenfractievan(lopende)onderzoeksprojectenmetNederlandseinbrengishetookaardigomvooruittekijken.Injuli2012heeftdeECdelaatstecallvan8,1miljardeurogeopend.Eris4,8miljardeurobeschikbaarvoordeverschillendethemagebieden,waaronderNMP.VoordebeurzenvandeEuropeseOnderzoeksraad(ERC),diespeciaalzijnbestemdvoorindividueleonderzoekersdiegrensverleggendonderzoekverrichten,is1,75miljardeurobeschikbaar.Tenslottegaat963miljoeneuronaardeMarieCurie-acties.Zowelvooruniversiteitenalsbedrijvenisdezecallergbelangrijk,omdatdeeerstvolgendecallvanHorizon2020paseind2014verwachtwordt.(9)
Horizon 2020 (2014-2020)InvergelijkingmetKP7richthetnieuweonderzoeks-eninnovatieprogrammaHorizon2020zichmeerophetbiedenvanoplossingenvoordiversemaatschappelijkeuitdagingenenhetstimulerenvaninnovatie.DitEC-voorstelgaatuitvanzesuitdagingen,diezichbijvoorbeeldrichtenopgezondenactiefouderworden,schoneenduurzameenergie,enefficiëntgebruikvanbronnen.Zoalseerdernaarvorengekomenis,zijnsmartmaterialshaastnietondereennoemertebrengen.Eigenschappenvandezematerialenzijnuiteenlopendenkunnendaarvooropallerleimanierenbijdragenaandezeuitdagingen.
Projectvoorstellenwordenprimairbeoordeeldopwetenschappelijkeexcellentie,maarookdebijdrageaanhetoplossenvanmaatschappelijkevraagstuk-kenweegtzwaar.DeECtrachtdeexcellente
kennisbasisteversterkenenteverspreidendoormiddelvanhetontwikkelenvandeEuropeseOnderzoeksruimte,MarieCurie-actiesendeERC-grantsvoorgrensverleggendonderzoek.EuropeanResearchAreaNetworks(ERA-netten)dienendaarbijalsinstrumentommettransnationalesamenwerkingenversnip-peringinnationaalonderzoektegentegaan.TenopzichtevanKP7isdeECvanplanominHorizon2020alleengeldbijtedragenvoorindividueleprojectaanvragenbinneneenbepaaldnetwerk.TegelijkertijdwildeEChetaantalERA-nettenterugdrin-gen.Ditbetekentdateendeelvandecirca100ERA-nettenuitKP7opzalgaanineenERA-netPlus-constructie.EenrelevantvoorbeeldvaneenbestaandERA-netPlusuitKP7isMatera+.Ditnetwerkisin2009opgerichtenfinancierttransnationaleenmultidisciplinaireonderzoeksprojectenophetgebiedvan(slimme)materialen.TwintigEuropesefinancieringsagentschap-peninvesterenvooreenperiodevanvijfjaar16,6miljoeneuroindezesamenwer-king,terwijldeEC6miljoeneurobij-draagt.Dezetripartitewijzevanfinancie-ringmetEuropees,nationaalenregionaalgeldzaldestandaardwordenvoordenetwerkenbinnenHorizon2020.(10)
NietalleenmaatschappelijkeuitdagingenmakendeeluitvanHorizon2020.OokKeyEnablingTechnologies(KET’s),sleuteltech-nologieënwaarinEuropaindustrieelleiderzoukunnenwordenbehorenertoe.Voorbeeldendaarvanzijnnanotechnologieengeavanceerdematerialen.Eénvandeveelbelovendegeavanceerdematerialenisgrafeen.Grafeeniszeeruniek.Hetbestaatnamelijkuiteenenkelelaagvankoolstofa-tomen,behoorttotdesterkstematerialenterwereldbehoorteniseenzeersnellehalfgeleider.Opnanoschaalvaltgrafeengoedtecombinerenmetsmartmaterialsomzogewensteeigenschappensamentebrengen.DankzijhetgrotepotentieelvangrafeeniseenspeciaalEU-vlaggenschipinitiatiefvoorFutureandEmergingTechnologies(FET’s)opditgebiedinderacevooreenmaximaalbudgetvan1miljardeuro(inclusiefcofinanciering)overeenperiodevantienjaar.EenFETisbedoeldomclustersvanonderzoekopeenthemagebiedmetgrote
technologischeenmaatschappelijkeimpactbijeentebrengenenuitwisselingvanresultatenmogelijktemaken.Eind2012neemtdeECeenbesluitoverwelketweevandeintotaalzesvlaggenschipiniti-atievendefinancieringkrijgentoege-wezen.(11)
VoorhetstimulerenvanindustrieelleiderschapheeftdeECeenstrategieontwikkeldomonderzoekeninnovatieinhetbedrijfsleventestimuleren.KapitaalmarktinstrumentenzullendaarvoortoegespitstwordenophetMKBenhetkleineregrootbedrijf.Voordeverschillendeinnovatiestadiakomtfinancieringbeschikbaar.Indeeerstestadiavanstart-upnaardemonstratiekunneninnovatieveondernemingengebruikmakenvandefinanciëleinstru-mentenvanHorizon2020.VoordegroeifaseishetvoorhetMKBmogelijkomgebruiktemakenvanhetEU-programmaCOSME,datoverigensnietuitsluitendvoorinnovatiefMKBbedoeldis.Tochkunnendezeverschillendefaciliteitenalshefboomvoormeerinvesteringenfungerendiebedrijvenbehoedtvoordezogenoemde‘valleyofdeath’.VolgensdehuidigevoorstellenvandeECkomtrespectievelijk3,8en1,4miljardeurobeschikbaarvoordefinanciëleinstrumentenvanHorizon2020enCOSME.Netalsvoorhettotaalvoorge-steldebudgetvan80miljardeurovoorHorizon2020geldtdatdezebudgettenafhankelijkzijnvandeonderhandelingentussendeEU-lidstatenoverhetMeerjarigFinancieelKader2014-2020.(12)ErkomthoedanookweereengrootbudgetbeschikbaarvoorHorizon2020.Kennisinstellingenenbedrijvendiezichbezighoudenmetsmartmaterialskunnendaardevruchtenvanplukken.Auteur:Matthijs van der Beek (stagiair), onder eindverantwoording van Dave Pieters (IA EU).
19 | Advanced Materials
EU | EU-beleid en smart materials
Bronnen• (1)WerkgroepInnovatiecontractChemie,
‘TopsectorChemieInnovatiekracht2012-2016’
http://www.top-sectoren.nl/chemie/sites/
default/files/documents/Maartversie%20
Innovatiecontract%20Chemie%202012-2016.pdf
(20-7-2012).
• (2)Marketwire,‘SmartMaterialsMarkettoGrow
13%AnnuallyThrough2016’http://www.
marketwire.com/press-release/smart-materials-
market-to-grow-13-annually-
through-2016-1526525.htm(20-7-2012).
• (3)EuropeseCommissie,‘FP7NMPWork
Programme2012’http://ec.europa.eu/research/
participants/portalplus/static/docs/calls/fp7/
common/31540-4.2012_wp_cooperation_nmp_
en.pdf(20-7-2012)pg.28-38.
• (4)IOPZelfherstellendeMaterialen,‘Tweede
MeerjarenprogrammaIOPZelfherstellende
Materialen’http://www.agentschapnl.nl/sites/
default/files/bijlagen/SN%20SHM%202e%20
Meerjarenplan%20(2).pdf(20-7-2012).
• (5)UniversiteitTwente,‘EngineeringofFibrous
SmartMaterials’http://www.utwente.nl/ctw/
efsm/ (20-7-2012).
• (6)JieZhao(UniversiteitTwente)heeft
toestemmingverleendvoordepublicatievan
dezefoto’s,dietijdenszijnonderzoekinde
werkgroepvanMariaMilanovaaandeSofia
Universiteitzijngenomen.
• (7)COST,‘AboutCOST’http://www.cost.eu/
about_cost(20-7-2012).
• (8)SmartPie,‘Researchprogram’http://www.
smartpie.nl/research-program(20-7-2012)
• (9)Neth-ER,‘CallderCallsvan8,1miljardnu
open’http://www.neth-er.eu/nl/nieuws/
call-der-calls-van-81-miljard-nu-open(20-7-2012).
• (10)MateraPlus,‘Matera+’http://www.
materaplus.net/Matera/tabid/487/Default.aspx
(20-7-2012).OpvallendisdatNederlandse
partnerstotophedennognietdeelnemenaan
Matera+.
• (11)FETGrapheneFlagship,‘Graphene’http://
www.graphene-flagship.eu/GF/consortium.php
(20-7-2012).
• (12)EuropeseCommissie,‘Betteraccessto
finance’http://ec.europa.eu/enterprise/policies/
finance/index_en.htm(20-7-2012).
Meer informatieDavePieters
Email [email protected]
IA EU
20 | IA Special | november 2012
The Netherlands | Artikel naamEU | EU-beleid en smart materials Frankrijk | Frankrijk versterkt innovatievermogen in materialen en nano-elektronica
Frankrijk versterkt innovatievermogen in materialen en nano-elektronica
SamenvattingFrankrijkgaatkennisenexpertiseophetgebiedvanmateriaaltechnologieennano-elektronicaflinkversterken.DezeweekhebbenLaurentWauquiez,ministervooronderzoekenonderwijs,enEricBesson,ministervoorindustrieenenergie,destartbekendgemaaktvandeeersteFranseInstitutsdeRechercheTechnologiques(IRT’s)–technischeonderzoeksinstituten–gerichtopdezetweetechnologiegebieden.HetgaatomhetIRTJulesVernemetvestigingeninSaint-NazaireenLeMansenhetIRTNanoélecinGrenoble.
Investeringen in de toekomst DetweeIRT’szijndeeerstendieinaanmerkingkomenvoorfinanciëleondersteuningvanuitde€35miljarddiebeschikbaarisinhetprogrammaInvestissements d’avenir(investeringenindetoe-komst).Injuni2011heeftpresidentSarkozybekendgemaaktdatFrankrijkalsonderdeelvandegigantischeanticrisismaatregelInvestissementsd’avenireenbedragvan€20miljardbeschikbaarsteltvoordeondersteuningvanonderzoekeninnovatie.Hetgaatomextrainvesteringeninuniversiteitenenwetenschappelijkonderzoek,maarookinmaatschappelijkeinnovatiegebiedenalsgezondheidenenergie,hetvaloriserenvankennisenhetverschaffenvanrisicokapitaalvoorhetinnovatieveMKB.Voorhetopzettenenondersteunenvanexcellenteonderzoeksactiviteitenenhetvaloriserenvankennisis€9miljarduitgetrokken.EenonderdeeldaarvanbetrefthetopzettenvanzogenoemdeInstitutsderecherchetechnologiques(IRT’s)–technischeonderzoeksinstituten–waarvoor€2miljardbeschikbaarisgesteld.IRT’szijnstrategi-schesamenwerkingsverbandentussenbedrijvenenonderzoeksinstellingengerichtopspecifieketechnologiegebieden.HetisdebedoelingomintotaalvieràzesIRT’sopterichtenopbasisvanoproepenvoorprojectvoorstellen.
Twee IRT’sIRT’shebbeneenpubliek-privaatkarakterophetgebiedvanonderzoek,innovatieenonderwijs.Zemoetendeecosystemenversterkendiedoordepôlesdecompétitivité–innovatieclusters–tot
standzijngebracht.HetdoelisdatFrankrijkdoormiddelvandezeIRT’sexcellentieenconcurrentie-krachtin‘sleuteltechnologiëen’aanelkaarverbindt.Natuurlijkomzoveelmogelijktoegevoeg-dewaardeenwerkgelegenheidtekunnengeneren.DeIRT’szulleneenstructurerendewerkinghebbeninhetbijelkaarbrengenvanaanbodvanenvraagnaarkennisentechnologie,talentenopleidingsbe-hoeften.Hetdoelisookombuitenlandseinves-teerdersopbasisvandezebundelingvanexpertiseteenthousiasmerenvoorFrankrijk.
IRT Jules VerneHetIRTJulesVernekrijgteensubsidievan€45miljoeneneenkredietvan€230miljoen.HetIRTNanoéleckrijgteensubsidievan€100miljoeneneenkredietvan€200miljoen.
Logo van de nieuwe Franse publiek-private kennisinstellingen Jules Verne
Frankrijk
21 | Advanced Materials
Frankrijk | Frankrijk versterkt innovatievermogen in materialen en nano-elektronica
JulesVerneisgerichtopproductietech-nologieenverwerkingsprocessenvanhightechmaterialen,zoalscomposieten,hybrideenmetalenstructurendietoegepastwordenindevliegtuigindustrie,deautomotivesector,descheepsbouweninapparatuurvoorduurzameenergieop-wekking.JulesverneprofiteertinNantesvandenabijheidendeervaringenvandepôledecompétitivitéEMC2gerichtopmateriaaltechnologie.BelangrijkeorganisatiesdiebetrokkenzijnbijdezeinitiatievenzijnAirbus,STXEurope,Daher,Alstom,EADS,deuniversiteitvanNantesendeCNRS.
IRT NanoélecNanoélecisvooralopgezetrondomdekennisenexpertisevanhetCEALetiinGrenoble.CEALetiiseenverzamelinglaboratoriagerichtopnano-elektronicaenfotonica,hetontwikkelenvandedaaraangerelateerdeembeddedsystemstechnolo-gieën,deminiaturisatievanrelevantecomponentenenhetbedenkenvannieuwetoepassingen.BelangrijkeorganisatiesdieebtrokkenzijnbijNanoéleczijnSTMicrolectronics,Soitec,Schneider,Bouygues,ST-Ericsson,hetESRF,hetINRIA,depôledecompétitivitéMinalogicenhetCNRS.
Bronnen• Investissements d’avenir : Signature des conventions des
deux premiers IRT,Communiquédepresse,
Ministèredel’Enseignementsuperieuretdela
Recheche,Ministèredel’Economie,desFinances
etdel’Industrie,CommissariatGénéralà
l’Investissement,16april2012
Meer informatieEricvanKooij
Email: [email protected]
IA Frankrijk
22 | IA Special | november 2012
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsFrankrijk | SNECMA en ALBANY ontwikkelen composiet motoronderdelen Frankrijk | Frankrijk versterkt innovatievermogen in materialen en nano-elektronica
SNECMA en ALBANY ontwikkelen composiet motoronderdelen
SamenvattingSnecma,deFranseproducentvanmotorenvoordeluchtvaartindustrie,heeftsamenmetzijnAmerikaansepartnerAlbanyinternationalaangekondigdvanaf2014opgroteschaalcomposietmotoronderdelentegaanproduceren.Erzullentweefabriekengebouwdworden:ééninRochester,NewHampshire,enééninCommercyinhetFransedepartementMeuse.Hetdoelisom5000composietmotorbladentekunnenleverenin2016eneenjaarlaterdeproductieteverhogentot30000stuks.NaastmotorbladenzullenSnecmaenAlbanyookonderdelenvoorhetvoorstedeelvandemotorendebehuizingvandeventilatorgaanontwikkelen.
Innovatie met een machine uit het begin van de negentiende eeuw
Hoeinnovatiefhettoepassenvancomposietmateriaalineenvliegtuigmotorookmagzijn,defabricagevandeonderdelengebeurtgrotendeelsmetbehulpvaneenmachinediealaanhetbeginvande19eeeuwisuitgevonden:hetweefgetouw.Natuurlijkverschilthetweefgetouwvande21eeeuwopveelpuntenvanhetoorspronkelijkeweefgetouwdatooitdoordeFransmanJacquardontwikkeldwerd.Deponskaartendiehetpatroonbepalenzijnvervangendoorcomputersendetraditioneledradenzijnvervangendoorultra-resistentekoolstofvezels.Ookismenanno2012instaatomeen3Dpatroonteweven,datzorgvuldigontworpenisdoordeingenieursvanSnecma.AlbanyisvoorSnecmadeidealepartnerinditproject.Hetbedrijfdatoorspronkelijkuitdepapierindustriekomt,heeftdetechniekvanhetwevenvanvezelsgedurendetientallenjarenkunnenoptimaliseren.DeweefgetouwendienugebruiktwordenzijndoorAlbanyzelfontwikkeld,inclusiefalledaaraangerelateerdeprocessen.
Nieuwe motoren gaan als zoetje broodjes over de toonbank
Deontwikkeldecomposietmotoronderdelenzullenuiteindelijktoegepastwordenindetoekomstige‘Leap’motorvanCFMInternational,dejointventuretussenSnecma,onderdeelvanSafranGroup,enGEAviation,eenafdelingvanhetAmerikaanseGeneralElectric.Hetgebruikvancomposietmateriaalinde’Leap’isessentieelomeenaantalbelangrijkeverbeteringentekunnendoorvoeren.De‘Leap’isnamelijkgroterdanzijnvoorgangerCFM56watervoorzorgtdatde
luchtdoorstroomverbetert,terwijlhij225kglichteris.Medehierdoorwordthetbrandstofver-bruiktotvijftienprocentverminderd.Hoeweldenieuwe‘Leap’-motornognooitdaadwerkelijkineenvliegtuigisgeïnstalleerd,heeftCFMnual3600ordersbinnen.Boeingwildemotorgaantoepasseninde737Max,AirbusindeA320NeoenhetChineseComacinzijntoekom-stigeC919-toestel.Nognooiteerderverliepdeverkoopvaneenmotorzosnel.
Auteur:Marloes van Put (stagiair, onder eindverantwoording van Eric van Kooij)
Meer informatieEricvanKooij
Email: [email protected]
IA Frankrijk
23 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamFrankrijk | Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame aardmetalen en zoekt naar diepzeemijnen
SamenvattingZeldzameaardmetalenzijnstoffendieindustriëlebedrijveninEuropahardnodighebbenvoordeproductievanallerleihightech-apparatuur,vanmobieltjestotwindturbines.VoorzoverbekendzijnerinEuropageenmakkelijkwinbarevoorradenzeldzameaardmetalen.Chinaheeftdievoorradenwel,maarhanteertsteedsmeeruitvoerbeperkingen.Heteconomisch-strategischekaraktervandezematerialenenhetfeitdatdeprijzenflinkzijngestegen,geeftaanleidingomdevoorzieningervanopeenanderemanierveiligtestellen.Frankrijkzetdaarbijvooralinophergebruikenhetzoekennaarnieuwelocatiesvoorwinning.DeFranseoverheidspeelteenbelangrijkerolinhetorkestrerenvandebeleidsmatige-,industriële-enonderzoeksbelangen.
“Terres rares”
Zeldzameaardmetalenvormeneengroepelementendietegenwoordiginonderdelenvanbijnaallehightech-apparatenwordentoegepast.Alsmenhetoverzeldzameaardmetalenheeftdangaathetmeestaloverdeoxidevormervan.Deelementenzelfkomennietvrijindenatuurvoor,maarwordengewonnenuitdemineralenbastnäsiet,monaziet,loparietenuitlateritischekleien.Zeoxiderenheelgemakkelijkzodrazeaandeluchtwordenblootgesteld.Zehebbenomdieredendeterm‘aarde’meegekregen;‘aarde’iseenrechtstreeksevertalingvandeFranseterm’terre’datvroegerookoxidebetekende.Indenegentien-deeeuwiseengrootdeelvandezeventien
zeldzameaardmetalendoorFranseonderzoekersontdekt.Zewerdenals‘rare’(zeldzaam)bestem-peldomdatmendachtdatzezeerbeperktvoorkwamen.
Inwerkelijkheidzijndeelementennietechtzeldzaam.Welzijnzeoverhetalgemeenmoeilijktewinnen.Ookzijnzevanwegedeonderlingzeervergelijkbarechemischeeigenschappenmoeilijkteisoleren.Daarnaastisdemondialevraagnaarzeldzameaardmetalengrootomdatzenodigzijnvoorhetmakenvanallerleielektronicaalsmobieletelefoons,computers,mp3-spelers,camera’s,batterijen,auto-onderdelenenmilitairetoepassin-genzoalsdebesturingenvanraketten.Zeldzame
Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame aardmetalen en zoekt naar diepzeemijnen
Figuur 1. Zeldzame aardmetalen in het periodiek systeem
24 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamLand | Artikel naamFrankrijk | Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame aardmetalen en zoekt naar diepzeemijnen Frankrijk | Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame aardmetalen en zoekt naar diepzeemijnen
aardmetalenmakendesteedsverdergaandeminiaturisatievandezeapparatenmogelijk.Veelvraageneenbeperktaanbodzorgennuvooreenrelatiefhogeprijs.
Schaarste stimuleert heroriëntatieHetmerendeelvanderelatiefmakkelijkwinbarevoorradenbevindtzichinChina.Chinaproduceertperjaarmeerdan95%vanhetmondialeaanbod.Officieeluitmilieuoverwegingenenomtesnelleuitputtingvandereservestegentegaan,heeftChinain1999exportbeperkingeningesteld.Eenandereredenismogelijkhetwillenveiligstellenvandetoeleveringaandeeigenindustrie,dieintoenemendematenaardezegrondstoffenvraagt.OverhedenvandeEU,deVSenJapanhebbenzichoverdehandelsbeperkingenbeklaagdbijdeWTO.Tegelijkertijdzorgtdeschaarsteopdemarkteldersindewereldbijdeafnemersvooreenheroriëntatie.Zijzoekennaarmogelijkhedenvoorcommerciëlewinninginanderelandenenindiepzeemijnen.Andereoptieszijnhergebruikensubstitu-tie.Bijhergebruikgaathetomhetrecyclenvanelektronischeapparatuurmethetdoeldezeldzameaardmetalendaaruitteisolerenenopnieuwtekunnengebruiken.Bijsubstitutie,vervanging,gaathetomhetontwikkelenvannieuwetechnologieëndiealternatievenvoorzeldzameaardmetalenmogelijkmaken.Hetstrategischekaraktervandebeschikbaarheidvanzeldzame
aardmetalenendebehoefteaanalternatie-ven,zorgtervoordatoverheden,bedrijvenenkennisinstellingenzichgezamenlijkoverdezeproblematiekbuigen.
Interdepartementale aanpakIndehuidigeoverheidsconstellatieisdeFranseministervanEconomie,FinanciënenIndustrie(MEFI)verantwoordelijkvoordevoorzieningszekerheidvanstrategischegrondstoffen.Inmaart2011heeftMEFIopditterreineenadviesorgaaningesteld,hetConseil pour les Metaux Strategiques (COMES).COMESiseeninterdepartementalewerkgroepwaarinnaastMEFIookdeministeriesvanOnderzoek,BuitenlandseZaken,Defensie,Milieu,Onderwijs,Begrotingendedouanezijnvertegenwoor-digd.Hetbedrijfslevenisdoordeoverkoe-pelendewerkgeversorganisatieMEDEFvertegenwoordigt,maarookgrotebedrijvenmeteendirectbelangzoalsRhodiaenArevanemendeelaanhetoverleginCOMES.VoortszijnpubliekeorganisatieszoalsBRGM(degeologischedienst),Ifremer(eenpôledecompétitivitédiezichondermeeropdiepzee-onderzoekricht),ADEME(uitvoeringsorganisatiemetbetrekkingtotenergieenmilieu),CNRS(deoverkoepelendeonderzoeksraad)enCEA(delandelijkeenergiecommissie)betrokken.COMESadviseertnietalleendeministervanMEFI,zespeeltookeencentralerolin
hetorkestrerenvanbeleidsmatige,commerciëleenonderzoekgerichtebelangen,visies,plannenenactiviteitenvandebetrokkenpartijen.BovendienprobeertCOMEShetrelevantebedrijfsle-venbewusttemakenvandetoenemendeschaarsteaanzeldzameaardmetalenenvanhetbelangomtijdignatedenkenenonderzoektedoennaaralternatieven.OpinitiatiefvanCOMESiszoeenchecklistontwikkeldwaarmeeindividuelebedrijvenkunnennagaanofzeoptermijntemakenhebbenmeteenmogelijktekortaanéénofmeerderezeldzameaardmetalen.IndiezinisCOMESvooraleensoortplatformdatinformatieverzamelt,partijenkoppeltenbewustwordingbevordert;hetinitiatiefomconcreteoplossingentevindenblijftbijdeonderzoeksinstellingenendebedrijvenzelfliggen.
Inzet op hergebruik EénvandeFransebedrijvendiehetmeestbetrokkenisbijhetaanbodvanzeldzameaardmetalenischemieconcernRhodia.AlindejarenvijftiglegdeRhodiazichinhaarfabriekinLaRochelletoeophetisolerenvanzeldzameaardmetalen.Opbasisvandekennisenexpertisedievanaftoenisontwikkeld,heeftRhodiazichnutoege-legdophetrecyclenvanproductenwaarzeldzameaardmetaleninzijnverwerkt.SamenmetUmicorelanceerdeRhodiain2011eenrecyclingprogrammavanoplaadbareNiMH-batterijen.IndefabriekHobokeninBelgiëscheidtUmicoreeerstnikkelenijzervandezeldzameaardmeta-len.Hetbedrijfgebruikdaarvoorhetineigenhuisontwikkeldeultrahogetemperatuur(UHT)batterijrecyclageproces.Vervolgenswordendezeldzameaardmeta-lenverwerkttoteenkwalitatiefhoogwaar-digconcentraatdatverderwordtgeraffi-neerdindefabriekvanRhodiainLaRochelle.DemeesteNiMHhoudendebatterijenzijnoplaadbareAA-enAAA-batterijen.EengemiddeldeNiMH-batterijbestaatvoorongeveerzevenprocentuitzeldzameaardmetalen,zoalscerium(Ce),lanthaan(La),neodymium(Nd)enpraeseodymium(Pr).UmicoreenRhodiaverwerkenookbatterijenuithuishoude-lijkeapparatenenelektrischevoertuigen.IneenAAA-batterijzitongeveerééngramzeldzameaarde,indebatterijvaneen
Figuur 2. Mondiale verdeling van zeldzame aardmetalen bron: http://www.franceculture.fr/
25 | Advanced Materials
Land | Artikel naamFrankrijk | Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame aardmetalen en zoekt naar diepzeemijnen
huishoudelijkapparaatongeveerzestiggramenindebatterijvaneenelektrischvoertuigongeveertweekilo.InaanvullingophetrecyclenvanzeldzameaardmetalenuitNiMH-batterijenverwerktRhodiaookled-,halogeen-enfluoresce-rendelampen,magnetenuitmetnamewindmolens,harddisksenelektrischeauto’senkatalysatoren.Lampenbevattenondermeeryttrium(Y),europium(Eu)enterbium(Tb).Inmagnetenzijnvooralneodymium(Nd),praeseodymium(Pr),dyprosium(Dy)enterbium(Tb)verwerkt.
VolgensanalistenheeftRhodia,ondermeerdoordegeweldigevluchtinprijzenvandezeldzameaardmetalenin2011ruimeenverdubbelingvandeomzetindezeactiviteitbereiktvanongeveer225miljoennaarongeveervijfhonderdmiljoeneuro.InaanvullingopdefabriekinLaRochelle,heeftRhodiaookderecyclingactiviteitenindefabriekinSaint-FonsbijLyononlangsuitgebreid.InSaint-Fonsvindtookonderzoekplaats.
Winning van zeldzame aardmetalen
Frankrijkisnaasthetherverwerkenvanzeldzameaardmetalenookactiefindewinningervaneninhetzoekennaarnieuwewinningslocaties.In2011heeftdeFransegeologischedienst,hetBureaudeRechercheGeologiquesetMiniers(BRGM),eenovereenkomst
geslotenmethetnationalemijnbouwbe-drijfvanKazachstan,Katzatomprom.OpditmomentisKazachstanal’swereldsbelangrijksteproducentvanuranium.Hetlandheeftwaarschijnlijkookomvangrijkereservesaanzeldzameaardmetalen.DeafspraaktussenBRGMenKatzatompromisomsamentewerkenbijdeexploratievanzeldzameaardmetaleninKazachstan,hetontwikkelenvanproductietechnologieenhetuitvoerenvanhaalbaarheidsstudiesnaarkansrijkemijnbouwprojecten.WereldwijdheeftRhodiavijfproductielo-catiesvoorzeldzameaardmetalen,waarondertweeinChina.MethetbedrijfChinaRareMetalsandRareEarthCo.,LtdheeftRhodiaeenovereenkomstoverstrategischesamenwerkingophetgebiedvankennis-entechnologieoverdracht,marktontwikkelingendeleveringvanzeldzameaardmetalen.Inapril2012kondigdenRhodiaenhetDuitsebedrijfTantalusRareEarthAGaandatzegaansamenwerkenbijhetverderontwikkelenvaneengrootgebiedvanTantalusmetlateritischekleilageninhetnoordwestenvanMadagaskar.DeverwachteproductievanvijftienduizendtonperjaargeeftRhodiadezekerheidvaneensubstantiëlevoorzieningvanzeldzameaardmetalenbuitenChina.VoorTantalusisdetoegangtotdeexpertiseenervaringvanRhodiainhetverwerkenvanzeldzameaardmetaleneenbelangrijketoegevoegdewaarde.Hetontginnenenverwerkenvankleilagenmet
zeldzameaardmetalenismakkelijkerenminderkostbaardanhetonttrekkenvanzeldzameaardmetalenaangesteenten.InnavolgingvanChina,RuslandenIndiaisookFrankrijksteedsmeergeïnteresseerdinhetexplorerenvandediepzeebodemoppotentiëlebronnenvanallerleistrategi-schegrondstoffenenmetalen.Hydrothermischespletenengeisersopdebodemvandeoceaanspuwenmagmainhetzeewater.Indiewarme,zwavelhou-dendevloeistofbevindenzichmineralenuitdeaardkorst,waarondergoud,zilver,platina,kobalt,koper,zink,titanium,loodenzeldzameaardmetalen.Alshetwarmemagmaincontactkomtmethetkoudezeewaterslaandeopgelostemineralenneer.Debolvormigeafzettingdieopdiemanierrondeengeiserontstaatisrelatiefmakkelijkteexploiteren.TegendieachtergrondisdepôledecompétitivitéIfremerinsamenwerkingmetdebedrijvenArevaenTechnipbetrokkenbijdeexploratievandezeebodem.Deeilanden-groepWallisenFutuna,FranseoverzeesegebiedsdelenindeStilleOceaan,vormeneengebiedwaardeorganisatiesbegonnenzijnomdehydrothermischeafzettingenopdezeebodemteontginnen.Waarschijnlijkisditslechtshetbegin,wantFrankrijkheeftnadeVSdeopéénnagrootsteexclusieveeconomischezonetewereld;allesbijelkaareengebiedvanongeveertienmiljoenvierkantekilometer
Tot slotHetindustrieel-strategischbelangvanzeldzameaardmetalen,detoenemendekostenenafnemendevoorzieningszeker-heidhebbeninFrankrijkaanleidinggegeventoteenprofessioneleendoelge-richteaanpakopditterrein.Deoverheidheeftdebelangrijkstebetrokkenpartijenbijelkaargebrachtvooroverlegenonderlingeafstemmingvanactiviteiten.GrotebedrijvenalsRhodiaenArevazettensamenmetonderzoeksinstellingenalsBRGMenIfremerexpertiseinomactivitei-tenuittebouwenophetgebiedvanhergebruik,overzeesewinningendiepzeemijnbouw.
DeNederlandseregeringheeftvorigezomerdeGrondstoffennotiegepubliceerd.Uitditrapportblijkterbelangstellingte
Figuur 3. Strategische grondstoffen (bron: http://www.usinenouvelle.com/article/terres-rares-rhodia-renforce-sa-strategie-d-approvision).
26 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamFrankrijk | Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame aardmetalen en zoekt naar diepzeemijnen Frankrijk | Frankrijk zet in op hergebruik zeldzame aardmetalen en zoek naar diepzeemijnen
zijnvoormogelijkhedenvoorinternatio-nalesamenwerkingophetgebiedvanhergebruik,substitutie,reductieendiepzeemijnbouwmetbetrekkingtotzeldzameaardmetalen.Zekermetbetrekkingtothergebruikendiepzeemijn-bouwlijkendeervaringenenactiviteitenvanFransebedrijvenenkennisinstellingenkansentebiedenvoorsamenwerkinginonderzoek.HetbelangdatdeFranseoverheidaanzeldzameaardmetalenhecht,kaneenaanknopingspuntbiedenomookvanuiteenbeleidsperspectiefovereenbrederevormvansamenwerkingvangedachtentewisselen.
Bronnen• TheHague CentreforStrategicStudies(HCSS),
Samenwerken aan Zeldzame Aarden,februari2012.
• FrançoisBersani,Conseil pour les Metaux Strategiques,
interviewinParijs,mei2012.
• OlivierJames,Rhodia sécurise ses terres rares,l’Usine
Nouvelle,november2010.
• BenjaminMalletetNoëlleMennella,Areva et
Rhodia vont collaborer dans les terres rares,l’Usine
Nouvelle,mei2011.
• Rhodia,Terres rares, oxydes mixtes et alumines, http://
www.rhodia.com,juni2011.
• LeighStringer,France’sRhodiaandTantalusto
worktogetheronrareearthproject,http://www.
icis.com,april2012.
• OlivierJames,Terres rares : il ne faut plus compter sur la
Chine,l’UsineNouvelle,maart2012.
• AlexandreChassignon,La tension sur les terres rares
aboutit à une plainte contre la Chine à l’OMC,France
Info,maart2012.
• OlivierJames,Terres rares : Rhodia mise sur le recyclage,
l’UsineNouvelle,oktober2011.
• SylvainKahn&LaureBirckel,Lesterresraresen
cartesetdanslapresse:unmarchéstratégique,
FranceCulture,februari2012.
• BarbaraLeblanc,Rhodia s’allie à une filiale de Chinalco
dans les terres rares,l’UsineNouvelle,december2011.
Meer informatieEricvanKooij
Email: [email protected]
IA Frankrijk
27 | Advanced Materials
Land | Artikel naamFrankrijk | Franse onderzoekers maken een unieke thermoharder met de eigenschappen van glas én rubber
HetonderzoeksteamvanLudwikLeibler,verbon-denaanhetParijselaboratorium‘Matièremolleetchimie’(Wekematerieenchemie)vanhetCNRS/ESPCIParisTechheeftnatweejaarwerkeneenuniekeorganischethermoharderontwikkelddiedeeigenschappenvanrubberenglascombineert:onoplosbaarinwater,rekbaar,flexibelofhardafhankelijkvandesamenstelling,maarzeersterk,hervormbaarbijverhittingenrecyclebaar.DeFransebenamingis‘vitrimère’,afkomstigvanhetwoordglas(vitre)enpolymeer(polymère).LudwikLeiblerenzijncollega’sstondenin2009ookalaandewiegvaneenrevolutionairevinding,namelijkzelfhelendrubber,eveneensinnauwesamenwer-kingmetArkema.Leiblerpubliceerdezijnvindinginnovember2011endeponeerdevieroctrooien.
Unieke combinatie van eigenschappenTotnutoebestondenertweesoortensynthetischepolymeren:dethermoplastische(zoalsgebruiktinverpakkingenenpvc-flessen)endethermohar-dendeepoxyharsendievoorcomposieteninbijvoorbeeldluchtvaartindustrieofbotenbouwwordengebruikt.Deeerstecategorieisrecycleer-baarentebewerkenmetwarmte,terwijldetweedecategorieharderenstabielerismaarnietmeertevervormenenooknietterecyclen.Dezenieuwepolymeerbestaatuiteenmengselvanvetzurenafkomstiguitdepapierindustrie,epoxyhars(zoalsdieonderandereindeboten-bouwwordtgebruikt)eneenkatalysator.
Hetmengselwordteerstverwarmdeninvloeibarevormopeenplaatgegoten.Dezegaatineenwarmepersenhetheeftdanvoorrubberkenmer-kendeeigenschappenzoalselasticiteit,onoplos-baarheid,onbreekbaarheideneen‘geheugen’voordevorm.Tegelijkertijdishetmogelijkomheteennieuwevormtegevennaverhittingofomalhetmateriaalomtesmelten.Eeneigenschapvanglas.Afhankelijkvandeverhoudingtussendeingredi-entenontstaateenflexibel,rubberachtigmateriaalofeenhardonbreekbaareindproductdatmetwarmtenogaltijdvervormdkanwordenmaarveellichterisdanglas.Detoepassingsmogelijkhedenzijnbreed:natuur-lijkindeauto-envliegtuigindustrie,bouw,voordrukwerk,sportaccessoiresenelektrotechniek.Depolymeeristeversterkenmetvezelsengoedbruikbaarombijvoorbeeldeenmaltemakenalshetgietendaarvanmoeilijkofonmogelijkis.Klikhiervooreenfascinerendedemonstratievanditnieuwemateriaal(inhetFrans):http://www.dailymotion.com/embed/video/xmd2be
Bronnen • Unplastiqueinspiréparleverre,LesEchos,20december
2011
• Unmatériauplastiquefaçonnablecommeduverre,
Lefigarole18november2011
Meer informatieElisabethvanZutphenEmail:[email protected]
IA Frankrijk
Franse onderzoekers maken een unieke thermoharder met de eigenschappen van glas én rubber
© CNRS Photothèque/ESPCI - FRESILLON Cyril
28 | IA Special | november 2012
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsLand | Artikel naam Duitsland | Het sluiten van de keten van slimme materialenFrankrijk | Franse onderzoekers maken een unieke thermoharder met de eigenschappen van glas én rubber
Het sluiten van de keten van slimme materialen
Vanaf 1 juni 2012 is er een wet in Duitsland actief, die de producent of houder van afvalstoffen verplicht stelt deze te verwerken. Het is een grote stap richting een echte ‘kringloopeconomie’. In 2020 zal 65 procent van al het huishoudelijk afval en 70 procent van al het bouw- en sloopafval gerecycled worden. Het sluiten van ketens is een drijfkracht binnen de afvalverwerkingsindustrie. Het levert energiebesparing op door materiaalhergebruik, waardoor er geen aanspraak hoeft te worden gemaakt op bodemschatten of fossiele bronnen. Daarnaast is het door een groeiende materiaalschaarste en daardoor oplopende prijs steeds vaker economisch interessant om materialen opnieuw te gebruiken of te recyclen. Dit artikel focust specifiek op het sluiten van de keten van slimme materialen. Deze sterk ontwikkelende chemietak waarin veel nieuwe materialen ontstaan, wordt door de Duitse wetgeving gestimuleerd om meer onderzoek hiernaar te doen.
InDuitslandishetideedatafvaleenwaardevertegenwoordigtvanafmiddenjarennegentigmeerenmeergaangroeien.Dathadnietalleenmetdeeconomischewaardevanafvaltemaken(datwaseigenlijkeenbijproduct),maarmeermetmilieubesparendeaspecten.Hetscheidenvanafvalendenoodzakelijkewetgevinghiertoehebbeneenextrastimulansgegevenaanhetontstaanvande‘afvaleconomie’.Indeloopderjareniseensteedsrestrictieverbeleidontstaanenin2005tradeenwetinwerkingdiehetverbiedtomongescheidenafvaltestorten.HetgevolgvandezeontwikkelingisdatDuitslandtotdebestpresterendelandenhoortinhetrecyclenvanafval.Hetopvallendeisdatwanneerwezoekennaarechteinnovatiesbinnendeafvaleconomie,dieeramperzijn:deoverheidneemthetvoortouwmetwet-enregelgeving,stimuleertnieuweontwikke-lingenvia(gesubsidieerde)proefprojectenenafvalbedrijvenvolgendezetrend.DesalnietteminisdeDuitseafvaleconomieeenbranchemeteeneconomischewaardevan50miljardeuro,diewerk
biedtaan240.000mensen(2007).In2012heeftDuitslandeenwereldwijdmarktaandeelvan24procentinfaciliteitenvoorafvalverwerkingenrecycling.
Eenvollediggeslotenketenbetekentdatdeprocessenvaninwinnen,demonterenenherwin-nenzozijningericht,daterbasismateriaalvanzodanigekwaliteitontstaat,daternieuwe(gelijkwaardige)materialenvangemaaktkunnenworden.Ditimpliceertdateropeenbepaaldmomentgeeninputvannieuwematerialenmeernodigis.Wattegenwoordig(te)vaakvoorkomt,isdatdeketennietgeheelgeslotenwordt.Inplaatsvanrecyclingvindter‘down-cycling’plaats:materialenwordthergebruiktopeenlagerkwaliteitsniveau,waardoordekanstoeneemtdathet(indevolgendelevensfasen)eindigtalsafval.Erzijntweesoortenkringlopenvanmaterialen:eentechnischeeneenbiologischekringloop.Debiologischekringloopwordtovergelatenaandenatuur.Detechnischekringloopwordtdoormechanischeenchemischerecyclingweergeïntegreerd.Opdezechemischetakgaatditartikelverderin.DelaatsteontwikkelingenindetopsectorChemieenspecifiekhetsluitenvandeketenvanSmartPolymericMaterialsliggenopdrievlakkenbinnenDuitsland::materiaaltechniek,logistiekenscheidingstechniek.
MateriaaltechniekenDepolymerisatie
Hetproducerenvanpolymerenheetpolymerisatie.Hetomgekeerdeproces,depolymerisatie,verloopthelaasmoeizaamenkentveelcomplicaties.Thermoharderskennenbijvoorbeeldmaaréénrichting,watbetekentdatzeindetoekomstzulleneindigenalsafval.Deuniversiteitvan Bayreuth,hetonderzoeksinstituutInvertec e.V. enhetbedrijfDyneonGmbHzijneringeslaagdom
Duitsland
29 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamDuitsland | Het sluiten van de keten van slimme materialen
fluorpolymerenterecyclen:depolymerisa-tiedoorflash-pyrolyse.
Gefluorideerde polymeren,zoals hetbekende polytetrafluorethyleenPTFE(handelsnaam:Teflon),zijnniet-klevendenbestandtegen hitteenchemicaliënbestand. Daaromzijnzijnietalleenessentieel voordevoedingsmiddelenindu-strie,maarookindehalfgeleiderindustriealsbekledingvoorafdichtingenenalskabelisolatieindeelektrotechniek.Doordatfluorpolymerentotdemeeststabieleorganischeverbindingenbehoren,wordenzealsafvalgestortofverbrand.
Fluorpolymerenkunnengedepolymeri-seerdwordendoorflash-pyrolyse;eenproceswaarinzewordengesplitst in(her)bruikbaremonomeren.Metonderandereeenmagnetronalsenergiebronwordtingeoptimaliseerdeprocesomstandighedentot93procentvanhetgewichtvandePTFE,degasvormigemonomerentetrafluorethy-
leenenhexafluorpropeenteruggewonnen.Dedeelsgefluoreerdepolymeren,etheen-propeencopolymeer(FEP)enethyleen-copolymeerPPVE(PFA)wordenverdergerecycledtoteengewichtspercen-tagevanrespectievelijk86en77procent.Dyneonplantmomenteel debouwvaneen fabriekdiederecyclingvan500tonperjaarmogelijkmaakt.
Self-healingHetvoorkomenvanafvalstimuleertookhetsluitenvandeketen.ZohebbenonderzoekersvanhetFraunhoferInstituutvoorMilieu,VeiligheidenEnergietechnologieUMSICHTinOberhausen(het BMBFprojectOsiris),eenkunststofontwikkeltdiezichzelfkanherstellen.Elkekunststofdiehogemechanischebelastingenmoetdragen,heeftdekansmicro-scheurentebevatten.Ditkanlijdentotonverwachtefunctie-uitvalvanhetmateriaal. Omdegroeivanscheurenineenvroegstadiumtestoppen,
isereenelastischpolymeerontwik-keld, diezichzelfkangenezen.InspiratiebronnenwarenderubberboomHeveabrasiliensislatexen ficusplantendiezichzelfkunnengenezenvanscheur-vormigewonden.Figuur1toonthoeeenscheurweerbijelkaargebondenwordt.
MevrouwNellissenisalswetenschapperbijhetprojectbetrokken.ZijvermeldtineenFraunhofer-berichtdateralthermohardersmeteenzelfherstellendvermogenbestaan,zoalsdeself-healinglakkenbinnendeautomobielindustrie.Elastomeren,diescheurenkunnensluitenzonderinterventievanbuitenaf,zijn nognieteerderontwik-keld.Eenprototypeisinmiddelsklaar,namelijkeenzelfherstellendeuitlaatop-hangsysteemvoorauto’s(figuur2).
Logistieke techniekenInhetscheidenvanafvalhebbendeDuitserszichgoedontwikkeld,maaroudeelektronischeapparatuurmistnogeendoelenligtvaakweggestoptindeondersteladen.HetafvalsorteringsbedrijfAlbaenDeutschePostschattendaterinDuitslandnogongeveer83miljoenoudemobieletelefoonsrondzwerven(figuur3).Op25januari2012zijndezetweebedrijveneensamenwerkinggestart.IedereDuitserwordtgevraagdoudemobieltjesbijdeDeutschePostkosteloosteverzendennaarAlba,diedewaardevollegrondstoffenkanextraherenenverhandelen.
Albaismeteenomzetvan3,2miljarden9.000werknemersdetweedegrootsteafvalverwerkerinDuitsland,naRemondis(6miljardomzet).Momenteelverwerkenze40.000elektronischeapparatenperjaar.
Scheidingstechnieken Seperatec
VoorDuitslandiseenbetrouwbaregrondstofvoorzieningzeerbelangrijk.DaaromstimuleerthetDuitseministerievanEconomieenTechnologie(BMWi)efficiëntgebruikvangrondstoffenenmaterialen.InsamenwerkingmethetDuitseagentschapvoorgrondstoffen(DERA)wordenprijzenuitgereiktvoorgrondstof-enmateriaalefficiënteproduc-ten,processenendienstenenhetdaarvoorbenodigdetoepassingsgerichteonderzoek.
Figuur 1
Figuur 2
30 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamLand | Artikel naamDuitsland | Het sluiten van de keten van slimme materialen Duitsland | Het sluiten van de keten van slimme materialen
Eénvandezeswinnaarsvan2011washetbedrijfSeperatec.Datrichtzichop hetrecyclenvandunne-filmfotovoltaïschemodulesviadestappenvoorbehandelen,scheidenensorteren.Devoorbehandelingondersteunt eenbeterescheidingvan deafzonderlijkestoffenindezonnepanelen.In dezeeerstebehandelingwordenhet frameenaansluitdozengescheidenenvervolgensnaareenrecyclingspecialistgebracht.DespecialiteitvanhetSeperatec-procesisdescheidingvan decoatingsmetbehulpvanspeciaalontwikkeldevloeistof-fen.Bijde fotovoltaïschemodules ishetzaakom de glas-glas verbinding endeglas-halfgeleidercoatingtescheiden. Zowordtereenhogekwaliteitsecundairegrondstoffengecreëerd.Hetsorterenvan deverschillendeonderdelenvindtal gedeeltelijkplaatstijdenshetschei-dingsproces. Bevrijdvan dehalfgelei-der wordthetglasdoorgegevenaandevlakglasproducentendehalfgeleidercoa-tingvervolgensaangespecialiseerdeedelmetaalpartners.
“Om de groei van scheuren in een vroeg stadium te stoppen, is er een elastisch polymeer ontwikkeld, die zichzelf kan genezen”
Unisensor:AandekunststofzijdevandeafvalbergheefteenDuitsbedrijfUnisensoreenprobleemuitdeweggeholpen.Metdehuidigesorteringsmethodevankunststof-fenblijfteenongewenstemixvanverschillendekunststoffenbestaan.Visuele,cameragebaseerdeof anderetraditionele methodenidentificerendematerialenslechtsgedeeltelijk, omdatze vaaknietzijnteonderscheideninkleurofoverandereparameters.Kunststofkomthierdoormomenteelvooralterechtineendown-cyclingproces;eenPET-fleskomtnietterugalsPET-fles.
Eenzuivere scheidingvaneengemengdekunststoffenstroomismogelijkdoorgebruiktemakenvanlaser-spectroscopie.Hetsysteemmaaktopzeerhoge snelheidmeteenefficiënteen accuratedetectieme-thodeeengoedemateriaalidentificatievanplasticvlokkenenkorrels.Elkesoortkunststofreageertoptischandersenisdaarmeeherkenbaar.Zodraeensoortwordtherkend,schietenluchtinjectieshetineenbepaaldebaan(figuur4).MetdeDeutscherZukunftspreis2010opzakstaatUnisensorklaaromjaarlijks100.000tonaanDuitskunststofafvalteverwerken.
Bronnen• http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinfor-
mationen/2011/maerz/defekte-kunststoffe-repa-
rieren-sich-selbst.html
• http://www.dbu.de/phpTemplates/publikatio-
nen/pdf/070512023329p3os.pdf
• http://www.saperatec.de/index.php/technologie/
recyclingverfahren
• http://www.unisensor.de/produkte/product-
details/recyclingindustrie/powersort-200.html
Auteur: Matthijs Bloemen
Meer informatieWoutvanWijngaarden
Email [email protected]
IA Duitsland
Figuur 3
Figuur 4
31 | Advanced Materials
3.8 miljoen euro voor het ‘raam’ van de toekomst uit Zwitserland.
Land | Artikel naamDuitsland | 3.8 miljoen euro voor het ‘raam’ van de toekomst uit Zwitserland.
Hetproject‘Winsmart’heeftEUexpertsovertuigd.DeexpertsvondenhetprojectvanEmpa-onderzoekerMatthiasKoebelMatthiasKoebel,hetbesteonderzoeksvoorstelinzijnklasse.EmpaishetinterdisciplinaironderzoekscentruminZwitserlandvooronderzoeknaarmaterialenenmateriaaltechnologie.Koebelsprojectgaatoverdeontwikkelingvaneenintelligentraamvoordegebouwenvandetoekomst.Deachtpartnersuitonderzoekenindustriekrijgenmeerdan3.8miljoeneurouithet7eKaderprogrammavandeEU.HalverwegeaugustusondertekendedeEmpahetverdragdatdesamenwerkingtussenallebetrokke-nenbezegelde.KoebelsTeamheeftnu670.000ZwitserseFrankentotzijnbeschikking.Het‘Winsmart’projectheeftindestrijdomhetEUbudget21concurrentenachterzichgelaten.‘Winsmart’ontwikkelttechnologieëndieisolatievanramenvannormaalgeproduceerdglasverhogenenzedoor‘schakelbaarglas’functioneeltemaken.
Een dun raam dat niets doorlaat.Dubbelglasramenbestaanuittweedelenineenaluminiumraamwerk.Ditraamwerkomsluiteen1.5tot2cmdikkeholleruimtediemetsiliconenisafgedichtenmetgasgevuld.Hetgasverhindertdewarmteoverdracht.Wat‘Winsmart’ontwikkeltiseennieuwvacuümgeïsoleerdglasdatdriemaaldunnerisdannormaaldubbelglasenbovendientweemaalbeterisoleert.Deafstandtussendetweelagenglaswordtgereduceerdtoteenafstandvantussende0.2en0.7millimeter,daarbijwordtookdewarmteoverdrachtvolledigtegengehouden.Vanwegedehogedrukdiebijditproceskomtkijkenwordendealuminiumraamwerkenvervangendooreentinlegering.Hetdubbelgaswordtineenvloeibarelegeringvantinluchtdichtgemaakt.Hetframeisdanvoordekomende30jaarluchtdicht.Hetprobleemmettinisdattinenglaszichtotelkaarverhoudenalseendruppelwatertoteennieuweregenjas,zestotenelkaaraf.Omditprocestegentegaanwordthetframevantinkortetijdonderelektrischespanninggebracht.
Rolluiken en verduisterende gordijnen straks overbodig?
Detweedefocusvan‘winsmart’richtzichopdecoatingvanramen;menonderzoektschakelbareramen.Daarmeewordtbedoeldramendiemeteendrukopdeknopkunnenverduisteren.Ophetglaswordteen100-200nanometerdunnelaagaangebracht.Hetmateriaalwordtonderextremehitteopopgebracht.Dezelaagisgevoeligvooreenkortestroomschok,hierbijwordtWolframoxidvrijgelatenendatreageertzodathetglasverduis-terd.Alshetraamvandetoekomstdehoeveelheidbinnenkomendlichtzelfkanmeten,kanhetvervolgensderamenzelfstandigverduisteren.Theoretischzouhetraamooknogwaterafstotendenkrasbestendigwordengemaakt.DaarvoorontwikkeltKoebelsteamnognieuwetechnieken.
Massaproductie in vijf tot 10 jaar mogelijk.
Indetoekomstzalhetgeheeprocesvanhetsnijdenvanglas,hetmakenvanschakelbareramenenvanraamwerkengeproduceerdonderhoogvacuüm,eengeautomatiseerdproductieprocesmoetenworden.Momenteelishetbreekpuntnoghetgebrekaandejuistrobotica.Koebelstelt:“In5tot10jaarzalheteerstWinsmartraamopdemarktzijn”.
8EuropesepartnersinhetprojectWinsmart:TechnologischesInstitutDänemarkDTIFraunhofer-Gesellschaft,ISE&IWM,Freiburg,DuitslandUniversitätLjubljana,SlovenieAGCGlassEurope,BelgiePhotoSolarA/S,DenemarkenEControl-GlasGmbH&Co.KG,DuitslandScandiaWindows,Denemerken
Auteur: Marlies Draisma, stagiair bij IA Berlijn, locatie Bern
Meer informatieWoutvanWijngaarden
Email: [email protected]
IA Duitsland
32 | IA Special | november 2012
Warmteopslag in Zeoliet-bolletjes
The Netherlands | Artikel naamLand | Artikel naamDuitsland | 3.8 miljoen euro voor het ‘raam’ van de toekomst uit Zwitserland. Duitsland | Warmteopslag in Zeoliet-bolletjes
© Fraunhofer IGB
Steedsvakerwordtuitbiogaselektriciteitgeprodu-ceerd.Ongeveerdehelftvandeenergiekomtbijditprocesalsrestwarmtevrij,diesoms,maarlangnietaltijdnuttiggebruiktkanwordeninbijvoor-beeldkassenofhuishoudens.Hetprobleemdaarbijisvaakdatdewarmtenietophetzelfdemomentgebruiktkanwordenalsdathetgeprodu-ceerdwordt.Bovendienwordtbiogas,vooralinDuitsland,meestalnietindebuurtvaneenkasofwoonwijkgeproduceerd.Alsoverbruggingkanwarmteopslagdienen.Detechnischeuitdagingisdanomdeverliezenzolaagmogelijktehouden.DaartoepresenteerthetFraunhoferInstituutIGBinStuttgartsamenmethetbedrijfZeoSysnueennieuwconcept.
HetideeiswarmteopteslaanmetbehulpvanporeuzeZeolietbolletjes.Ditmateriaalneemtwarmteopalshetincontactkomtmetwarme,drogelucht–energiediewordtopgeslagendoordatwaterdampbindtophetenormeopper-vlaktevandeZeoliet.Eengramvanditmateriaalheefteenoppervlakvanduizendvierkantemeter.Hetmateriaalgeeftjuistweerwarmteafalshetincontactkomtmetwater.Doortoevoervankoudevochtigeluchtkandusdeenergieopeengewenstmomentweerwordenteruggewonnen.EenvoordeelvanditmateriaaltegenoveranderwarmteopslagmethodesisdathetZeolietzelftijdensditprocesnietwordtverhit,waardoorergeenverliezenkunnenoptredenalsgevolgvanafkoeling.Bovendienisdeenergiedichtheidrelatiefhoog,erkanvierkeerzoveelwarmtewordenopgeslagenalsinwarmwater.HetFraunhoferinstituutIGBheeftnustappengezeteneenproefvan1,5litereerstkunnenopschalennaar15envervolgensnaar750liter.
Bron• http://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/
presseinformationen/2012/waerme-speichern.html
Meer informatieJoopGilijamse
Email: [email protected]
IA Duitsland
33 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamSingapore | Ontwikkeling en toepassing van intelligente en zelfherstellende materialen in Singapore
SamenvattingHetmateriaalonderzoekinSingaporevindtplaatsbinnendetweeuniversiteitenindestadstaatendeonderzoeksinstitutenvanA*STAR.Hetonderzoekissterkgerichtoptoepassingvannieuwontwikkeldematerialen.Daaromwordtactiefgezochtnaarsamenwerkingmetprivatepartijen.
Toegepast en publiek-privaat onderzoek in A*STAR
HetAgency for Science, Technology and Research(A*Star)inSingaporeisdeparapluwaaronderverschillendekennisinstitutenenconsortiazijnondergebracht.DezeinstitutenbouwenintellectueleeigendomopentrainenonderzoekersomzobijtedragenaanhetwetenschappelijkelandschapinSingapore.BinnenA*STARishetInstituteforMaterialResearchandEngineeringspeciaalgerichtopontwikkelingvannieuwematerialen.Hetinstituutomvatvieronderzoeksgroepen:‘Design&Growth’doetonderzoeknaarferrometalenenhalfgelei-ders,‘Patterning&Fabrication’doetonderandereonderzoeknaarnanoimprinting,‘Synthesis&Integration’doetonderzoeknaarpolymerenen
organischeLEDsenzonnecellen.Devierdegroep,‘MaterialsAnalysis&Characterization’,verleentondersteunendeonderzoeksdiensten.Hetinstituutzoektactiefnaarindustriëlesamenwerkingen.
Piëzo-elektrische sensorenDr.YaoKuileidthetonderzoeknaarintelligentefunctionelematerialenennanostructurendieinreactieopeenveranderendeomgevingeensignaalafgeven.Specifiekonderzoekthijpiëzo-elektrischematerialendiewordentoegepastbijdeontwikke-lingvanbijvoorbeeldaccelerometers,meerlagigegeleiders,UV-sensorenenbatterijlozeafstandsbe-dieningen.ZoheeftdegroepvanKuieenpiëzo-elektrischecoatingontwikkelddiealstrillingssen-sorfunctioneert.Detoepassinghiervanligtinkleinemachineonderdelen.Eenanderproduct,eenUV-sensoropbasisvaneenkeramischecoating,isduurzamerengoedkoperdanbestaandeUV-meters.
Functionele zijdeEenonderzoeksgroeponderleidingvandr.Ming-YongHanwerktaantoepassingenvanzijdeindelifesciencesenhightechsector.Vorigjaarpubliceerdedegroepeenartikelwaarindeonderzoekersbeschrevenhoeogenschijnlijksimpelgekleurdezijdeverkregenwordtdoorkleurstoffentoetevoegenaandevoedingvandezijderups.Alskleurstoffenkunnenwordeningebouwd,dankanditookmetanderemolecu-len.Zijdevezelszijnflexibel,sterkenimmuno-compatibel.Datmaakthetgebruikindegezond-heidszorgpopulair.Bekendetoepassingenzijnhechtdraadendragermateriaalvoorweefselrege-neratie.Verderemodificatievandeeigenschappen
Ontwikkeling en toepassing van intelligente en zelfherstellende materialen in Singapore
Singapore
Zijderups onder ultraviolet licht en zijdecocon in daglicht en ultraviolet licht. Bron: Natalia Tansil, Leng Duei Koh and Ming-Yong Han (2012) Functional Silk: Colored and Luminescent. Advanced Materials, p. 1388-1397
34 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naam Singapore | Ontwikkeling en toepassing van intelligente en zelfherstellende materialen in SingaporeSingapore | Ontwikkeling en toepassing van intelligente en zelfherstellende materialen in Singapore
vanzijdedoorbeïnvloedingvandevoedingvandezijderupsisinteressantvoorditonderzoeksveld.Vervolgonderzoekconcentreertzichonderandereopuitbreidingvanhetaantaltoepassingsmo-gelijkhedeninmedischehulpmiddelen.Deonderzoekersvoorzienookverdereontwikkelingvandefunctionaliteitinhightech-toepassingen,bijvoorbeelddeontwikkelingvanonderhuidsebiosenso-renopbasisvankennisvanbio-elektronikaenbio-optica.
Aerospace ConsortiumDewereldwijdeluchtvaartindustriegroeit.Dezeindustrieenonderzoekscentrawerkensamenmetpartnersoverdehelewereldomvliegtuigenveiligerenefficiën-tertemaken.Inhetontwerpvannieuwevliegtuigenwordeninteressantenieuwetechnologieëntoegepast.Hetgebruikvancomposietmateriaalinplaatsvanalumi-niumiseenbelangrijkevooruitgangvoorhetlichtermakenvandevliegtuigen.Samenmetdeontwikkelingvanefficiën-teremotorenenslimdesigniseenslaggemaaktindereductievanhetenergiever-bruik.HetonderzoekinhetA*StarAerospaceConsortiumiseengoedvoorbeeldvanpubliek-privatesamenwer-king.Inditconsortiumzijnzeveninstitutenactiefmetintotaal1.350onderzoekerseningenieurs.Samenmetachttienmultinationalsenhetmidden-enkleinbedrijfwerkenzijaan23projecteninvijfprogramma’s:(1)Geavanceerdematerialen;(2)ProductieprocessenenAutomatisering;(3)InformatieenCommunicatie;(4)Inspectieen(Non-Destructieve)Testenen(5)ComputermodelleringenDynamica.Onderhetprogramma‘GeavanceerdeMaterialen’vindtvoornamelijkonderzoekplaatsaancomposietenencoatings.Deontwikkeldecoatingshebbeneigenschap-pendiezebestandmakentegenUV-licht,extremetemperaturenofkrassen.Zoiserookeennieuwecomposietcoatingontwikkeld,dieimpactenergievanbotsendepartikelstijdensdevluchtabsorbeert.
Onderzoek Duurzaam bouwenProfessorPangSzeDaivanhetEngineeringDesign&InnovationCentreinde
Engineering-faculteitvandeNationalUniversityofSingaporewerktonderandereaanprojectenterverbeteringvandeduurzaamheidvangebouwen.Hijdoetdaarbijonderzoeknaarzelfherstellendebetonconstructiesdoortoevoegingvancapsulesmetepoxy.Wanneerscheurtjesinhetbetonontstaan,bijvoorbeeldnalangdurigeofplotselingebelasting,brekendecapsulesenzalhetepoxydeschadeherstellen.Ditverlengtdelevensduurvanbeton.Eenanderprojectvaltookonderdecategorieslimmematerialen:onderzoeknaarmulti-functioneelcomposiet-cement.Mengingvancementmetgrafietnanodeel-tjesverbeterteigenschappenalssterkteenlevensduur,ditlaatstedoordathetmateriaalminderporeuswordt.Bovendienfunctionerendegrafietnanodeeltjesalseensensordoorhunelektrischegeleiding.Daarmeewordthetmogelijkbreukenoptesporen.Dezetechnologieënkunnengebruiktwordeningebouweneninondergrondseinfrastructuurzoalsrioleringenentunnels.
Materiaalonderzoek aan de technische universiteit
DeNanyangTechnologicalUniversityheeftgezamenlijkepromotieprogramma’smetonderandereParisTech,hetImperialCollegeinLondonendeTechnischeUniversitätMünchen.Onderzoeknaarmaterialenvoortoepassingindemilieu-sector,induurzaamwaterbeheerenduurzameenergie-opwekking,indegezondheidszorgendefensieisbelangrijkindezesamenwerkingsverbanden.DeSchoolofMaterialScienceandEngineeringleidtduizendmasterstudentenen250promovendiop,metspecialeaandachtvoordeontwikkelingvanmultidiscipli-naireexpertise.Eersteklasmateriaalanalyseen–karakterisatiefaciliteitenzijnaanwezigvoorbijvoorbeeldonderzoeknaarnanomaterialenvoorhalfgeleidersenvoorindustriëlesamenwerkingmetbijvoor-beeldwindturbineproducentVestasofvliegtuigmotorenbouwerRolls-Royce.
Zelfherstellende roestwerende coatingEenzelfherstellendecoatingvoormetalenisontwikkelddooronderzoekersvandeNanyangTechnologicalUniversityonderleidingvandr.YangLinglei.Wanneerdeze
coatingbeschadigdraakt,zaleenbescher-mendepolymeerlaagvervolgensroestvor-mingtegengaan.Indeverfzijnminusculecapsulesmethexamethyleen-di-isocyanaat(HDI)verwerkt.Wanneerdeverflaagkapotgaat,brekendemicrocapsulesopenenzalineenchemischereactietussenHDImetwatereenanti-corrosievepolymeerlaaggevormdworden.Dr.Yangzietmogelijketoepassingeningrotemetaalconstructies,vanauto’stotdeoffshore-industrie.
Bronnen• InterviewmetProfPangSzeDai,NUS,doorSusan
vanBoxtelop25-juli-2012
• InterviewmetDrMarkLimenDrYaoKui,IMRE,
doorSusannevanLoonenSusanvanBoxtelop
18-sept-2012
• www.astaraerospace.sg
• Self-Healinganti-rustcoatingdevelopedbyNTU
researchers,BusinessTimes,14-jul-2011
• MaterialResearchatNanyangTechnological
UniversitySingapore,PooiSL,MaJ,BoeyF,
AdvancedMaterials2012,24,4038-40
• NataliaTansil,LengDueiKohandMing-YongHan
(2012)FunctionalSilk:ColoredandLuminescent.
AdvancedMaterials,p.1388-1397
• NataliaTansiletal(2011)Theuseofmolecular
fluerescentmarkerstomonitorabsorptionand
distributionofxenobioticsinasilkwormmodel.
Biomaterials,p.9576-9583
• NataliaTansiletal(2011)Intrinsicallycoloredand
luminescentsilk.AdvancedMaterials,p.1-4
• www.a-star.edu.sg
• www.imre.a-star.edu.sg
Meer informatieSusanvanBoxtelenSusannevanLoon
IA Singapore
35 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Slimme materialen voor de Japanse maatschappij van de toekomst
SamenvattingDeJapanseNewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentorganization(NEDO)heeftalzijnprojectenophetterreinvanelektronica,materiaaltechnologieennanotechnologieingekaderdindeJapansevisieopdemaatschappijvandetoekomst.Deleefomgeving,hetkantoor,destadenindustriëleproductieprocessenzullendrastischmoetenveranderen,wilersprakezijnvaneenduurzamerJapansemaatschappij.GrootschaligeR&Dentechnologieprojectenzijnnietlouterenalleenmeergerichtophetversterkenvanhetconcurrentievermogen.Zijwordensteedsmeergedrevendoormaatschappelijkethema’szoalsbroeikasgasemissies,energieverbruik,vergrijzing,creativiteitencommunicatie.
IntroductieAlsagentschapvoertNEDOhetbeleidvanhetJapanseCabinetOffice(CAO)enhetMinistryofEconomy,TradeandIndustry(METI)uit.TraditioneelgevenCAOenMETIdebeleidskadersaanwaarbinnenNEDOdeversterkingvanhetconcurrentievermogenvanJapansebedrijvenenhetoplossenvanbelangrijkeonderwerpenrondenergiekanvormgeven.NEDOwerktopzijnbeurtsamenmetCAOenMETIdoorhetdelenvaninformatiedieafkomstigisuitdeR&D-entechnologieprogramma’sen-projecten,diehetopzet,bestuurtenfinanciert.Elektronica,materiaaltechnologieennanotechnologiezijndeafgelopenjarendebelangrijkstepeilersonderJapan’swetenschaps-,technologie-,innovatie-enenergiebeleidgeworden.Doorwereldwijdeverschuivingeninhetvermogenomeconomischtegroeien,verschuivendebeleidsdoeleninJapansteedsmeernaarzogenaamdethemagedrevenW&T-activiteiteneninnovatie.Indepraktijkverschuiftdebeleidsfocusgeleidelijkvanhetbedrijfslevennaarbelangrijkemaatschappelijkeonderwerpenzoals‘greeninnovation’voorduurzameenergievoorziening,slimenefficiëntenergiegebruikeneengroeneresocialeinfrastructuuren‘lifeinnovation’metthema’salspreventievegeneeskunde,innovatievediagnostiekenbehandelingsmethodenenvergrijzing.(1,2)IndemeestrecenteaanpassingvandeeconomischegroeistrategievandeJapanseoverheid,getiteld‘RebirthofJapan;A
comprehensivestrategy’zijnbehalvedezetweegebieden‘landbouw’enkleineenmiddelgrotebedrijven’’totdevierbelangrijkstebeleidsterreinenbestempeld.Deverschuivingbetekentdatbedrijvenminderalsdoelmaarmeeralsmiddelwordenbeschouwdvoorhetoplossenvanmaatschappelijkeproblematiek.(3)Voorelektronica,materiaaltechnologieennanotechnologiebetekentditdatzedeopstapzijngewordennaardevormgevingvanJapan’stoekomstigeleefomgeving,hetkantoorendestadvandetoekomst.Ookspelenzeeenrolinnieuwemethodenvoormakenvanproductenenhetleverenvandiensten(ziefig.1).
Het volledig overlaten van innovatie aan de markt vindt de Japanse overheid niet verstandig, omdat maatschappelijk gedreven innovatie met een hoog risico niet vanzelf tot stand komt
DeJapanseoverheidmiktdaarbijopondersteu-ningvanhigh risk, high rewardprojecten.Datgebeurtvooraldaarwaarbedrijvenvanwegefocusop
Slimme materialen voor de Japanse maatschappij van de toekomst
Japan
36 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Slimme materialen voor de Japanse maatschappij van de toekomst Japan | Slimme materialen voor de Japanse maatschappij van de toekomst
kortetermijnopbrengstennietmeerinvestereninditsoortprojecten.Deoverheidrichtzichvooralopsteunaanactiviteitenvoordelangeretermijn.HetvolledigoverlatenvaninnovatieaandemarktvindtdeJapanseoverheidnietverstandig,omdatmaatschappelijkgedreveninnovatiemeteenhoogrisiconietvanzelftotstandkomt.NEDO’sgrootschaligeprojectenophetgebiedvanelektronica,materiaaltechnolo-gieennanotechnologiezijndanookalsvolgtingedeeld(S=systemen;A=apparatuur,M=materialen):
I. De toekomstige leefomgeving• Fundamenteletechnologieontwikkeling
vooreennieuwegeneratiezeerefficiënteverlichtingvanhogekwaliteit(LED,OLEDenopnitridengebaseerdehalfgeleiders)(S).
• FundamenteletechnologieontwikkelingvoornieuwegrotebeeldschermenopbasisvanorganischeLEDs(zeerdun,lichtge-wicht,metzeerlaagenergieverbruik,snelleresponsengrotekijkhoek)(S).
• Technologieontwikkelingvooreennieuwegeneratiezeerbetrouwbaregassensorenvoorzeerbetrouwbarelaagvermogenalarmsystemenvoormethaanenkoolmonoxide)(A).
• Technologieontwikkelingvanultra-hybridematerialenvoortoepassinginonderandereauto’s(optischeenelektrischenanomaterialen)(M).
• Ontwikkelingvangeavanceerdetestmethodenennormenvoorde
nieuwstegeneratieorganischeelektroni-schematerialen(M).
• Ontwikkelingvaninnovatievecompo-sietmaterialenopbasisvankoolstofnanobuisjesterverlagingvandeCO2-uitstoot(M).
II. Het kantoor van de toekomst*• Gebruikvanproductietechnologieënals
resultaatvaneerderehalfgeleiderprojecten.• Ontwikkelingvaneeninfrastructuur
waarincomputersnietvoortdurendstand bystaat(S).
• ExtreemlaagvermogenICsenelektroni-schesystemen(A).
• LaagvermogenelektronicaprojectvooreenmaatschappijmetlageCO2-emissie(A).
• Ontwikkelingvan3D-chips(A).• OntwikkelingvanextremeUVlithografi-
schetechnologieënvooreenmicrofabri-cage-enevaluatie-infrastructuur(A).
• Ontwikkelingvannanobittechnologievoorultrahogedichtheidmagnetischeopnamesystemen(S).
• Consortiumvoorgeavanceerdehalfgeleidermaterialenenverwantetechnologieën(M).
III. De stad van de toekomst*• Nieuwehalfgeleidervermogenselektro-
nicaterverminderingvandeCO2-emissie(A).
• Ontwikkelingvanmaterialenenprocestechnologievoorgeavanceerdegeprinteelektronica(A).
• Ontwikkelingvaneennieuwegeneratie
zeerefficiëntecommunicatienetwerkap-paratuur(A).
• Groenetechnologieënuitbiomassavoornieuwechemischegrondstoffen(M).
• Ontwikkelingvanduurzamesupercomposiettechnologie(M).
IV. Toekomstige productieprocessen• Ontwikkelingvansubstitutenvoor
zeldzameaardmetalen(M).• Ontwikkelingvannieuwematerialen
voornano-elektronicaenbijbehorendeproductie-infrastructuur(M).
• Ontwikkelingvanbasistechnologieënvoorhetmakenvanmaterialenvoorgeordendenano-poreuzescheidings-membranen(M).
• Ontwikkelingvannieuwefunctioneleensterkerestaalsoorten(M).
V. Nanotechnologie ter ondersteuning van de bovengenoemde domeinen, waaronder geavanceerde materiaaltoepassingen.
* Deze thema’s zijn verder uitgewerkt in hierna volgende artikelen. Eerder gepubliceerde artikelen op dit gebied zijn te vinden op www.ianetwerk.nlMateriaalonderzoek voor zonnecellen in Japan, 7 mei 2012.• NanoinNIMSJapan,17april2012.• GreenNanoelectronicsProjectinJapan,
17april2012.• Lithium-ionbatterijtechnologievoor
elektrischeauto’sinJapan,30maart2012.
Bronnen• Presentatie:MasuoAizawa,“WhatChangesinthe
JapaneseS&TandInnovationSystem?”,2012,
June1,CouncilforScienceandTechnologyPolicy,
CabinetOfficeJapan.
• Presentatie:YoshiakiTojo,“ChangingSTI
StructuctureinJapan,NEDO&International
RD&DCooperation”,2012,May11,NEDO.
• Presentatie:CabinetDecision“Strategyfor
RebirthofJapan(NPU):Acomprehensive
Strategy”,2012,July31,NationalPolicyUnit
CabinetJapan,Japan.
• FY2011IntroductionofNEDOProjects,
Electronics,MaterialsTechnologyand
Nanotechnology.
Meer informatiePaulopdenBrouw
Email [email protected]
IA Japan
Figuur 1. NEDO’s leefomgeving, kantoor en stad en productieprocessen van de toekomst.
37 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | the office of the future
SummaryJapanforeseesthatthefutureofficewillnotbecomparabletotoday’sofficewithregardtoinformationquantityandspeed(1).Thefutureofficewillbemoreproductiveandefficient,basedonmoreadvancedcomputerswithelectricdevicesandcomposedmaterials,allowinglargercapacitiesandhigherspeeds.Atthesametime,computercomponentsshouldbemoreenergyefficienttocontributetoalow-carbonsociety.TheJapanesegovernmenthasstimulatedthisdevelopmentthroughfocusedresearchanddevelopment.TherearesevenmajorresearchprojectsgoingonthroughtheNewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization(NEDO).Theprojectsfocusonresearchintohigh-performancedevices,low-powerdevicesandinfrastructuretechnologies.Withintheseprojectsuniversitiescooperatewithcompanies.OneofthealreadycompletedprojectsthroughNEDO,thedie-bondingfilm,hasbeencommercializedforembeddedcomponentssuchassmartphones.Justlikethisproject,NEDOhopesthattheongoingprojectswillcontributetothepromotionofthefutureoffice.
DetailsCurrently,demandforinformationquantityandspeedrapidlyincreasesinJapanduetothelargeamountofsmartphonesandthepopularityofcloudcomputing.ThesevenNEDO-projectsfocuson:
(1)Thedevelopmentofinfrastructurefornormally-offcomputingtechnology;
(2)Extremelylow-powercircuitsandsystems(GreenITProject);
(3)Lowpowerelectronicsprojectforalowcarbonemissionsociety;
(4)Developmentoffunctionalityinnovativethree-dimensionalintegratedcircuittechnology(DreamChip);
(5)Thedevelopmentofnext-generationsemicon-ductormicro-fabricationandevaluationinfrastructuretechnologies;
(6)Thedevelopmentofnanobittechnologyforultra-highdensitymagneticrecording(GreenITProject);
(7)Theconsortiumforadvancedsemiconductormaterialsandrelatedtechnologies(figure.1).
Japan: the office of the future
Figure 1. Future office: various approaches to improving performance and power saving (Source: NEDO)
38 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | the office of the future Japan | the office of the future
The development of infrastructure for normally-off computing technology
Thisprojectfocusesondevelopmentofhighspeedandlargecapacitynon-volatilememorywhichleadstozeropowerconsumptioninstandbymode(fig.2).Conventionalcomputersneedpowereveninastandbymode,becausetheirhierarchi-calstructureneedstouseavolatilememorysuchasSRAM.Underanewstructureusingbothvolatileandnon-volatilememories,computerssuchassmartphoneswithzerostandbypowerconsumptioncomewithinreach.Theproject,whichrunsfrom2011until2015,isledbyProf.HiroshiNakamuraoftheUniversityofTokyo.Toshiba,Rohm,NECgroupandRenesasallparticipate.Thebudgetwillbe45millionEurosintotal.
Extremely low-power circuits and systems (Green IT Project)
ThisprojectaimstoachieveninetypercentreductioninpowerconsumptionofLarge-scaleIntegratedCircuits(LSI)withanextremelylowvoltagebelow0.5Volts.Torealizethis,itfocusesonthedevelopmentoflogic,memory,analogueandpowersourcedevices.OtherapproachesintheprojectarethedevelopmentoftechnologyforoptimizingintegrationofdevicesintoLSIchipsandwireless/interchipcommunicationcircuitsandmulti-coretechnologyusingsoftwaretocontrolpowerconsumptionbyusingastandardComplementaryMetalOxideSemiconductor(CMOS)process.Inthisprojectfortheperiod2009-2012tencompaniesanduniversitiesparticipate,suchastheSemiconductorTechnologyAcademicResearchCenter,SystemLSICo.andUniversityofTokyo.Thebudgetis32millionEurosintotal.
Low power electronics project for a Low carbon emission society
ThisprojectaimstochallengethelimitsofpowerreductioninLSIbyusingnewdevicesbasedonnewmaterialssuchascarbonnanotubesandgraphene.Itfocusesonthedevelopmentofnon-volatilememoriesthatstoredatabyresistancevaluesfabricatedinaBack-EndOfLine(BEOL)processaswellasbasicintegration
technologiesleadingtoreductionofpowerconsumptioninLSI.BEOLisawiringprocesswithinLSIprocesses.NEDOregardsBEOLdevicesasdevicesfabricatedinaBEOLprocesswiththeuseofnewmateri-als.Thetargeteddevicesare:magnetictunneljunctiondevicestostoreinforma-tiononthedirectionmagnetization,phasechangedevicestostoreinformationonthebasisofdifferencesinthecrystalstructureofphasechangematerialsandatomswitchingdevicesthatrealizetheelectricconnectionanddisconnectionbyformationandannihilationofmetalbridgesbetweenelectrodes(fig3).Thedevelopmentofbasicintegrationtechno-logiestargetstocreatelowresistancewiringsandplugs,byusinggraphenefor
wiringsandcarbonnanotubesforplugs.Italsotargetstocreatevariation-freelowpowerCMOSdevicesusinga10-nmultrathininsulationfilm(fig.3).Thedevicesunderdevelopmentshouldmeetthespecificationsofrequiredapplicationswithlowvoltageandreducedpowerdissipation.Theproject(2010-2014)isjoinedbytheLowPowerElectronicsAssociationandProject.Thebudgetis110millionEurosintotal.
Thedevelopmentoffunctionalityinnovativethree-dimensionalintegratedcircuittechnology(DreamChip)Thecurrentapproachoftwo-dimensionalminiaturizationofwirelengthinsemicon-ductorswillmeetitslimitsinaboutten
Figure. 2. Developing memory with a new hierarchical structure allowing normally-off properties (source: NEDO)
Figure. 3. BEOL devices and basic integration technologies (source: NEDO)
39 | Advanced Materials
Japan | the office of the future
years,accordingtoMoore’slaw.Thisprojectfocusesonthethree-dimensionallayeringtechnologytorespondtomarketdemandforhigherspeedandlowerenergyconsumption.Oneofthenecessaryelementsforthisfuturetechnologyistoproducethrough-siliconvia(TSV)forshorterwiresandlessresistance.ThisprojectsucceededtoproduceafivemicrometersdiameterTSV.Thewaferinthewiringlayerachievedatenmicrometersultrathinstructure(fig.4).Theproject(2008-2012)isledbyProf.KazuyaMasuofTokyoInstituteofTechnologyandjoinedbytheAssociationofSuper-AdvancedElectronicsTechnologies.Thebudgetis83millionEuros.
Thedevelopmentofnext-generationsemiconductormicro-fabricationandevaluationinfrastructuretechnologiesThisprojectaimstodevelopthenewmaskandresisttechnologieswhichwillformthenewextremeultravioletEUVlithographysystems.EUVListhenext-generationoflithographyusinga13.5nanometersextremeultravioletbeam,insteadoftheconventional193nanometerswavelengthbeam.EUVLisoneofbasictechnologiesforLSIminiaturization.Thenewmaskshouldhavedefect-freemultiplelayersofreflectiveandabsorbingcoatings.Thenewmaskshouldbedesignedforpatternsoflessthantwentynanometerswidth,whichshouldbenewlydeveloped.ThisprojectfocusesonthedevelopmentofEUVmaskdefectinspectiontechnologytoguaranteethequalityofthemaskmaterials.ItalsofocusesonthedevelopmentofEUVresistmaterialswithtentosixteennanometerslevelresolutionperformance(fig.5).Thisproject(2011-2015)isledbyDr.HisamitsuWatanabeoftheEUVLInfrastructureDevelopmentCenter(EIDEC)(2)andjoinedby21companiesanduniversitiessuchasFujifilmandOsakaUniversity(fig.6).ForNEDOthisisthefirstprojectjoinedbyforeigncompaniesinordertoevaluatetheresearchanddevelopmentsubjects.Thebudgetis83millionEurosintotal.
Figure. 4. TSV forming technology and ultrathin wafers (source: NEDO)
Figure. 5. Development of a EUV mask defect inspection system and resist materials (source: NEDO)
Figure. 6. Development framework for the EUVL project (source: NEDO)
40 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamJapan | the office of the future Japan | the office of the future
The development of Nanobit Technology for Ultra-high Density Magnetic Recording (Green IT Project)
Thisprojectaimstodevelopultra-highdensitynanobitmagneticmediatechno-logy,whichwillcontributetothereduc-tionofpowerconsumptionofstoragesystemssuchasaharddisks.Generally,harddisksaccountformorethantwentypercentofthetotalpowerconsumptioninadatacentre.Thisprojecttargetstocreateharddiskswithamemorydensityoffiveterabitspersquareinch,whichistentimestheconventionalmemorydensity.Itisexpectedtoachieveamorethantwentypercentpowerconsumptionindatacentresasaresultofthesmallersizeandamountofharddisks.Itfocusesonthedevelopmentofultradensitynanobitmagneticmedia,ultrahighperformancemagneticheads,ultrahighnano-addres-singtechnologyandharddiskdrivesystems.Thisproject(2008-2012)isledbyDr.YoshihiroShiroishiofHitachiandjoinedbyToshiba.Thebudgetis40millionEurosintotal.
The Consortium for Advanced Aemiconductor Materials and related Technologies
Thetargetofthisprojectistodevelopanevaluationtechnologyforadvancedmaterialsforthreehundredmillimetrewafer.Itfocusedonthedevelopmentofspecialwiringtest-element-groups(TEGs)withjunctiondevicesandtherelatedmaterialevaluationtechnologies.Theproject,whichranfrom2009to2011wasledbytheConsortiumforAdvancedSemiconductorMaterialsandrelatedTechnologies(CASMAT)(3)andjoinedbytheJapaneseleadingsemiconductormaterialsmanufacturerssuchasJSRandToray.TheprojectfinishedonMarch2012.ThesummaryreportwillbepublishedinOctober.Thebudgetwas1.3millionEurosintotal.
Commercialized die-bonding film technology
OneofNEDO’scompletedprojectsregardingnewmaterialswasthedie-bon-dingfilmproducedbyHitachiChemical.Itisbynowsuccessfullylaunchedonthesemiconductormarket.Thenano-scalephaseseparationmechanismshavebeenfoundbyProf.TakashiInoueofYamagataUniversityandtheentailedintegratingbondingtechnologieshavebeendevelo-pedbyHitachiChemical,fundedthroughNEDO’sNanostructurePolymerProject(2001-2007)(fig.7).Hitachidevelopedtechnologyforthenano-levelcontrolofthephasedecompositionstructureoftheacrylicpolymerandepoxyresin(4).CurrentlyHitachiChemical’sdie-bondingfilmaccountsformorethanfiftypercentofthismarket.Itisbecomingadefactostandardinthetechnologyofmultilayermountingofsemiconductors.Itisanessentialtechnologyforembeddedcomponentsinsmartphonesandtablets.HitachiChemicalreceivedtheJapan’sPrimeMinisterAwardwiththisdie-bon-dingfilminSeptember2011.Likethisproject,NEDOhopesthattheongoingprojectswillcontributetothestimulationoftheofficeofthefuture.
CurrencyOneEurois101yen(asofSeptember24,2012)
Source• NEDO-FutureOffice(page11-15)
• EUVLInfrastructureDevelopmentCenter,Inc
• CASMAT
• HitachChemical-Highlights(page2)
More informationKikuoHayakawa,
Email [email protected]
IA Japan
Figure. 7. Die-bonding film technology (source: NEDO and Hitachi Chemical)
41 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Slimme materialen in de Stad van de Toekomst
SamenvattingViazijnagentschapNEDOheefthetJapanseministerievanEconomischeZaken,Handel&Industrie(METI)deafgelopenjareneenaantalgrootschaligeR&D-programma’sopgezetvoorderealisatievandestadvandetoekomst.Nieuwe,slimmematerialenspelenhiereengroterolinvermogens-enflexibelegeprinteelektronica,koolstofvezelversterktethermoplastenvoorauto’s,grondstoffenuitbiomassavoordechemischeindustrieenmaterialenvoorcomponentenvaneensupersneloptischcommunicatienetwerk.
IntroductieJapans visie op de stad van de toekomst vindt zijn inspiratie in duurzaamheid. Belangrijke stappen op weg naar een low carbon footprint zijn de ontwikkeling van laagvermogen elektronica, de massaproductie van superlichtgewicht auto’s, op biomassa gebaseerde grondstoffen voor de chemie, printtechnologieën voor flexibele elektronische substraten en een nieuw optisch communicatienetwerk. Voor al deze toepassingen zijn nieuwe innovatieve materialen nodig.(1)
Siliciumcarbide in de vermogenselektronica
Energieuitzonenwindmoetdeuitputtingvannatuurlijkebronnenendeopwarmingvandeaardeverminderen.Wildezeenergieeenserieuzebijdrageleverenaaneenlageremilieubelasting,danzalelektrischestroomuitdezebronnen
efficiëntermoetenwordenopgewekt,getranspor-teerd,opgeslagenengebruikt.Tegenwoordigishetovergrotedeelvandeapparatendiestroomomzettenvanwissel-ingelijkstroomofdiehettransportvanelektriciteitregelen,gebaseerdopelektronischeschakelingenvansilicium.Vermogenselektronicaopbasisvansiliciumcarbidelevertbetereprestaties.Schakelingenvanditmateriaalhebbenmaareenhonderdstevanhetstroomverliesenhebbeneen‘breakdown’voltagedatkilovoltshogerligt.Omzettersvansiliciumcar-bidebesparendusveelenergieenkunnenmethogereelektrischestromenomgaan.Bovendienkunnenzeveelcompactergemaaktwordendandehuidigeomzetters.
Omzetterswordenveeltoegepast:inenergieopwek-kingssystemenen-installaties,stroomtransportnet-
Slimme materialen in de Stad van de Toekomst
Figuur. 1 Future Town, For a Sustainable Twenty-First Century Innovative New Materials Are Changing Society. (Bron: zie noot 1).
42 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Slimme materialen in de Stad van de Toekomst Japan | Slimme materialen in de Stad van de Toekomst
werken,elektrischeauto’s(EVs),spoorwe-genenhuishoudelijkeapparaten.Efficiëntestroomomzettingiscruciaalvoorindustrie-en,waardestroomvoorelektromotoreneenbelangrijkedeelvandeproductiekos-tenuitmaakt.Omdestapvansiliciumnaarsiliciumcarbidetekunnenzettenishetnodigwafersvanhogerekwaliteitengroterediametertekunnenmaken.Nuisdegangbarediametervierinch.
In2009starttedeJapanseoverheidhetnovel semiconductor power electronicsproject.Ditprojectlooptnogtot2014.Hetbeschiktein2011overeenbudgetvanveertigmiljoeneuroenwordtgetrokkendoorHajimeOkumura,directeurvanhetAdvancedPowerElectronicsResearchCentervanhetNationalInstituteofAdvancedIndustrialScienceandTechnology.HetPartnershipforFuturePowerElectronicsTechnologyvanHitachienMitsubishiElectricwerktinditprojectsamenmetDenso,ShowaDenko,NisshinIonEquipment,NippoSteel,NipponSteelMaterialsenHitachiKokusaiElectric.
Hetdoelvanhetprojectishetontwikkelenvanproductietechnologievoordegroeivanzesinchkristallenmetbehulpvansnelleepitaxialefilmgroeienaspectenvanwaferprocessingzoalssnijdenenpolijs-ten.Voordecontinuekristalgroeizaldegasmethodewordengebruikt.t.Snelgroeiendedikkefilmszijnnodigomapparatenvoorhogervoltageinde3kVklassetemaken,hogervoltageMOSFETs*endebijbehorendeproductieapparatuur.Verderzullennieuweverpakkingstechno-logieënennieuweontwerpmethodenvoorelektronischecircuitswordenontwikkeld.OmhetsterktoenemendestroomverbruikindeIT-sectortegentegaanzullenefficiënterevoedingenwordenontwikkeld.VoorservervoedingenzijnJFETs*envoordestroomregelaarsvoorzonnestroomzijnMOSFETsopbasisvansiliciumcarbidegeselecteerd.
Organische materialen voor geprinte elektronica
Apparatenmetinformatieschermenzoalstabletsenelektronischpapiermoetengemakkelijkerhanteerbaarworden:lichteringewichtenflexibeler.Deproductietech-
nologieënvoorditsoortschermenmakennugebruikvanvacuüm,hogetemperatu-renenanderevaakextremeomstandighe-den.Allestappeninhetproductieprocesvergenveelelektriciteitenmaterialen.Toepassingvanprinttechnologiekanveelenergieenmateriaalbesparen.Dezetechnologiekanbijvoorbeeldwordeningezetomaandelopendebandelektroni-schesubstraten,zoalsbijvoorbeeldvoorschermenopA4-formaatteproduceren.Vooreencontinuprintprocesbijlageretemperaturenzijnnieuwematerialennodig.Hetgaatbijvoorbeeldomorgani-schehalfgeleiders,elektrischgeleidendematerialenenisolatiematerialendiebijlagetemperaturenuitharden.OokmoetenernauwkeurigerpositioneringsmethodenvandeTFTs*voorschermenkomen.DeproductievanTFT-arraysvanongeveereenmeterisinonderzoek.(2)
Verderwordenverschillendemethodenbestudeerdomelektronischepapiertemaken.DatkandanopdegeprinteTFT-arraysaangebrachtworden.Elektronischpapierensoortgelijkeschermenmakengebruikvanchromogenematerialen,dieonderinvloedvaneenelektrischveldkleurendirectofindirectkunnenschakelen.Ditsoortmaterialenkanookvankleurveranderendooranderestimuli,zoalslichtofwarmte.Sommigematerialenreagerenopgasdeeltjesindeluchtdiezuurofbasischzijn.Vandegeprinteelektronicazijndusookdruk-temperatuur-,licht-ofgassensorentemaken.GecombineerdmetTFT-arrayskunnenslimmesensorenwordenontwikkeld.(3)
DeJapanseoverheidondersteuntviaNEDOeenvijfjarigprogrammavoordeontwikke-lingvanmaterialenenprocessenvoorgeavanceerdegeprinteelektronica.Hetprogrammaisin2011gestart.Hetbudgetvoor2011wasbijna24miljoeneuro.AanditprogrammawerkendebedrijvenRicoh,ToppanPrinting,BridgestoneenDaiNipponPrintingmee.Dewetenschappe-lijketrekkervanhetprogrammaisprofessorTakaoSomeyavandeUniversityofTokyo.DeuitvoeringisondergebrachtbijdeJapanAdvancedPrintedElectronicsTechnologyResearchAssociation.
Koolstofvezelversterkte thermoplasten
DitjaarzalprofessorJunTakashihetontwikkelingsprogrammavoorduurzamehyper-composiettechnologieafronden.Koolstofvezelversterktethermoplasten(CFRTP)kunneneenbelangrijkebijdrageleverenaanhetlichtermakenvanauto’s.Koolstofvezelversterkteharsenzijnlichtensupersterkinvergelijkingmetstaal.Verschillendeonderdelenvandeautolenenzichvoorvervaardiginguitcompo-siet.Vlakkeonderdelenzoalsdemotorkapendak,debagageklep,vloer-endeurpane-lenkunnenvervangenwordendoorCFRTP,maarookcomponentenalshetdashboard,deradiatorsteunen,demotorafdekkingendaksteunenkunnendoorthermoplastischecomposietmaterialenwordenvervangen.Daarvoorisweleensnelproductieprocesnodigdatgeschiktisvoormassaproductie.Takahashiendedeelnemersaanditprogrammahebbennuverschillendeprocessenontwikkeldvooreengoedehechtingvandekoolstofvezelaandeharsendieptrek-enblaasvormtechnologieommetgrotesnelheidprepregsheetsentapesineenmalomtevormen.
Inditprojectisookgewerktaanverbin-dingstechniekenvoorCFRTP-componentenonderlingofmetmetalen.Datkanmetbehulpvanwarmteendruk;hetlagesmeltpuntvanthermoplasteninvergelijkingmetdemeestemetalenkomtdaarbijgoedvanpas.Hetdoeliseenproductieprocesdatkanomgaanmetallerleiverschillendeafmetingenvanteverbindencomponenten.Eenvierdeonderdeelvanhetprogrammawasonderzoeknaarderecycleerbaarheidvandezethermoplastenenhetkwantificerenvandebijdrageaanverminderingvandemilieubelasting.(4)
AanhetprojecthebbenTorayIndustries,MitsubishiRayon,ToyoboenTakagiSeikomeegewerkt.In2011washetbudgetnogvijfmiljoeneuro.
Chemische grondstoffen uit biomassa
Aardolieisdegrondstofvoordemeesteeindproductenindechemischeindustrie.Ongeveertwintigprocentvandeoliepro-
43 | Advanced Materials
Japan | Slimme materialen in de Stad van de Toekomst
ductiegaatnaardeproductievanchemica-liën.NetalsanderelandenonderzoektJapandeoverschakelingnaarbiomassadienietmetdehumanevoedselketenconcurreertalsgrondstof.Hetterugbren-genvandeCO2-emissiesgebeurtnietalleendoorbiobasedchemicaliëntegebruiken,maarookdoordeheleproductlevenscyclustebeschouwenenmogelijkhedenzoalsrecycleren,herge-bruikenofcomposterentebenutten.
DeresearchinJapanrichtmetnameopdeontwikkelingvaneengeïntegreerdproductieprocesopbasisvangasvormigechemischegrondstoffenenuitbiomassa.Hetbeginpuntvormtdeenergiezuinige,zeerefficiënteproductievandeopbiomassagebaseerdegrondstoffen.Indeperiode2011-2013werkenzevenconsortia**aan:
1. Debiotechnologiedietengrondslagligtaanhetproductieprocesvandicarbonzu-renvoorhetmakenvannylon,aaneen
fermentatieprocesvoordegrondstoffenvannylonmetbehulpvanmembranenenaandeproductievanhetbenodigdemonomeerdoorchemischeomzetting.
2. Deontwikkelingvanelastischevezelsmettetrahydrofuraan(THF)afkomstigvanhoutachtigebiomassaenverkregenuitfurfural.
3. Eenmethodevoorthermochemischeconversieenmicroreactor-technologievoordeproductievanopligninegebaseerdeharsenalsalternatiefvoorfenol-enacrylharsenmeteigenschap-pendieaardoliegebaseerdeharsenniethebben.
4. Desynthesevannuttigeverbindingenuitglycerolendieafkomstigzijnvandebiodieselproductie.Hiervoorwordteenkatalytischprocesontwikkeldmetkoper,datrelatiefweinigkostenwerktondergematigdereactiecondities.
5. Deontwikkelingvanlichtereengroenereauto-onderdelenmethogesterktenanovezelsenpolymerenopbasisvancellulose.
6. Deproductievanbio-polymerenvoorschokabsorberendeenvuurbestendigestructuurdelenvoorkantoorapparaten,interieurdelenvanauto’s,polyurethaan-schuimen,luchtfiltersinauto’s,antibacteriëlemaskers,sterkevezelsen‘bubbeltjesplastic’.Nieuwebiopolyesterswordenvervaardigduitplantenoliënenderestproductenuithetproductieprocesvanplantenoliën.
7. Deontwikkelingvanefficiënterepro-ductieprocessenvoorpolymelkzuur(PLA).
Snel optisch netwerk met hoge capaciteit
Indestadvandetoekomstzaldedichtheidvaninternetverdertoenemen.Eenvoudigtoegankelijkecommunicatiegroeitinpopulariteitomdathetbijdraagtaaneencomfortabelereleefomgeving.Steedsmeerapparatenwordenviainternetgeregeldengemeten.Toenemendinternetgebruikkanleidentoteenenormegroeiinhetenergieverbruik,tenzijnieuwe,energiezui-nigeapparatenencomponentenwordenontwikkeld.Eenultrahigh-speedoptischnetwerkuitlaagvermogenapparatenmetoptischesystemenenschakelingenvoordataprocessingmaaktdewachttijdenvoordownloadskorter.Ditmaaktdeuitwisse-lingvanultrahigh-definitionvideo’senfilmsenverdereverspreidingvancloudcomputingmogelijk,zonderdathetenergieverbruikdrastischomhooggaat.
Materialenspeleneenbelangrijkerolbijdeontwikkelingvanstandaardlaagvermogenmodulesvoorgenetwerktecommunicatie-apparaten.VoordesystematiseringvanditsoortnieuwezeerefficiëntenetwerkenwerktJapanaaneendemonstratieprojectdateenlaagvermogen10Tbps-klasseedgeroutersimuleertmetdebijbehorendetechnologievoorhetmeten,besturenenanalyserenvandataverkeer.Verderwordtgewerktaaneenultrahigh-speedLAN-SAN(LargeAreaNetwork-StorageAreaNetwork)doordeontwikkelingvaneenoptischeNICdiezestigprocentminderenergiegebruikt.Hiervoorvindenexperimentenplaatsmet72Gbpstransportvanongecomprimeerdesuper-highvisiondata.Daarmeekangetestwordenofgrotevolumesaandata,zoalssuper-highvision(ultrahigh-definition)videobeeldenverzondenkunnenworden.
Figuur 2 For faster speed and larger capacity Next generation Optical Network Devices (Bron: zie ref. 1).
44 | IA Special | november 2012
Japan | Slimme materialen in de Stad van de Toekomst Japan | Slimme materialen in de Stad van de Toekomst
Deontwikkelingvaneendergelijkgeavanceerdoptischnetwerkenvantechnologievooreenhighperformanceinfrastructuurvangenetwerktelaagvermo-genapparatenstondcentraalinhet‘next-generationhigh-efficiencynetwor-keddevicetechnology’-projectonderleidingvanprofessorTohruAsamivandeUniversityofTokyo.BehalvedeuniversiteitwarendePhotonicsElectronicsTechnologyResearchAssociation,hetInternationalSuperconductivityTechnologyCenterendeJapanBroadcastingCorporationuitvoer-dersvanditvijfjarigproject,datin2011werdafgerond.
*JFET=junctiongatefield-effecttransistor.
*MOSFET=Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor
*TFT=ThinFilmTransistor
**1.TorayIndustries,Inc./KyotoUniversity2.MitsubishiChemicalCorporation/Oji
PaperCo.,Ltd.3.SumitomoBakeliteCo.,Ltd./Mitsubishi
RayonCo.,Ltd./KyotoUniversity,4.DaicelCorporation/OsakaUniversity5.KyotoUniversity/KyotoCity/Mitsubishi
ChemicalCorporation/DICCorporation/OjiPaperCo.,Ltd.,
6.KANEKACORPORATION/BIOBASECorporation/KansaiChemicalEngineeringCo.,Ltd./Bio-energyCorporation/UniversityofTokyo/OsakaUniversity,
7.UNITIKALtd./KyotoInstituteofTechnology/MusashinoChemicalLaboratoryLtd.
Bronnen• FY2011IntroductionofNEDOProjects:
Electronics,MaterialsandNanotechnology,
NEDO2011.
• Zieookeldersindezespecial:Japanseinnovaties
inflexibelegeprinteelektronica.
• Zieook:Japan:Ontwikkelingvanelektronisch
papierinkleur.
• Zieookeldersindezespecial:Japansnieuwe
nationalecomposietencentrumvoordeauto-en
vliegtuigindustrie.
Meer informatiePaul op den Brouw,
Email [email protected]
IA Japan
45 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Japans onderzoek naar zelfhelende materialen
Japans onderzoek naar zelfhelende materialen
SamenvattingJapanisactiefopgebiedvanzelfhelendematerialen,waarbijsteedsmeergekekenwordtnaarzelfherstel-lendemechanismenuitdenatuur.HierondervolgenvoorbeeldenvanprojectenbijJapanseuniversiteiteneninstituten.
Redox-stimulusProf.AkiraHaradavanOsakaUniversitydeedeindvorigjaareenbelangrijkeontdekking.Hijcreëerdelevendeorganismenmetredox-stimulireactieveenzelfhelendeeigenschappen.Redoxreacties,elektronenuitwisselingtussenmoleculenofionen,zijnbekendvanbatterijen,maarvormenookdebasisvoordeopslagenomzettingvanenergieinbiologischeprocessenenorganismen.Haradaontwikkeldeeensysteemmetontvangende(host)enbezoekende(guest)polymeren.Deontvangen-depolymeerisbewerktmetferroceen,eenorganometaalverbindingdieijzerbevat,debezoekendepolymeerisbewerktmetcyclodex-trine.Doorderedoxpotentiaalinferroceentevariëren,slaagdeHaradaerinomdemoleculairetoestandteschakelentussenneutraalenpositief/negatiefion,waarmeeookdesubstantieschakeltvangeleiachtigesubstantienaarvastestof.Hetprojectiseenvandesuccessenvanhetlabvan
Harada,deSupramolecularSciencegroup,vanhetDepartmentofMacromolecularScience,OsakaUniversity(1),datzichrichtopkunstmatigesystemenvoorzelfhelendeenzelfreproducerendematerialen.Daarbijonderzoekthijvooraldeinteractietussenmoleculenenhoedezeinteractietemanipulerenis.Hetkandaarbijgaanomduurzameplasticmaterialen,maarookommedischeofbiobasedmaterialen.
Licht als stimulusNationaalonderzoeksinstituutAIST(2)heefteenmateriaalontwikkelddatkanschakelentussengeleienvastestofmetbehulpvaninkomendlicht.Metbehulpvanfoto-isomeriekunnenkrasjesinlichtgevoeliggeleiachtigmateriaalinkortetijdwordengerepareerd.Hetmechanismeheeftgeenexternematerialennodig,envindtplaatsondernormalecondities.Deonderzoekersverwachtendanooktoepassingenvooropdemarktgangbare
Hereniging van een in twee gedeelde hydrogel (Bron: Nature Communications, oktober, 2011)
46 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Japans onderzoek naar zelfhelende materialen Japan | Japans onderzoek naar zelfhelende materialen
gels,zoalscosmeticaenindustriëleverdikkingsmiddelen.Deresultatenzijninmei2012gepubliceerdinhetAmerikaansetijdschriftLangmuir(3),entegelijkertijdgepresenteerdtijdenseenevenementvandeJapanseSocietyofPolymerScienceinYokohama.OnderleidingvanMasaruYoshidarichttendeonderzoekersvandeSmartMaterialsGroupvanhetNanosystemResearchInstitutevanAISTzichopeengeleiachtigecomposietbestaandeuitmicropartikelenvloeibaarkristal.Eenvanazobenzeenafgeleidfotoreactiefmateriaalrepareertschadeaanhetoppervlakvaneenmateriaaldoormiddelvancis-trans-(foto-)isomerie.Ditprincipeverwijstnaartweemoleculairestructuren,waarbijdemoleculennaastelkaar(cis)oftegenoverelkaar(trans)liggen.Onderultravioletlicht(365nm)schakeltdestructuurvantransnaarcisenverandertdevastestofineengelei.Onderzichtbaarlicht(435nm)gebeurthetomgekeerde.Proevenlietenziendatkrasjesvantweemillimeterdiepverdwenennatiensecondenonderultravioletlicht.Detemperatuurwasmet32gradenietsonderdefasetransitietemperatuurvanhetvloeibaarkristalvan35,5gradenCelsius.Hetmateriaalverkleurdewaarhetwasbelicht,maarhadnaeendagweerdeoorspronkelijkekleurterug.Deonderzoekerswillenverderonderzoekenofdeschakelingtussencisentransookmetanderegolflengtesenandermateriaaldanazobenzeenderivatenmogelijkis.Deonderzoekerswillenuiteindelijkesamenwerkenmetbedrijvendienieuwematerialen,gelsencoatingsontwikkelen.
Heling zonder stimulusHideyukiOtsukavanKyushuUniversity(4)richtzichopeenmethodediegeenstimulusnodigheeftomhetzelfhelendemechanismeingangtezetten.HijmaaktdaarbijgebruikvanDABBF,kortvoordiarylbibenzofuranon,eenpolymeeroplossingwaarvanderadicalenvoortdu-rendafbrekenenweeropbouwen.Beschadigdmateriaaldatnavijfdagenweeraanelkaarwerdgezetwasnaeendagweerzosterkalsvoorheen.Otsuka’sonderzoek,datdeelsgefinancierdwordtdooragentschapvoorfundamenteelonderzoekJSPS(5),kreegvorigemaandde
PolymerScienceAwardvandeJapanSocietyofPolymerScience(6).Hetonderzoekheefteenprominenteplaatsindeoverheidsplan-nenopgebiedvanGreenInnovation,geformuleerddoordeCouncilforScienceandTechnologyPolicy(CSTP,7).Otsukavoorzieteerstetoepassingeningebiedenwaareenexternestimulusmoeilijkis,zoalsinderuimteenbijmedischetoepassingenzoalskunstmatigeorganen.Eenpuntvanaandachtvoordatlaatsteisdeveiligheidvoorenacceptatiedoorhetlichaam:dehuidigesamenstellingvandeoplossingisorganisch.
Bronnen• HaradaLab,OsakaUniveristy:www.chem.sci.
osaka-u.ac.jp/lab/harada/eng/index.html
• NationalInstituteofAdvancedIndustrialScience
andTechnology:www.aist.go.jp
• Zie:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/
la3001784
• OtsukaGroup,KyushuUniversity:http://
takahara.ifoc.kyushu-u.ac.jp/otsuka-group/
• TheSocietyofPolymerScience:www.spsj.or.jp/
english-index.htm
• JapanSocietyforthePromotionofScience:
www.jsps.go.jp/english/e-jisedai/data/green/
GR077_e-outline.pdf
• CouncilforScienceandTechnologyPolicy:
http://www8.cao.go.jp/cstp/english/
Meer informatieRobStroeks
Email [email protected]
IA Japan
Aurtonomous Self Helaing Bron: Kyushu University
Helingproces (Bron: AIST)(a) Voor lichtinval (gel); (b) na inval ultraviolet licht (vast) ; (c) na inval zichtbaar licht (gel)
47 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Japans nieuwe nationale composietencentrum voor de auto- en vliegtuigindustrie
Japans nieuwe nationale composieten-centrum voor de auto- en vliegtuigindustrie
SamenvattingDeJapanseoverheidwerktaaneennieuwR&D-entestcentrumvoorcomposietenomdekostenvanmassageproduceerdekoolstofvezelversterktethermoplastenvoordeauto-industrieteverlagen.Inhetcentrumwerkenoverheid,luchtvaartenauto-industriesamenmetuniversiteitenaanpraktischeproces-technologieënenhettestenvannieuwematerialenopallerleiaspectenvanveiligheid.
IntroductieRuim veertig jaar geleden begon het Japanse bedrijf Toray als eerste met de productie van koolstofvezels (carbonfiber, CFs*). Daarom heet dit materiaal, wanneer het vermengd is met uitgeharde hars in de volksmond ook wel carbon. De bijzondere eigenschap-pen van deze vezels maken dat ze vooral geschikt zijn voor toepassingen waar de combinatie van sterkte en laag gewicht belangrijk is. De makers van golfclubs en vishengels benutten dit bijzondere materiaal als eersten. CFs zijn nu een integraal onderdeel geworden van het materiaal-, proces- en productontwerp van talloze constructies en producten. Ingebed in hars maken ze vijftig procent uit van het structurele gewicht van de Boeing 787. Daardoor is de “Dreamliner” veel lichter dan eerdere generaties vliegtuigen, wat tot forse energiebesparing heeft geleid. Toray is al jaren Boeings partner in de ontwikkeling van deze vezel voor vliegtuigtoepassingen. Ook is het CFs gaan leveren aan Mercedes-Benz. Toray is nu ‘s werelds grootste vezelproducent.
OmdegroeiendebehoefteaanCF-materialenhethoofdtekunnenbiedenisTorayvanplanzijnjaarlijkseomzetindriejaarnaartwintigmiljardeurotebrengen.Ditiszestienprocentmeerdandehuidigegroeiverwachtingaangeeft.Omdattebereikenzalhetbedrijfbijnaeenkwartmeermoeteninvestereninfabriekenenmachinesvoordeproductievandeschachtenvangolfclubs,textielvoorairbags,zwempakkenenveleanderespecialistischeproducten.InjulibegonToraygeldindemarktoptehalenomzijninvesteringsplanvandrieeneenhalfmiljardeurovoordekomendedriejaartekunnenrealiseren.(1)
Koolstofvezelversterkte plastics voor de auto
Degroeiendebehoefteaanlichtgewichtmaterialen
isvooreendeelhetresultaatvandesuccesvollestructureletoepassingvankoolstofvezelversterkteplastics(CFRPs*)invliegtuigen,zoalsookStorkFokkerdiecombineertmetaluminiumonderdeproductnaamGlare.Dehogeeisenaanveiligheidenbetrouwbaarheidvanvliegtuigmaterialenhebbengeleidtotdiepgaandonderzoekenontwikkelingvanlichtgewichtkunststofcomposie-tenmetbijzondereprestaties.Daardoorvoldoenzeaandestrengeluchtvaarteisen.HetgevolgisweldatdekostenvanCFRPsvoorlucht-enruimte-vaarttoepassingennoghoogzijn.Desondankswordenzevanwegehunbijzondereeigenschappensteedsaantrekkelijkervooranderetoepassingen,zoalsbijvoorbeelddebladenvanwindmolens,brugdekkenenracefietsframes.Vaakgaathetdanomtoepassingenoprelatiefkleineschaalvanenkele,tientallentotenkeleduizendenstuks.
CFRPslijkenookbijzondernuttigvoorgewichts-verminderingvanauto’s.DaaromzijnerinJapannetalsinbijvoorbeeldDuitslandstrategieënontwikkeldomdekostenvanCFRPsbijgrootscha-ligeproductievoorlichtgewichtauto’ssterkomlaagtebrengen.ErzijnveelgoederedenenomCFRPsinauto’stoetepassen,zoalsverbeteringvanderijeigenschappen,lagerbrandstofverbruik,roestbestendigheid,recyclebaarheidendemultifunctioneleenesthetischeeigenschappen.Tochzijnlage(re)productiekostenendemogelijk-heidvanmassaproductieuiteindelijkdebelang-rijkstefactorenrondtoepassingindeautomobielindustrie.
Op weg naar milieuvriendelijker auto’sInJapankomttwintigprocentvandetotaleCO2-emissievoorrekeningvandetransportsector.Deautoneemtdaarvannegentigprocentvoorzijnrekening.Doorzuinigerauto’s,verminderingvan
48 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Japans nieuwe nationale composietencentrum voor de auto- en vliegtuigindustrie Japan | Japans nieuwe nationale composietencentrum voor de auto- en vliegtuigindustrie
verkeerscongestieenmilieuvriendelijkerrijgewoontenisdeuitstootsinds2001alaanhetteruglopen.In2009wasdeuitstootgedaaldtot229miljoentonCO2.Dezeuitstootlagbinnenhetdoelomin2010op250miljoentonuittekomen.
OpditmomentrijdenerinJapanruim58miljoenpersonenauto’senruim12miljoenvrachtauto’srond.Hetaantalpersonen-auto’sneemtdelaatstetienjaartoemetjaarlijksietsminderdaneenprocent.Hetaantalvrachtauto’sneemtjaarlijksjuistmetietsmeerdaneenprocentaf.Deafgelopentienjaarishetaantalminipersonen-envrachtauto’senhetaantalgroteauto’saanzienlijkgegroeid.Hetsegmentvankleineauto’senkleinemiddenklassersdatnogwelhetgrootstis,neemtaf.Delaatstejarenwordenerjaarlijksachttotnegenmiljoennieuwepersonenautoenruimeenmiljoenvrachtauto’senbussengeproduceerd.HiervanwordtongeveerdehelftinJapanverkocht.Devoorkeurvoormilieuvriende-lijkeelektrischeauto’sgroeit,evenalsdievoormilieuvriendelijkeluxeauto’smethunbijzondererijeigenschappen.(2)
Waarhetnaartoegaatblijktuitdeuitdagendeconceptauto’svanToyotaenhetJapaneseAutomobileResearchInstitute(JARI)voorhetmini-ennormalesegment.Toyotamiktsinds2007opeen420kilozwarehybrideelektrischeauto,het1/Xconcept.HetJARIkwamin2009meteennoglichterenergkleinelektrischvoertuigvandriehonderdkiloindeschijnwerpers,deJARIC.ta.Deaccu’sindezeauto’szijnzwaar,maardeauto’szelfzijnzeerlichtdoortoepassingvancomposieten.InhetluxedomeinmoetdeItaliaanseLamborghiniSestoElementoslechts999kilogaanwegendankzijdetoepassingvanmeercarbon.
Massageproduceerde lichtgewicht auto’s met thermoplastische CFRPs
Inmassageproduceerdelichtgewichtauto’stegenlagerekostenopbasisvanCFRPsmoeteneentransitieindeauto-marktmogelijkmaken.Japanheefteenstrategieomdezeontwikkelingteondersteunenenversnellen.Hetconceptvandeoverheid,deindustrieenuniversi-
teitengaatuitvaneeneerstemassaproduc-tievantweehonderdduizendauto’sperjaar;achthonderdperdag;vijftigperuur.OmeenautotemakenzoalsdeToyota1/XofdeJARIC.tadieslechtseenderdewegenvandegangbarepersonenautovanbijna1.400kilo,ishetgebruikvanthermohar-dendeCFRPsgeenoptie.Hetgewichtishetprobleemniet,maardeproductietijd,dekostbarematerialen,grotendeelshandma-tigeproductieendegeringerecycleerbaar-heidzijnwelproblemen.Mogelijkisookdeveiligheideenprobleem.Deuithardingvandeharsduurttelangenvindtmeestalplaatsineenautoclaaf.Hierdoorishetvrijwelonmogelijkhetproductieprocesvanbatchgewijsnaareencontinuprocestebrengen.Daarommoethetgebruikvanthermoplastische CFRPs(CFRTPs*)uitkomstbrengen.Inditgevalgaathetnietomdeontwikkelingvaneenintegralecomposietstructuurvanhetautochassis,zoalsbijdedriehonderdkiloauto,maaromdevervangingvanallerleistalenonderdelenzoalsmotorkap,dakpanelen,bagagecompartiment,binnenpanelenvandedeuren,radiatorondersteuningmetvezelversterktethermoplastenonderdelen.Opdezewijzekanhetgewichtvaneen‘gewone’autovan1.380kiloautometeenderdewordenverminderdtot970kilo.(3)
Hetonderzoekconceptkiestdaaromvoorhetontwikkelenvaneenprocestechnolo-gievoordemassaproductievanvezelver-sterktethermoplasten.Demateriaalkostengaanbijgebruikvanthermoplastensterkomlaag.Datkomtomdateenefficiëntergebruikvankoolstofvezelmogelijkis,goedkoperePP/polypropeenofPA/polyamideharstoegepastkanwordeneneenefficiënterprepreg-systeemkanwordengebruikt.Deproductiekostenkunnenomlaagdoordateensnelleproductiecyclusviathermovormenkanwordenontwikkeld,duszonderuitharden.IndeautomobielindustriegenietPPvoorkeurvanwegedelagedichtheid.KoolstofvezelversterktePPcombineertdehogestijfheidensterktevankoolstofvezelmetlichtgewichtPP.KoolstofvezelcomposietengecombineerdmetsterkgeoriënteerdPPinplaatsvaneenvoudigPPhebbenbeteremechanischeeigenschappeneneenhogereinslagweerstand.
Nationaal R&D programmaHetconceptisondertussenbeproefdineenvierjarignationaaltechnologiepro-grammavanMETI/NEDO*meteenbudgetvanveertigmiljoeneuro.Hetwordtin2012afgerond.EensamenwerkingsverbandonderleidingvanprofessorJunTakahashi
Figuur 1. Discontinuous fiber reinforced sheet (bron. Ref. 3).
49 | Advanced Materials
Japan | Japans nieuwe nationale composietencentrum voor de auto- en vliegtuigindustrie
vandeuniversiteitvanTokioheeftmetcontinueendiscontinuevezelsversterktesheets(ziefig.1)entapeprepregs(ziefig.2)ontwikkeld.Dezekunnenviathermo-vormenofblaasvormeninéénminuutwordenomgezetineenauto-onderdeel.VerderisonderzochtofCFRTPsonderlinggoedverlijmdkunnenwordenenofereengoedehechtingmetmetaalmogelijkis.TotslotisergekekennaardemogelijkhedenvanreparatieenrecyclingvanCFRTPauto-onderdelen.(3,4)
HetprogrammaleertdatmetCF/PPplaatmateriaaldattweemaaldikkerisdannormaalautostaalplaateengewichtsreduc-tiemeteenderdekanwordenbereikt.Deelastischespanningisgroterdanbijstaal,waardoorCF/PPmindersneldeukt.Hetmateriaaldelamineertniet.Daardoorheeftheteenhogeenergieabsorptiecapaciteitenishetsterkerrondgaten,snedenenhoeken.BovendienkanCF/PPplaatmateri-aalverlijmd,gerepareerdengerecycledwordendoorgebruiktemakenvandethermoplasticiteit.DezeeigenschappenmakendatCF/PPuitstekendtegebruikenisvoorhetmakenvannieuweconstructiesenproductieprocessen.
Nieuw nationaal R&D- en testcen-trum voor composietmaterialen
Omdathetprogrammaeensucceswas,gaatMETInueenvolgendestapzetten.BijdeNagoyaUniversitywordteenindustrieelondersteuningscentrumvoordeontwikke-lingvaneennieuwegeneratiecomposiet-materialenopgezet.IndeChubu/Nagoyaregiozijnveelgeavanceerdevliegtuig-enautofabrikantentevinden.Debedoelingisdatbedrijven,academischeinstellingenenoverheiddaargaansamenwerkenaangrootschaligevormgevingstechniekenvoorcomposietmaterialen,vooralCFRTPs.Verderwordengenormaliseerdetestme-thodenopgezetenstaanvuur-enhittebestendigheidenbrandveiligheidonderdeaandacht.Ookdeeffectenvanblikseminslagenduurzaamheidzullenaandachtkrijgen.OpdezemanierwildeoverheideenbijdrageleverenaandeontwikkelingvangoedkopeCFRP-procestechnologieën.Hetzalvooralgaanomhetrealiserenpraktischeproductie-technologieendeintegratievanconstruc-
tieveauto-onderdelenvoorlichtgewichtelektrischeauto’s.Dekennisenkundeuitdevliegtuigindustriekomtdaarbijuitstekendvanpas.
Behalvedegenoemdepartijenzullenookvliegtuig-enruimtevaartorganisaties,zoalsJADC*,RIMCOF*enC-ASTEC*(Chubu-AerospaceTechnologyCenter)deelnemen.VerderdoenvanoverheidszijdeJAXA*enAIST*meeaanditcentrum.METIbeargu-menteertzijnsteunvanuitdeachterstands-positiedieJapanheeftvergelekenmetsamenwerkendeorganisatiesrondBoeingenAirbusenhetFransePINETTEinhetWesten.UpstreamisJapansterkmetbedrijvendieactiefzijnindeontwikkelingvannieuwevezelsenharsen.Downstreamheeftheteenaantalsterkeautoproducen-tenenvliegtuigbedrijven.InhetmiddenvandeketenisJapanechterzwak.Hetgaatdanomdeopschalingvanprocestechnolo-gieendeontwikkelingvanevaluatie-entestmethoden.VaakmoetenJapansebedrijvennaarhetbuitenlandvoorprocestechnologischekennis.VoorbeeldenvoorJapanzijnhetNationalCompositeCenter(NCC)inBristol/UK*,AMRCinSheffield*,ALCAS*ofDINAMIT*.METItrektnegentienmiljoeneurouitvoorditnieuwecentrum,datnetalsinGroot-BrittanniëhetNationalCompositeCenter
(NCC)gaatheten.(5)
HetJapanseNCCgaatdeleemteindeJapansecomposietproductieketenopvullen.Hetisdebedoelingdatdeelne-mersaanhetcentrumvoorhunlidmaat-schapengebruikvandefaciliteitengaanbetalenenergaansamenwerkenaanonderzoekenontwikkelingmetanderepartijen.Inaprilditjaariseenbegingemaaktmethetopzettenvandeorganisa-tie.TotaprilvolgendjaarwordtgewerktaanhetinrichtenvandeR&D-entestfacili-teiten,zodatvanafdatmomentprojectenkunnenstarten.Demeestbelovendemassaproductietechnologievoorhetcentrumisthermovormenvansheet molding compoundsenglasmatthermoplastenenprepregs.
IATokioheefteenoverzichtgemaaktvanallebelangrijkeJapansespelersopditgebied,datopaanvraagverkrijgbaaris.*AIST =NationalInstituteofAdvancedIndustrialScienceandTechnology.ALCAS = AdvancedLowCostAircraftStructures/CranfieldUniversity.AMRC =AdvancedmanufacturingResearchCentre/UniversityofSheffield(Boeing).CFs =carbonfibers.CFRPs =carbonfiberreinforcedplastics.
Figuur 2. Continuous CF reinforces unidirectional tape and application (bron: ref. 3).
50 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamJapan | Japans nieuwe nationale composietencentrum voor de auto- en vliegtuigindustrie Japan | Japans nieuwe nationale composietencentrum voor de auto- en vliegtuigindustrie
CFRTPs =carbonfiberreinforcedthermo-plastics.DINAMIT =DevelopmentandInnovationforAdvancedManufacturingofThermoplastics(FP6program/EADS).JADC =JapanAircraftDevelopmentCorporation.JAXA = JapanAerospaceExplorationAgency.METI =MinistryofEconomy,TradeandIndustry.NEDO =NewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization.NCC =NationalCompositesCentre,Bristol/UK.PINETTE =PINETTEEMIDECAUINDUSTRIES.RIMCOF = R&DInstituteofMetalsandCompositesforFutureIndustries.C-ASTEC =ChubuAerospaceTechnologyCenter.
Bronnen• 1.Torayraises¥20billiontofundcarbonfiber
expansion,JapanTimes,July13,2012.
• 2.TheMotorIndustryofJapan2011,JAMA,Inc.
• 3.ProfessorJunTakahashi,UniversityofTokyo,
“StrategiesandTechnologicalChallengesfor
RealizingLightweightMassProduction
AutomobilebyusingCFRTP”,JISSE12,November
9-11,2011,Tokyo,Japan;idemJapanInternational
SAMPETechnicalSeminar2012/JISTES2012Kyoto,
July12-13,DoshishaUniversity,Kyoto,Japan.
• 4.DaanArcher,Deraceomnieuweautomateria-
len:veilig,lichtengroen,Technieuws2008;Paul
opdenBrouw,Japan:koolstofvezelversterkte
thermoplastenvoordeauto,4april2012.
• 5.METIPersbericht23-7-2011(inJapans)en
ActivitiesoftheJapanAerospaceIndustryForum.
Meer informatiePaulopdenBrouw
Email [email protected]
IA Japan
51 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Composietmaterialen en technieken in de Japanse luchtvaartsector
Composietmaterialen en technieken in de Japanse luchtvaartsector
SamenvattingLichtmaarsterkenduurzaam.Dezebijzondereeigenschappenmakencomposietmaterialenvankoolstof-vezelversterktekunststoffen(CarbonFiberReinforcedPlastics/CFRPs)aantrekkelijkvoordeindustrie.Maardehogekostenzijnnogsteedshetprobleem.BeginditjaarishetAdvancedCompositeResearchCenter(ACRC)vanhetJapanAerospaceExplorationAgency(JAXA)vanstartgegaan.JAXAdoetaljarenonderzoekophetgebiedvancomposietmaterialenvoordeluchtvaartsector.MethuntopkwaliteitfaciliteitenenexpertshopenJAXAenACRCeencentraleroltekunnenspeleninfundamenteelonderzoekopditgebied.
InleidingSteeds vaker gebeurt het dat metalen onderdelen plaatsmaken voor onderdelen van composietmaterialen. Dit gebeurt zowel bij vrij kleine producten zoals onderdelen voor sportartikelen als bij grote onderdelen voor de auto-industrie of scheepsbouw. Het gaat hier voornamelijk om koolstofvezelversterkte kunststoffen die onderdelen lichter en sterker maken. Japan, de bakermat van koolstofvezels (Carbon fibers/CFs), heeft na vijftig jaar nog steeds een groot aandeel op de wereldmarkt met Toray (*1), Teijin/Toho Tenax (*2) en Mitsubishi Rayon (*3). Samen nemen ze zeventig procent van de wereldmarkt voor hun rekening.
CFRP in vliegtuigenOokindeluchtvaartindustrieiserbehoefteaanmeertoepassingvanCFRP-onderdelen.In1980gebruiktedeBoeing767slechts4%CFRP,in1990deB77711%enin2009bijdeB787groeidehetaandeelCFRPtot50%vanhetvliegtuiggewicht.Japansebedrijvenmaken35%vandeCFRP-onderdelenvandeB787.MitsubishiHeavyIndustries(MHI)(*4)enFujiHeavyIndustries(*5)makenonderanderevleugeldelen.KawasakiHeavy
Industriesproduceertderomp(*6)(figuur1).Toray,dateenexclusiefleveringscontractheeftmetBoeingvoorCFsindeperiode2006tot2021,levertetcomposietmateriaalvoordezeonderdelen.DenieuweJapanseMitsubishiRegionalJet(MRJ),actiefinhetmarktsegmentwaarinFokkeractiefwas,zaleengrootaantalCFRP-onderdelenbevatten,zoalshetkielvlakendestabilo.MitsubishiAircraftCorporationontwerptsamenmetMitsubishiHeavyIndustriesenToyotaMotorCorporationditstraalverkeersvliegtuigdattwintigprocentminderbrandstofgebruiktdanconcurre-rendemodellenvanBombardierenEmbraer.
ProductietechnologieënCFRPisnietalleenlichtensterk.Hetzorgterookvoordatdeconstructievangrotevliegtuigonderde-leninminderstappenkanverlopen.OokisCFRPbestendigtegenvermoeiingencorrosie.Datmaakthetonderhoudeenvoudiger.(1)Ookdeauto-indu-strietoonttoenemendeaandachtvoorditlichtgewichtmateriaal.(2,3)
Figuur 1: Vleugeldeel B787 door MHI (links), vleugeldeel B787 door Fuji Heavy (rechts), rompdeel B787 dor Kawasaki Heavy (middel) (bron: Sokeizai Center *7)
52 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Composietmaterialen en technieken in de Japanse luchtvaartsector Japan | Composietmaterialen en technieken in de Japanse luchtvaartsector
Autoclaaf molding Deautomatiseringbijdemeestvoorko-mendeproductietechniekvoorcomposie-ten,diegebruikmaaktvaneenautoclaaf,eenoven,gaatmetsprongenvooruit.Hetsnijdenvindtautomatischplaatsendelagenvezelswordenautomatischaange-bracht.Bijdetijdrovendehand-lay-up methodegeeftdecomputeraanwaardevezelsaangebrachtmoetenworden.ZelfsvoorgroteconstructiedelenzoalsdevleugelofderompvandeB787wordengeautomatiseerdeautoclaaf-techniekengebruikt.Automatiseringinhetproductie-procesisnietalleenkosteneffectiefmaarheeftookeenandervoordeel.Doordatvezelsautomatischineenwillekeurigerichtingaangebrachtworden,leidthetooktotkwaliteitsverbeteringvandeCFRP,noodzakelijkvoorvliegtuigonderdelenwaarvoorzeerhogekwaliteitseisengelden.
Om de huidige internationale concurrentiepositie te behouden en te versterken, is het belangrijk dat er meer bedrijven gaan deelnemen in deze sector
OndanksdeautomatiseringzijnCFRP-onderdelennogsteedsduur.Composietdelenvoordeluchtvaartsectorzijnnogtweetotdriekeerzoduuralsaluminiumonderdelen.Hetzalnogtientotvijftienjaardurenvoordatdeprijsvancomposietdelenopeenvergelijkbaarniveaukomtmetdievanmetalenonderdelen.Eénvanderedenendaarvoorligtinhetgebruikvanprepregsmetnattekoolstofvezels.Natteprepregszijnlangedradenofmattenkoolstofvezelsgedrenktinhars.Omdatbijkamertemperatuurdeharsallangzaamuithardt,moetenprepregsbijmintientotmintwintiggradenCelsiuswordenbewaard.Deandere
oorzaakisdatbijelkonderdeeleenautoclaafopmaatgemaaktmoetworden.Ookallevertdezemethodeonderdelenvanhogekwaliteitop,ermoetenwelenormemachinesgemaaktwordenvoorbijvoor-beeldhetvormenvaneenvleugelvandertigmeterlang.
Vacuum assisted Resin Transfer Molding (VaRTM)
Alsalternatiefvoorproductieineenautoclaafzijnergoedkoperetechniekenontwikkeld.EenvoorbeeldvormtdeVaRTM-techniekdiedrogekoolstofvezelsgebruikt.Dezehebbengeenspecialeopslagplaatsnodig.Hetismogelijkomvooraflagenofweefselstestructurerenentebewarenvoorlatergebruik.BijVaRTMwordeneerstdrogekoolstofvezellagenindemalgelegd.Daarnawordtharsonderlagedrukgeïnjecteerd.Dooreenvacuümverspreidtdeharszichsnelindemal.VolgensJAXA(*10),datookonderzoekverrichtnaarditsoorttechnieken,isdeVaRTMtechniekeenkwartkosteneffectie-verdandeautoclaaftechnieken.
Hybride molding techniekOmgoedkopereproductieterealiseren,zoekthetAdvancedCompositeResearchCenter(ACRC)(*11)vanJAXAnaarsynergietussendenatteendrogemethoden;de
zogehetenVaRTM and Prepreg Hybrid (VPH) fabrication techniek.Eenintegratietussenonderdelenvanprepregendrogekoolstof-vezelszondergebruikvaneengroteautoclaafkandeproductiekostenmetdehelftreduceren.
MetdezeVPHfabrication-techniekwordteersteengrootmaareenvoudigvormgege-venonderdeelmetprepregsgevormd.Daarnawordendekleineencomplexeonderdelenvormgegevenmetgebruikvandrogekoolstofvezels.Vervolgenswordendeonderdelenopelkaargelegdenmeteenvacuümzakbedekt.Danwordteropdedrogekoolstofvezelonderdelenharsgeïnjecteerd.Doorverhogingvandetemperatuurhardtdeprepreguit,terwijlhetVaRTM-onderdeeldroogt(figuur2).
Testmodellen en database composietmaterialen
NaastonderzoeknaarverbeteringvandezehybridevormingstechnieklopenermeerdereonderzoeksprojectenophetgebiedvancomposietmaterialenbijJAXA/ACRC.Nadeelvancomposietmaterialenis,dateenbarstofscheurvanbuitenafmoeilijkisteontdekken.ACRContwerptevaluatie-entestmodellenvoorveiligeenbetrouwbarecomposieten.
Figuur 2: VaRTM and Prepreg Hybrid (VPH) fabrication techniek (bron: JAXA)
53 | Advanced Materials
Japan | Composietmaterialen en technieken in de Japanse luchtvaartsector
EenanderebelangrijkeactiviteitvanACRCishetmakenvaneendatabasevoorgeavanceerdecomposietmaterialen.Ervindtveelonderzoekplaatsindeprivatesector,dienietallegeheimenprijsgeeftaanconcurrenten.Alsnationaalonder-zoeksorgaanzietACRChetalszijnrolomdeonderzoeksresultatenvannieuwematerialenofmethodenteverzamelenentepubliceren,teevaluerenofhetvoorcommercieelgebruikrealistischisenzonietteanalyserenhoehetbeterkan.Omdehuidigeinternationaleconcurrentiepo-sitietebehoudenenteversterken,ishetbelangrijkdatermeerbedrijvengaandeelnemenindezesector.DaaromsteltACRCzijntopfaciliteitenopenenstimu-leertmeersamenwerkingtussenACRC-experts,andereoverheidsorganen,bedrijvenenuniversiteiten.Zokunnenmeerdereorganisatiesparticiperenindeinnovatievancomposieten,zonderdatzeduremachinesofopslagplaatsenhoevenaanteschaffen.Samenmetdegebruikers-vriendelijkedatabasevoorcomposietmate-rialenhooptACRCdepositievanJapanalskoploperincomposietentekunnenondersteunen.(4,5)
Structural Health monitoring methods
ACRCisniethetenigecentrumdatevaluatie-entestmodellenvoorcompo-sietmaterialenmaakt.HetMaterialsProcessTechnologyCenter(SokeizaiCenter)ontwerptsinds2002Structural Health monitoring methodsomdestructuurvanCFRPonderdelenteevaluerenmetgebruikvanglasvezelsensoren.SamenmetprofessorNobuoTakedavandeUniversityofTokyoloopthetStructural Health Monitoring Method-onderzoeksprojectomdezemethodeterealiserenincommerciëlevliegtuigen.HetprojectvaltonderhetnationaleprogrammavanhetJapanseministerievanEconomischeZaken,Handel&Industrie(METI)enzaltotapril2013duren.
DezegroepheeftzeerdunneFiber Bragg grating(FBG)sensorenvanoptischevezelsontworpendieonderbrachtwordeninCFRP-prepregs.Dezesensorenkunnenmicroscopischeschadezoalsscheurenof
delaminatieincomposietendetecteren(figuur3).(1,6)
ConclusieDeafgelopenjarenwordensteedsmeermetalenvliegtuigonderdelenvervangendoorcomposietdelen.Voorlopiglijktergeeneindaandezetrendtekomen;debehoeftezalblijventoenemen.Deontwikkelingvannoglichtereensterkerecomposietenzalleidentotmeergebruikenuiteindelijklagerekosten.Defunda-menteleonderzoeksactiviteitenvanJAXAenACRCzullenalsbasiskunnendienen.Hetblijftdevraagofenwanneerdekostenvergelijkbaarzullenwordenmetdievanmetalenonderdelen.Zalditovertienjaarhetgevalzijn?Overvijftienjaar?
*1.TorayIndustriesInc.*2.TohoTenaxCo.,Ltd.*3.MitsubishiRayonCo.,Ltd.*4.MitsubishiHeavyIndustriesLtd.(MHI)*5.FujiHeavyIndustriesLtd.*6.KawasakiHeavyIndustriesLtd.*7.TheMaterialsProcessTechnology
Center(SokeizaiCenter)*8.MitsubishiAircraftCorporation*9.ToyotaMotorCorporation*10.JapanAerospaceExplorationAgency
(JAXA)*11.JAXA/AdvancedCompositeResearch
Center
Bronnen• SokeizaiVol.51(2010)No.11(Japans)
• PaulopdenBrouw,Koolstofvezelversterkte
thermoplastenvoordeauto,4april2012
• PaulopdenBrouw,Japansnieuwenationale
composietencentrumvoordeauto-en
vliegtuigindustrie,20september2012
• JAXA’sJuly2012No.045(Japans)
• JAXA/VaRTMandPrepregHybrid(VPH)
fabricationtechnology
• ProfessorNobuoTakeda,SmartComposites
SystemLaboratory,UniversityofTokyo
Meer informatieMihokoIshii
Email [email protected]
IA Japan
Figuur 3: FBG optische vezel sensor van 40 micron manteldiameter (bron: Smart Composites System Laboratory)
54 | IA Special | november 2012
Blauw fluorescerende nanocapsule
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsJapan | Composietmaterialen en technieken in de Japanse luchtvaartsector Japan | Blauw fluorescerende nanocapsule
SamenvattingAanhetTokyoInstituteofTechnologyheeftprofessorYoshizawaeenblauwfluorescerendmolecuulindevormvaneencapsulegesynthetiseerd.Indeholtevanditsoortcapsuleskunnenallerleigeschiktemolecu-lenwordeningebrachtdiemeertoepassingenmogelijkmakendanhetuitzendenvanblauwlicht.Hierdoorkunnencapsulesmetanderekleurenwordenontwikkeld.Ookdenkendeonderzoekersdezecapsulestekunnengebruikenalschemischesensoren,biologischeprobesenvoorLED-verlichtingengerichtemedicijnafgifte.
DetailsAssociateprof.MichitoYoshizawavande“smartmaterials”groepvanhetChemicalResourcesLaboratoryvanhetTokyoInstituteofTechnologybouwtsupramoleculairestructurenmetfunctio-nelevormen,zoalscapsules,cilindersenandereholten.Dezecapsuleszijnongeveereennanome-tergroot.Benzeenringenvormendebouwblokkenvandezenanocapsules.Yoshizawaheeftmetdezebouwblokkenallerleimoleculairecapsulesgebouwd,variërendtussendeanderhalfentweenanometer.Onlangspubliceerdehijderesultatenvanzijnmeestrecenteonderzoek:eenblauwfluorescerendenanocapsule.Zoalsverwacht,werdmetkristallografischetechniekenaangetoonddatdezenanocapsuleisopgebouwduiteenviertal“schillen”,diebijeengehoudenwordendoortweemetaalionen.M,hetmetaal,kaneenzink-koper-,platina-,paladium-,nikkel-,kobalt-ofmangaan-ionzijn.DitM2L4molecuulontstaatdoorgecoördineerdeself-assemblyvantweemetaalionenenviergebogenligandenvanantraceenengesubstitueerdebenzeen.Hetantraceenindeligandenvormthetfluorescerendedeelvanditmolecuul.Dezinkcapsulevertoonteensterkeblauwefluorescentiemeteenhogekwantumop-brengst.Daarentegenblijkendenikkelenmangaancapsulesmaarheelzwaktefluorescerenendeplatina,palladiumenkobaltcapsulesinhet
geheelniet.Defluorescentievandekopercapsuleblijktafhankelijktezijnvanhetoplosmiddelwaarindecapsulezichbevindt.Indimethylsulfoxi-deemitteerthijblauwlicht,maarerisgeenemissiewaartenemeninacetonitril.Ditisdeeerstekeerdaterfluorescentieisgevondenbijmoleculairecapsulesmeteengeïsoleerde,groteholte.DeTokyoTechonderzoekersdenkendatzijnuinstaatzijnanderefluorescerendemoleculentekunnenmakendoorgeschiktemoleculenindeholteintebrengen.Berekeningenvandesterktevandebindingentussendeatomenvandecapsulelatenziendateendeelvandestructuurkanopenenensluitenalseendeksel.Opdezemanierkunnendananderemoleculenindeholtewordeningebracht.YoshizawaheeftbijvoorbeeldzoeenC60molecuul,debuckyball,ineencapsuleingekapseld.Daardoorontstaanermogelijkhedenomanderefunctiesaandezemoleculentegevendanhetuitzendenvanblauwlicht.Wanneerdeholtegevuldwordtmeteenroodlichtemitterendmolecuul,verwachtjeeenpaarsefluorescentie,aldusYoshizawa.Volgenshemisbijvoorbeeldgerichtemedicijnafgifteeenanderemogelijketoepassingvanditsoortcapsules.Opdezemanierkunnenmedicijnenveiligdoordemaagendemaagzuuromgevinggeloodstwordenombijvoorbeeldindetwaalfvingerigedarmuitdecapsuletewordenvrijgelaten.Deonderzoekersdenkendathunnanocapsulesnieuwetoepassingenkunnenvindenalschemischesensoren,biologi-scheprobesenLEDs.
BronnenTheNikkeiWeekly,16juli2012.Researchersdevelopblue-fluorescentmolecularnanocapsules,13juli2012.
Meer [email protected]
IA JapanFiguur. 1 Blauw fluorescerende nanocapsule (bron: Tokyo Institute of Technology).
55 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Development of biomedical materials for future new medicines
Development of biomedical materials for future new medicines
SummaryTopreparefortheageingsocietyandthecreationofaprominentnewindustry,Japanistryingtoproducenewbiomedicalmaterialsleadingtorevolutionarymedicaltreatments.TheJapanScienceandTechnologyAgency(JST)isofferinggrants,calledS-innovation,tosupportthedevelopmentofrevolutionarymedicaltreatmentsforthenextdecade.Itemphasizesthecommercializationofresearchoutput.TherearealreadyapplicationsofeffectivebiomedicalmaterialsontheJapanesemarket.
IntroductionJapan is developing new biomedical materials for revolutionary medical treatments ten years from now. To support this development, the Japan Science and Technology Agency (JST) provides up to 70,000,000 yens per year for ten years for individual research teams as an S-innovation Grant. There are three reasons why the Japanese are looking for new biomedical materials. Firstly, Japanese society is rapidly ageing, secondly they want to foster a prominent industry for its export and tax paying potential. Thirdly and finally, there is demand for easy-to-use medical devices that usually require biomedical materials.
Ageing Society Japanisrapidlyageing.Theratioofpeoplewhoareolderthan64inthetotalpopulationwas22.9%in2009andisexpectedtobecome33.7%in2035.Thisdevelopmentincreasesthegrossnationalmedicalexpenditure.Toreducethemedicalexpenditurerequirescosteffectivemedicaltreatmentsmorethanever.
Prominent Medical Industry Themedicalindustry,includingmedicalservices,maybeexpectedtobeagoodfuturetaxsourcefortheJapanesegovernment.ExpectationsforfuturetaxincomefrompreviouslypivotalindustriesinJapansuchascarsandelectricproductsarenottoohighduetocurrenttheworldwideeconomicslowdownandtheappearanceofnewcomersontheworldmarket.Whilethegovernmenttriestocontaindomesticmedicalexpenditures,thegrowingdomesticmarketandexportofbiomedicalmaterials,medicaldevicesandmedicalservicesmightopennewfinancialsourcesforJapan.SinceageingsocietyisnotonlyanissueforJapanbutalsoforotherdevelopedcountries,themarketisworldwide.TheJapanesegovernmentalsostartedtopromoteinternationalmedicaltourismtoJapan.
Highqualityandrevolutionarymedicaltreatmentswillbeanassetforthemedicaltouristsector.
Because of these two different types of layers, MENDs are able to go through different types of membranes and deliver the drugs into the nucleus
Demand for easy-to-use devices Easy-to-usemedicaldevicesarewantedbydoctors.Todaymostdoctorsareverybusyduetoashortageofmedicaldoctors.Inaddition,learningtousenewdevicesmakesthemconstantlybusier.Furthermore,homecaretakerswillalsoneedeasy-to-usemedicaldevicesmoreoften,becausetheJapanesegovernmentrecentlyshiftedthestrategyforthecarefortheelderlyfromhospital-centeredtohome-based.*Homecaretakersandmaybeelderlypeoplethemselvesneedtousemedicaldevices.
S-innovationencouragestheresearchleadingtosuchproductsasbiocompatiblecathetersandguidewire,lightanddurableimplants,superengineeringplastics,extra-corporealcirculation,andregenerativemedicine.SomeexampleswillmakeclearwhatmedicaldevicesusingbiomedicalmaterialswererecentlydevelopedinJapan.
StentAstentisamesh-liketubethatsupportsthebloodvesselsfromtheinsidetokeepthemopenafterinterventionaltreatmentwithacatheteranda
56 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Development of biomedical materials for future new medicines Japan | Development of biomedical materials for future new medicines
balloon(Fig.1).Sometimesastentcausesrestenosis;cellsaccumulateinsidetheimplantedstentasaresultofinflamma-tionduetoanimmunereaction.Therearemainlytwosolutionsforrestenosis.Oneisapplicationofdrugstothestenttodecreasetheaccumulationofcells.Theotheristheremovalbyautonomousdisappearanceofastentafteritsnecessaryperiodofuse.
Drug-eluting stents (DES)ProfessorKensukeEgashiraofFacultyofMedicalSciencesofKyushuUniversitydevelopedastentthatreleasesnucleicmedicinetopreventrestenosis.Thisiscalledadrug-elutingstent(DES).Heusesthe7NDgene,whichrestrainstheexpressionofMCP,amajorfactorofinflammation.Nanoparticlesofthisaremixedwithpolyvinylalcohol.Theparticlesarecoatedwithbiodegradablepolylacticacid(PLA)inordertopreventtooquickareleaseofthecontent.Thecoatingalsocontrolsthechargeoftheparticlesurface,whichmakesendocytosisoftheparticlesbytargetedcellseasier.Egashira’sresearchteamobservedtheexpressionof7NDgenesandnoin-stentrestenosis.
NF-κBDecoy(whichrestrainsthetranscrip-tionfactor,NF-B,responsibleforinflam-mation)wasalsotestedasacandidateforDES.Theresultsseemedgood.
Bioabsorbable stentsIngeneral,therearetwokindsofbioabsor-balematerials.Thefirstoneismadeofthepolymerpoly-L-lacticacid(PLLA)andtheotherismadeofmetal.ThePLLAstentbytheKyotoMedicalPlanningCo.,Ltd.,calledanIGAKI-TAMAIstent,willbedegradedintoH2OandCO2andbeabsorbedaftertwotothreeyearsafterimplantation.Advantagesofpolymerstentsovermetalstentsaretheapplicabi-litytopatientswithmetalallergiesandtheeasymixingofdrugsintothestents.ThecompanySentanIryoKaihatsuproducedastentmadeofaMg-Caalloy,madefromnecessarymetalsforthehumanbody.Itwillgraduallydisappearinthebodyduetocorrosion.TheretentiontimeinthebodycanbecontrolledbytheratioofCainthealloy.Metalstentsareexcellent
instrength,plasticity,andrecoilpreven-tion.Prof.EgashiraworkswithSentanIryoKaihatsutocreateDESthatwillcompletelydisappearfromthevesselsafteracertaincriticalperiod.
DDSADrug-DeliverySystem(DDS)aimsatdeliveringdrugstothelocationswherethedrugsshouldworkattherighttime.EnvelopingmaterialsfordrugsarekeytooptimizetherequiredfunctionofaDDS.Theenvelopeshouldpreventdrugsfrombeingabsorbedorbeingdegradedbeforethedrugsreachthetargetedarea.Inaddition,thegradualcollapseofencapsu-lationisrequiredinordertoreleaseofdrugsforaprolongedperiod.ADDSofnucleicaciddrugshastobestableandhastocontainthedrugsinsidethecapsulewhentheyarestilloutsidethetargetedcells.Whennanodevicesenterthetargetedcells,theyformendosomessurroundedbyendosomemembraneinthecytoplasmofthetargetedcells.Thenthenanodevicesneedtobreaktheendosomemembranesandtogetoutoftheendosomeinordertoreachthenucleusofthecellwhereanucleicaciddrugworks.
TheteamsofProf.KazunoriKataokaoftheDepartmentofMaterialsEngineeringattheUniversityofTokyoandProf.HideyoshiHarashimaoftheHokkaidoUniversitymet
theserequirementsofaDDSbyusingthechemicalreactionsdependentonpH.TheresearchteamsproducedaDDSbyusinghighmolecularmicelleofself-organizati-onofpolymersandaMultifunctionalEnvelope-typeNanoDevice(MEND)respectively.
MicellesThemicellesProf.Kataoka’steamcreatedweremadeofacombinationofhomo-polymersofpoly{N-[N’-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl]aspartamide}(PAsp(DET))andblock-polymersofPAsp(DET)andpolyethyleneglycol(PEG)(Fig.2).PAsp(DET)changesthestructureaccordingtotheacidityofitssurroundingsaswellasitsabilitytoattackthemembrane.PAsp(DET)doesnotattackthecellmembranesoutsidethecellsinneutralcondition.However,oncetheyentertargetedcellsandaresurroundedbythemembraneofendosomes,theyareabletobreakthemembraneoftheendosomethankstothelowpHinsidetheendosome.Thenthedrugsinthemicellecanbereleasedintothecytoplasm.
Inthecoreofthemicelle,PAsp(DET)andplasmidDNA(pDNA)formspolyplex,acomplexofcationicpolymersandDNA.SH-groupinsertedtothesidechainofPAsp(DET)makesdisulfidebondsinsidethepolyplexandoffersstabilityontheroutetriptothetargetedcells.Whenthe
Figure. 1 A stent (Wikipedia)
57 | Advanced Materials
Japan | Development of biomedical materials for future new medicines
deviceentersthecytoplasmofthetargetedcells,disulfidebondsofthepolyplexareloosenedandreleasepDNAbecauseofahighconcentrationofglutathioneinthecytoplasm.
HydrophobicPEGlocatedontheouterlayerofthemicellealsohelpstomakethetriptothetargetedcellssaferthankstotheirstealthnature.PEGontheouterlayerofthemicelles,decreasedtheformationofdestructiveaggregatesinblood.Ontheotherhand,nanoparticleswithoutPEG-coatingsmadeaggregatesduetotheinteractionofplatelets.Withintra-vitalreal-timeconfocallaserscanningmicros-copyusingamodifiedNikonA1R,thereal-timebehaviourofmicellesandaggregatesinbloodcouldbedetected.
Theresearchresultsweregood;theyshowedhighgeneexpression.Theresearchersaimtoapplytheuseofthisnanomicelleparticleformedicationforcirculatoryandvascularsystems,respira-torysystems,anti-cancerandmusculoskel-etalsystems.
MENDAnothernanodeviceusingamicellestructurehasoutsidelayersoffusogenicmembranes(Fig.3).Nucleardrugshavetogothroughseveralmembranes,includingthenuclearmembrane,toreachanucleus.MENDswithfusogenicmembranesareabletosendnucleicaciddrugswithoutusingnucleicpores.Theoutermembraneismadeofendosomemembranefusogeniclipidandinnermembranesaremadefromnucleicmembranefusogeniclipid.Becauseofthesetwodifferenttypesoflayers,MENDsareabletogothroughdifferenttypesofmembranesanddeliverthedrugsintothenucleus.
TheresearchresultsofthistypeofMENDwerepositive.Theexpressionofgenesincreasedfivehundredtimesinnon-divi-dingdendriticcellsincomparisonwithMENDwithoutmultiplelayersofmem-branearoundthenanodevice.Shionogi&Co.,Ltd.andtheteamofProf.Harashimaareworkingonmanufacturingofthedeviceforcommercialuse.
Artificial bonesNakashimaMedicalCo.,Ltd.andtheProfessorsNakanoandYoshikawaofOsakaUniversitydevelopedanimplantthatcausesbonestogrowwithoutmakinggapsbetweenimplantsandbones.Theimplanthasmultipleditcheswhichdirectapatiteofbonesandcollagenstoformmesh-likestructuresalongtheditchesforagoodfit.Experimentswithdogswerecarriedoutwithgoodresult.Theteamisplanningformarketintroductioninthenearfuture.
ConclusionItisdifficulttodefinewhat‘revolutionary’medicationis.However,amindsetaimingat‘revolutionary’musturgeresearcherstogotheextramile.OneoftheimportantgoalsofS-innovationisvalorizationofinnovation,whichmeanstheresearchresultsshouldenterthemarket.Japanisconsideredweakincommercializationofresearchresults.Toovercomethis,researchteamareencouragedtoemploymultiplespecialistspeoplesuchasresearchers,technicians,medicaldoctors,production
engineersandretailers.Japanesepeoplereallyareawaitingtheirrevolutionarymedicationtosecureastablelifeinasocietythatwillagesuperfastinthenearfuture.
Sources• Whitepaperonageingsociety(2011)byCabinet
Office
• ResearchThemeofS-innovation
• Stent(Wikipedia)
• FinalResearchReport,CoreResearchfor
EvolutionalScienceandTechnologybyKazunori
Kataoka,UniversityofTokyo(2012)
• Molecularmechanismofin-stentrestenosisand
noveltreatmentstrategyofgene-elutingstent
developedwithbioabsorb-ablenano-particle
electrodeposition(2007).FoliaPharmacol.Jpn.
129:171-176
• *NOSTTokyoNews;Medischethuiszorgtechnolo-
gieendeoverheid
More informationKugakoSugimoto,
Email [email protected]
IA Japan
Figure. 2 How to get out of endosome of nano-device made of PAsp(DET-Aco) charge inversion polymer (Final Research Report)
Figure. 3 MEND (Final Research Report)
58 | IA Special | november 2012
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsJapan | Development of biomedical materials for future new medicines Japan | Japan onderzoekt nieuwe thermo-elektrische materialen
SamenvattingInJapanvindtvoloponderzoekplaatsnaarthermo-elektrischematerialen,onderanderemetsteunvandeoverheid.Dezematerialenzijninstaatomelektriciteitoptewekkenuitwarmte.Doorhunlageefficiëntie,hogekostenengeringestabiliteitzijnzeechternooitopgroteschaaltoegepast.Eenbelangrijkedrijfveerisnuomnieuwegoedkopeenveiligematerialenuitveelvoorkomendegrondstoffenteontwikkelen.Despecialeeigenschappenvannanogestructureerdematerialenzoalsnanodradenennanokubussenmakendatmogelijk.Alsdezematerialenzijnontwikkeld,kunnenzemogelijktoegepastwordeninbijvoorbeeldverbrandingsmotorenenindustriëleovensomhetenergieverbruikteverminderen.
InleidingHet onderzoek naar thermo-elektrische materialen is op dit moment ‘hot’ in Japan. De overheid heeft na de energiecrisis in Fukushima ingezien dat alternatieve energiebronnen hard nodig zijn. De grootste bron van energieverspilling is warmte; naar schatting zestig procent van de gebruikte energie gaat verloren in de vorm van warmte. Thermo-elektrische materialen zoals bismut telluride, Bi2Te3, zijn al lange tijd bekend. Door hun lage efficiëntie, hoge kosten en geringe stabiliteit zijn ze nooit op grote schaal toegepast om elektriciteit uit warmte op te wekken. Door de opkomst van nieuwe soorten materialen ontstaat er weer volop interesse in thermo-elektrische eigenschappen. De belofte is, dat ze efficiënter gebruik van energie mogelijk maken. Japan is koploper in het onderzoek naar deze geavanceerde materialen.
PrincipeHetthemo-elektrischeeffectontstaatdoordatmetalenenhalfgeleidersgeladenelektronenof
gatenbevattendievrijdoorhetmateriaalkunnenbewegen.Wanneerereentemperatuursverschilinhetmateriaalbestaat,diffunderendezeladingsdra-gersnaardekoudezijde(ziefiguur1).Doordetoenamevandeladingaandekoudezijde,ontstaatereenpotentiaalverschilinhetmateriaalvanenkelemillivolt.Doorelektron(n-)engat(p-)typegeleidersinserietekoppelen,gaathettotaleopgebouwdepotentiaalverschilomhoogenkunnenpotentialenvanenkelevoltsontstaan.
Inprincipeisergeenlimietaanhetaantaltekoppelenelementen.Datmaakthetinprincipegemakkelijkschaalbaarvoorallerleiverschillendetoepassingen.Eénvandesuccesverhalenvanthermo-elektrischematerialenkomtuitderuimtevaart.ZogebruiktedeonlangsopMarsgelandeNASA-verkennerCuriosityeenradio-iso-toopthermo-elektrischegeneratoralsenergie-bron.Dezegebruiktdehittedievrijkomtuithetradioactiefvervalvaninstabieleisotopen.Thermo-elektrischematerialenzettendezehitteominelektriciteit.DitgeeftdeCuriosityeenstabieleenbetrouwbareenergiebron.(1)HethiervoorbeschrevenSeebeck-effectisalsindsbegintwintigsteeeuwbekend.Hetblijktsindsdienergmoeilijkommaterialenmeteenhogeefficiëntieteontwikkelen;daardoorvindenzenognietveeltoepassing.Deuitdagingbijhetontwik-kelenheefttemakenmetdetegenstrijdigeeigenschappendiehetmateriaalmoetbezitten:eengoedeelektrischegeleidinggecombineerdmeteenslechtethermischegeleiding.Hetbewarenvaneenzohoogmogelijkewarmte-gradiëntinhetmateriaal,duseenlagethermischegeleiding,terwijldeelektronenmakkelijkdoorhetmateriaaldiffunderen,duseenhogeelektrischegeleiding,geefteenhogethermo-elektrische
Japan onderzoekt nieuwe thermo-elektrische materialen
Figuur 1. Schema van thermo-elektrische elementen die in serie zijn gekoppeld. De elektronen en gaten diffunderen naar de koude zijde. Daardoor kan elektriciteit uit een temperatuursverschil (ΔT) worden opgewekt.
59 | Advanced Materials
Japan | Japan onderzoekt nieuwe thermo-elektrische materialen
efficiëntie.Indepraktijkzijngoedeenslechtethermischeenelektrischegeleidingsterkaanelkaargekoppeld.Glasbijvoor-beeldheefteenwanordelijkechemischestructuurendaardooreenslechtethermischegeleidbaarheid.Dewarmtedra-gersinmaterialen,zogehetenfononen,kunnenmoeilijkdoorhetmateriaalbewegen.Maarelektronenondervindendoordezewanordelijkestructuurookveelweerstand.Materialenmeteengoedeelektrischegeleidbaarheiddaarentegen,zoalsmetalen,hebbenvaakeenordelijkekristalstructuur.Hierdoorkunnenookfononenmakkelijkgetransporteerdworden.Omdezetegenstrijdigeeigenschappenineenmateriaaltecombineren,moetdestructuuropnanoschaalbeheerstworden.Daaromisdehoopgevestigdopnieuwenanomaterialendiewarmtegeleidingenelektrischegeleidingkunnenontkoppelen.Hetperfectemateriaalheefteenstructuurdiefononenblokkeert,maardeelektronenmakkelijkdoorlaat.
Nano-silicium in het grootHetschijntdatnanodradenvansilicium(Si)vantientallennanometersgroottedethermo-elektrischeefficiëntiesterkkunnenverbeteren.Fononenkunnenzichmoeilijkdoordezekleinestructurenbewegen.Elektronenzijnechterkleingenoegomweinigweerstandbinnendezestructurenteondervinden.Omditeffecttekunnentoepassenmoetendezenanomaterialeningrotehoeveelhe-dengeproduceerdkunnenworden.Daarliggendegrootsteuitdagingen.DaaromtrektdeJapaneseScienceandTechnologyAgency(JST)onderhaarAdvancedLowCarbonTechnologyResearchandDevelopmentProgram(ALCA)1,5miljoeneurouitvoorhetproject:‘DevelopmentofHighEfficientSiliconThermoelectricMaterialsusingNanostructureControl’.(2)DitonderzoekvindtplaatsineensamenwerkingtussendeUniversiteitvanOsakaenhetNationalInstituteofAdvancedIndustrialScienceandTechnology(AIST).Hetlooptvan2012to2017.Doorporeussiliciumtebehandelenmeteenmengselvanzilvernitraatenwaterstof-
fluoridevormenzichnanodradenophetoppervlakvansiliciumdeeltjesmeteendiameterkleinerdanhonderdnanometer(ziefiguur2).Deelektronenbewegenmakkelijkdoordenanodraden,maardefononenhebbenmoeiteomzichdoordezedunneenwanordelijkestructuurtebewegen.Deonderzoekershebbenmetdezebehandelingdeeerstestaprichtingnano-siliciumgezet.Devolgendestapisomdeverschillendeparametersvandegroeiteverbeterenomdebestethermo-elektrischeeigenschappentekrijgen.Het
doelisomnano-siliciuminbulkteontwikkelenalsthermo-elektrischmateriaal.Hetheefteenefficiëntievanongeveertienprocenttussenkamertempe-ratuuren300°C.Ditmaakttoepassinginauto’smogelijk.Bijeengoedeimplemen-tatieinauto’skanhetterugwinnenvandoorwarmteverlorenenergietienprocentbesparenophetbrandstofverbruik.
Oxidische nanokubussen als thermo-elektrisch materiaal
Eenanderegroepmaterialendiemeerenmeeraandachtbeginttekrijgen,zijn
Figuur 2. Silicium in bulk bestaat uit deeltjes kleiner dan honderd micrometer waarop zich kleine nanodraden bevinden. De elektrische weerstand is hoog, terwijl de thermische weerstand laag is. (Bron: JST project site)
Figuur 3. Strontium titanaat (STO) nanokubussen worden gedopeerd met Niobiom (Nb:STO) voor de ‘schil’, en met lanthaan voor de ‘kern’ (La:STO). Als de opgeloste STO nanokubussen worden opgelost en vervolgens het oplosmiddel wordt verdampt, vormt zich door zelfassemblage een regelmatig patroon van STO-nanokubussen. De grensvlakken van de kubussen onderling blokkeren de warmte, maar het kwantummechanisch transport van de elektronen in de dunne Nb:STO schil houdt de elektrische geleiding hoog.
60 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamJapan | Japan onderzoekt nieuwe thermo-elektrische materialen Japan | Japan onderzoekt nieuwe thermo-elektrische materialen
oxiden.Binnendezegroepwordtstrontiumtitanaat(SrTiO3ofSTO)veelonderzocht.(3)NormaalgesprokenisSTOeenslechteelektrischegeleider.Daardoorheefthetgeengoedethermo-elektrischeeigenschappen.Maarwanneerereenkleinehoeveelheidniobium(Nb)inwordtgeïmplanteerd(Nb:STO),vertoonthetineensthermo-elektrischeeigenschappen.Hetmeestverrassendeis,dateendunnefilmvanNb:STOopeendikkerSTO-substraat,deSeebeck-coëfficiënt,hetaantalVoltdatperKelvinontstaat,vervijfvoudigt.
Bij een goede implementatie in auto’s kan het terugwinnen van door warmte verloren energie tien procent besparen op het brandstofverbruik
Eenverklaringhiervoorisdatereenzogenaamdtweedimensionaalelektrongas(2DEG)wordtgevormdindezeNb:STO-laag.Ditbetekentdatdegelei-dendeelektronen‘gevangen’zittenineendunnelaagwaarzeminderweerstandondervinden.Aangeziendeelektronennumakkelijkerdoorhetmateriaalkunnenterwijldethermischegeleidbaarheidnietverandert,gaatdeefficiëntieomhoog.HetconceptvandedunneNb:STO-laagkanookindriedimensieswordenuitgebreid.AandeUniversiteitvanNagoyadoenProfessorFengDangenProfessorKunihitoKoumotoonderzoeknaardriedimensio-naleSTO-kubussen.Zijproberennanoku-bussentesynthetiserenbestaandeuiteenkernvanSTOwaarlanthaaningeïmplan-teerdis(La:STO),meteenschilvanNb:STO.Delanthaankernisgekozenomdeelektrischegeleidbaarheidhooggenoegtehouden,terwijldeomstandighedennoggunstigzijnomeen2DEGtevormen.Vervolgenswordendezeblokkenmeteengroottevantientallennanometersineen
oplosmiddelverspreid.Ditmengselbrengendeonderzoekersopeensubstraataan.Wanneerhetoplosmiddelverdampt,rangschikkendekubussenzichdoorzelfassemblageineenordelijkedriedimen-sionalestructuur(ziefiguur3).Hetvoordeelvandezestructuurisdatdefononenmoeitehebbenmetgrensvlakken.Aangezienerveelgrensvlakkenzijndoordeaaneengeslotenkubussen,isdewarmtegeleidinglaag.Maardoorhet2DEGdatgevormdwordttussendeSTO-nanokubussenisdeelektrischegeleidinghoog.VolgensKoumoto,ishet“eenongelooflijkeuitdagingomdegecontro-leerdesynthesevanzulkekleinekubussenbeheersen.”Hetonderzoeksteamishardaanhetwerkomdeverschillendeparametersteonderzoekendiebijvoor-beeldvaninvloedzijnopdegroottevandenanokubussenendezelfassemblageomhetmateriaalzoefficiëntenstabielmogelijktemaken.Hetonderzoeksteamheeftdesyntheseendezelfassemblagealgoedonderdeknie.Hetmoetnunogonderzoekenhoehetmogelijkishetmateriaalgrootschaligengoedkoopteproduceren.Ookmoetdestabiliteitnogwatverbeteren,zodatdematerialenlangetijdmeekunnengaanenbestandzijntegenzwareomstandigheden.HetonderzoekmaaktdeeluitvaneengroterdoorJSTgefinancierdproject:DevelopmentofHigh-EfficiencyThermoelectricMaterialsandSystems.(4)Hiervoorisongeveer2,3miljoeneuro)uitgetrokkenineenperiodevan2008tot2014.VerderdoenmeedeuniversiteitvanNagoya,deuniversiteitvanHokkaido,deTokyoUniversityofSciencevanYamaguchienhetAIST.Alshetdoelvanditprojectwordtgehaald,zalerin2014eenefficiëntievanronddetienprocentgehaaldzijnbinneneengroottemperatuurbereik.MarkHuijben,directeurvanhetstrategischonderzoeksgebiedNanomaterialenvoorEnergieaandeUniversiteitTwenteonderzoekteveneensSTOenandereoxiden.Huijbenzietookmogelijkekansenvoordezematerialen.ZowordterinNederlandgeprobeerddekennisvanthermo-elektrischematerialentecombine-renmetkleineautonomesensoren.HieraanwerkendeUniversiteitTwenteenhetHolstCentrumsamen.Zulkesensoren
zoudenvierentwintiguurperdagopafgelegengebiedeninformatiekunnenverzamelenzondereenexterneenergie-bronnodigtehebben.
ConclusieDitzijnslechtsenkelevoorbeeldenvannieuwethermo-elektrischematerialeninJapan.Hetmagduidelijkzijndathetlanddezoektochtnaarthermo-elektrischematerialennietopgeeftendathetdeontwikkelingvandezecomplexemateria-lenserieusneemt.Denadrukligtnietalleenopdeverbeteringvandethermo-elektrischeefficiëntie,maarookopdeselectievangoedkope,veelvoorkomendeenschonematerialen.Eenveelbelovendewegdiewordtingesla-genisdeontwikkelingvannanogestructu-reerdematerialen.Dezestrategiekanbijverschillendesoortenmaterialenwordentoegepast,zoalssiliciumenstrontiumtita-naat.Degrootsteuitdagingnuisomdezematerialeningrotehoeveelhedenteproducerenterwijldenanostructuurintactblijft.IneenvolgendartikelzullenverschillendelopendeprojectenuitJapanwordenbehandeldwaarinthermo-elektrischematerialenwordentoegepast.Stuurvooreenuitgebreidrapportoverthermo-elektrischematerialenenapplicatiesinJapaneenmailnaarmail@nost.co.jp
Bronnen• ArtikeloverdeenergiebronvanNASA’sMars
ScienceLaboratory“Curiosity”.
• SitevoorhetJSTproject:“DevelopmentofHigh
EfficientSiliconThermoelectricMaterialsusing
NanostructureControl”.(Japans)
• K.Koumotoetal.,OxideThermoelectric
materials:Ananostructuringapproach,Annu.
Rev.Mater.Res.2010.40:363-94
• SitevoorhetJSTproject:“DevelopmentofHighly
EfficientThermoelectricMaterialsandSystems”.
• PresentatievanT.Kajikawa“OverviewofProgress
inR&DforThermoelectricPowerGeneration
TechnologiesinJapan”2012.
Meer informatieSébastienMoitzheim,RobStroeks
Email [email protected]
IA Japan
61 | Advanced Materials
Land | Artikel naamJapan | Japanse innovaties in flexibele geprinte elektronica
Japanse innovaties in flexibele geprinte elektronica
SamenvattingMetmeerdantwaalfhonderdaanwezigenwasdeInternationalConferenceonFlexibleandPrintedElectronics(ICFPE)aandeUniversiteitvanTokyoditjaareengrootsucces.(1)“Ditbevestigtdeaantrek-kingskrachtvanJapanalshetomgeavanceerdematerialengaat”,steltvoorzittervandeconferentie,professorTakaoSomeyavandeUniversiteitvanTokio.IndebiomedischesectorverwachtJapanbijvoorbeeldbelangrijketoepassingen.Prof.Someya,wereldwijdeenbelangrijkespecialistinorganischeelektronica,isvorigemaandnogaangewezenalsleidervaneennationaalproject:theSomeyaBio-HarmonizedElectronicsProject.Ookdeindustriezitnietstil.HetKoreaanseSamsunglegdedestrategieuitdiehetbedrijfzalvolgenomzogehetenzachteelektronicatemaken.Hierbijwordenhardecomponentenuitdeconventionelemicro-elektronicagecombineerdmetflexibelesubstraten.Sonyriepoptotmeeropeninnovatieomzodeuitdagingenvanflexibeleelektronicaaantekunnen.ErisaleenbelangrijkestaprichtingopeninnovatievanflexibelegeprinteelektronicagezetmetdeJapanAdvancedPrintedElectronicsTechnologyResearchAssociation(JAPERA).VanuitNederlandwarenerondermeerdeelnemersvanuitdeTUDelft,TNOenhetHolstCentrum.
InleidingOp de International conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE) aan de Universiteit van Tokyo gaven onder andere Samsung en Sony hun visie op geprinte en flexibele elektronica. Duidelijk werd dat Japan meer en meer open begint te staan voor open innovatie. Dit geldt vooral voor gebieden waar nog grote uitdagingen liggen, zoals bij de flexibele geprinte elektronica.
Micrometer printenDe interesse in flexibele geprinte elektronica valt te verklaren door de mogelijkheden die het opent. Een belangrijk voordeel is dat elektrische componenten grootschalig en goedkoop geproduceerd kunnen worden, bijvoorbeeld door gebruik te maken van roll-to-roll processen.(2) De flexibele componenten vergroten de ontwerpmogelijkheden enorm. Ook is er veel minder materiaal nodig dan bij de conventionele productie van elektrische componenten. Dit levert milieuvoordeel op.
Het Japanse bedrijf SIJ Technology heeft een printer ontwikkeld die een volume tot 0,1 femtoliter kan printen.(3) Dat is 10-15 liter, oftewel een tienduizend biljoenste liter –tienduizend keer kleiner dan de gemiddelde menselijke cel. De technologie kwam voort uit onderzoek van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). Met deze technologie kunnen verschillende vloeistoffen worden geprint, zoals geleidende en isolerende inkt of zelf biologisch materiaal zoals eiwitten. De printer kan een
lijn met een diameter van een half micrometer printen, de kleinste afmeting ooit door een commerciële printer gehaald.
Zachte elektronicaSamsungliettijdensdeplenairesessiehorenwelkestrategiehetwilvolgen.Inplaatsvanflexibeleelektronicawilhetbedrijfzachteelektronicagaanontwikkelen.Dithoudtindatergebruikwordtgemaaktvanhardechipsuitdebestaandelithografischetechnologievoorsilicium,gecombi-neerdmetflexibelesubstraten.“Doordezehardecomponentenopeenzachtsubstraatteplaatsenkunnenwedevoordelenvanbeidetechnologieënbenutten”,aldusKinamKim,presidentvanhetSamsungAdvancedInstituteofTechnology.“Debestaandesiliciumtechnologieisalverontwikkeldenveelsnellerdanwatmomenteelmogelijkismetflexibelegeleidendepolymeren.”Omdezetechnologieëntecombinerenzijnzogehetentransfertoolsnodig.Dezemoetendeverschillendeonderdelennauwkeurigophetflexibelesubstraatplaatsen.Hiervoorkunnentweeverschillendestrategieënwordentoegepast.Bijdeeerstemethodebepalenbetrokkenenopvoorhandwaarzedeonderdelenophetsubstraatzullenplaatsenenprintendeonderliggendeconnecties.Bijdetweedemethodewordendeonderdeleneerstgeplaatst,waarnaachterafdeinterconnectieswordengemaakt.
62 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamJapan | Japanse innovaties in flexibele geprinte elektronica Japan | Japanse innovaties in flexibele geprinte elektronica
Hetklinktmakkelijk,maarhetmakenvangeprinteinterconnectiesisnogeenuitdaging.Ditkomtdoordatdebenodigdemetalenzoalszilverenkopertotinktverwerktmoetenworden.Dezeinktheeftdannogaltijdeenhogereweerstanddandepurevastestofvanhetmetaal.Ditmaakthetlastigeromefficiënteapparatentemaken.Erwastijdensdeconferentiedanookeenapartesessiegewijdaangeleidendeinkt.
Someya Bio-Harmonized Electronics Project
EenbelangrijketoepassingvanflexibeleelektronicadieSamsungvoorzietbetreftbiomedischeapplicaties.Kimlegdeuitdatdeverwachtegroeivanflexibeleelektro-nicatotnutoenoglangnietgehaaldis.Debiomedischesectorzoudedrijvendekrachtvoorgroeikunnenzijn.Japanheeftditookingezien.DeJapaneseScience&Technologyagency(JST)heeftmethetfondsExploratoryResearchforAdvancedTechnology”(ERATO)inaugustusditjaarhetSomeyaBio-HarmonizedElectronicsProjectgefinancierddattotmaart2017zallopen.(4)ProfessorTakaoSomeyavandeUniversiteitvanTokyo,tevensvoorzittervandeICFPE,zalditprojectleiden.
De printer kan een lijn met een diameter van een half micrometer printen, de kleinste afmeting ooit door een commerciële printer gehaald.In Japan krijgt het thema open innovatie steeds meer aandacht.
Flexibeleelektronicaisdoordezachtestructuuruitermategeschiktvoorkoppelingaanbiologie.Ditbiedtdemogelijkheidomelektrischeenchemischesignalentemetenendezeinformatiete
gebruikenomdetoestandvanhetlichaamtebepalen.Ditkanhandigzijnbijziektenwaareenconstantmonitoringvanbepaaldestoffenbelangrijkis,zoalsbijvoorbeeldglucosebijdiabetes.
Open innovatieHetontwikkelenvannieuwetechnolo-gieënwordtmeerenmeereenuitdaging.“Detechnologievoorvideorecordersvereistehoogstenstientallenpatentenvaneenpaarbedrijven.TegenwoordigiseentechnologiezoalsBlu-Raygebaseerdop
ruimdrieduizendpatentenvanzestigverschillendebedrijven.Hierdoorishetmoeilijkergewordenomietsnieuwsteontwikkelen”,legdeRyojiChubachi,vicevoorzittervanSony,uit.OmditprobleemoptelossendeedChubachieenoproeptotmeeropeninnovatie.HijnoemdeCERNalseensuccesvolvoorbeeldvanhoeopeninnovatiekanleidentoteenprachtigresultaat,zoalsinditgevaldebevestigingvanhetbestaanvanhetHiggsbosondeeltje.InJapankrijgthetthemaopen
Figuur 1. Concept van een zachte chip. Sommige componenten kunnen direct in de flexibele film worden gemaakt, andere maken gebruik van conventionele lithografische technieken. Door de harde componenten op het flexibele substraat aan te brengen en vervolgens te koppelen kan een flexibel apparaat gemaakt worden.
Figuur 2. De onderwerpen die onderzocht zullen worden voor het Someya Bio-Harmonized Electronics Project. (Bron: Projectsite)
63 | Advanced Materials
Japan | Japanse innovaties in flexibele geprinte elektronica
innovatiesteedsmeeraandacht.ZoissindskortdeTsukubaInnovationArena(TIA-nano)opgerichtdieonderzoekdoetinnanotechnologie.(5)TIA-nanoheeftdaarinzeskerndomeinenvastgesteld(ziefiguur3).Ditinitiatief,waarvanChubachibestuurs-lidis,promootopeninnovatieencombineertverschillendeinstitutenzoalshetNationalInstituteforMaterialsScience(NIMS),deuniversiteitvanTsukubaendeHighEnergyAcceleratorResearchOrganization(KEK).TIA-nanowordtondersteunddoorzowelMETI,hetMinisterievanEconomischeZakenalsdoorMEXT,hetMinisterievanOnderwijs.TIA-nanoisopenvooriedereendiewilbijdragenaankenniseninnovatiedoor
middelvannanotechnologie.
Omdekrachtentebundelenisinmaart2011eenopeninnovatieassociatieopgericht:deJapanAdvancedPrintedElectronicsTechnologyResearchAssociation(JAPERA).(6)Hierdoenmomenteelal31Japansebedrijveneninstitutenaanmee(zietabel1).Japanwilhiermeezijninternationaleconcurrentie-positieversterkenomgoedkoop,snelenefficiëntflexibeleelektronicatekunnenprinten.JAPERAwildevroegecommercialiseringvangeprinteelektronicaverwezenlijkendoorproductietechnologieteontwikkelen.HetneemtdeelaanhetdoordeNew
EnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization(NEDO)gefinancierdeprojectDevelopmentofMaterialsandProcessTechnologyforAdvancedPrintedElectronics,datlooptvan2011totenmet2016.Hiervooris23,7miljoeneurobeschikbaar.
HetNEDO-projectwaarJAPERAzichmeebezighoudtheefthoofdzakelijkvierdoelen:• Deontwikkelingvandetechnologieom
continuzeerflexibeleelektronischesubstratenteprinten;
• DeontwikkelingvandematerialenenprocestechnologievoordeproductievangeavanceerdegeprinteTFT(dunnelaagtransistor)matrices;
• Printmethodentoepassenomelektro-nischpapiertemaken;
• Printmethodentoepassenomflexibelesensorentemaken.
Nederlandse deelnameTijdensdeICFPEwasNederlandonderanderevertegenwoordigddoorTNOenhetHolstCentrum.HetHolstCentrumiseenopeninnovatieplatform,vergelijkbaarmetTIA-nanoenJAPERA.Hetdoetveelonderzoeknaarflexibeleelektronicametverschillendepartijenvanuitdeuniversi-tairewereldendeindustrie.Deonder-zoeksonderwerpenlopenuiteenvanroll-to-rollprintentotdeontwikkelingvanspecifiekematerialendienodigzijnvoordeproductievanflexibelegeprinteelektronica.HetHolstCentrumwilonderandereverschillendemogelijketoepassin-genverkennenwaarinflexibeleelektronicagebruiktkanworden.(7)TijdensdeICFPEpresenteerdeGerwinGelinck,managervanhetOLED-displayprogramma,hetonderzoekvanhetHolstCentrumomflexibeleelektronicatoetepasseninRöntgendetectorfolies,smartlabelsenzonnepanelen.ProfessorRyoichiIshiharavandeTUDelftwasalslidvandeICFPE-organisatieverantwoordelijkvoordeEuropeserelaties.InNederlandheeftIshiharabijgedragenaanderoadmapPrintingvoordetopsectorHighTechSystemenenMaterialen(HTSM).(8)ZelfisIshiharainsamenwerkingmetProfessorShimodavanhetJapanAdvancedInstituteofScienceandTechology(JAIST)
Figuur 3. De zes kerndomeinen waar TIA-nano zich op focust: nano-elektronica, power electronics, nano-MEMS, nano-groen, koolstofnanobuizen en nano-materiaalveiligheid. JAPERA
Figuur 4. De voordelen en voorbeelden van flexibele en geprinte technologieën door JAPERA.
64 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamJapan | Japanse innovaties in flexibele geprinte elektronica Japan | Japanse innovaties in flexibele geprinte elektronica
bezigmetonderzoeknaarvloeibaarsilicium.(9)DitmaakthetmogelijkomsiliciumdirectteprintenombijvoorbeeldTFTsteproduceren.VolgensIshiharaisdeICFPEeengoedeplekvoornieuwecontactenenpartnersomprinttechnolo-gieënverderteontwikkelenendezetecommercialiseren.
ConclusieHetgroteaantaldeelnemersmaaktdeJapanseaandachtvoorhetthemaflexibeleelektronicaduidelijk.“Metmeerdan1250deelnemersisditevenementeengrootsucces!”,steltvoorzitterSomeyatrotsvast.DetweeeerdereICFPE-conferentiesinZuid-Korea(2009)enTaiwan(2010)warenmet350en400deelnemersveelkleiner.VolgensSomeyaisdegroteaandachtvoordezeeditietedankenaandesterkepositievanJapanophetgebiedvanmaterialen.DaaromheeftJapanveeltebiedenwatbetreftdebenodigdemateriaalkennisvoorflexibelegeprinteelektronica.DevolgendeICFPEzalin2013weerinKoreawordengehouden.
Bronnen• Sitevan“The2012International
ConferenceonFlexibleandPrintedElectronics”.
• Artikeloverhet“roll-to-roll”process.• InformatievanSIJTechnology.• Sitevanhet“SomeyaBio-Harmonized
ElectronicsProject”(Japans).
• SitevandeTsukubainnovatieassociate(TIA-nano).
• Sitevandeopeninnovatieassociate“JapanAdvancedPrintedElectronicsTechnologyResearch.
• Nieuwsbericht“HolstCentreandimeclaunchresearchprogramonflexibleOLEDdisplays”,17januari2012.
• RoadmapHTSM“printing”.• Nieuwsberichtoverspincoatenvan
Vloeibaarsilicium,28februari2012.
Meerinformatieviadewebsite,onderIAJapanbeschikbaar.
Meer informatieSébastienMoitzheimenRobStroeks
IA Japan
Tabel: Open innovatiepartners in JAPERA, per 1 september 2012
65 | Advanced Materials
Land | Artikel naamJapan | Nano is big in Taiwan
Nano is big in Taiwan
SummaryIn2003theTaiwangovernmentembarkedonasixyearNationalProgramofNanoTechnology(NPNT).Itsupportsacademiaandindustrytodiscoverandmastertheopportunitiesnanotechnologyisofferingtoimproveandinventnewmaterials,devicesandproducts.In2008thegovernmentapprovedthesecondphaseofNPNTfortheperiod2009to2014.In2009theNationalScienceCouncilstartedtheNanotechnologyBridgeProgramforNPNTasaparallelbutindependentprogram.Thisprogramispromotingthevalueofnanotechnologiesandisstimulatingthedevelopmentofemergingindustries.DuringthepastdecadeNPNTcreatedseveralcoreresearchfacilitiesatnationaluniversitiesandtheIndustrialTechnologyResearchInstitute(ITRI)becameatopinstituteforindustrialnanoR&Dandapplications.TheamountofTaiwanesecompaniesapplyingnanotechnologyisgrowing.SomedevelopedintokeyplayersinTaiwan,likeTSMC,UMCandXinNanoMaterials.ProductcertificationwithnanoMarkhelpscompaniestolaunchtheirproductsonthemarket.
IntroductionIn its 2009 White Paper on Taiwan Industrial Technology, the Ministry of Economic Affairs (MOEA) focuses on the integration of chemistry, materials science and nanotechnology for developing new materials and innovative applications to aid Taiwan’s electronics, semiconductor, information, communica-tion and optoelectronics industries. Since then the main R&D areas are energy, biomedical , display, electronic and eco-friendly materials.(1)
BackgroundAlreadyinDecember2000theTaiwangovernmentwasshapingnanotechnologypoliciesduringtheannualmeetingoftheScienceTechnologyAdvisoryGroup(STAG)oftheExecutiveYuanandinJanuary2001intheNationalScience&TechnologyConference.InJune2002asixyearNationalProgramofNanotechnology(NPNT)wasapprovedbythecabinet-levelNationalScienceCouncil(NSC).Undertheguidanceoftwenty-fiverepresen-tativesfromtheSTAG,theNSC,theAcademiaSinica,theMinistryofEducation,theIndustrialTechnologyResearchInstitute(ITRI),theMinistryofEconomicAffairs,theAtomicEnergyCommission,theEnvironmentalProtectionAgencyandothers,NPNTstartedinJanuary2003.
National Program of Nanotechnology (NPNT)ThefirstphaseofNPNTwascarriedoutforacceleratingthetrainingofmanpowerfornanotechnologyresearchandbuildingasolidbaseofcoreresearchfacilitiesfornanotechnologydevelopmentinTaiwan.Soby2005theSTAGindicatedinanIndustrialTechnologyStrategyMeetingthattheTaiwanesegovernmentshould
activelyparticipateinthedevelopmentofnanotechnologytoacceleratecreatingindustrialbenefitsandtomakeTaiwanthemostimportantR&Dcentreofnanotechnology.ThemeetingalsodevelopedguidelinesforthenextphaseoftheNPNT.
ThesecondphaseofNPNTwasapprovedinApril2008;againforaperiodofsixyearsfrom2009to2014.TheaimoftheprogrambecamethestrengtheningofgovernmentresourcesforthedevelopmentofnanotechnologyfordomesticTaiwaneserelatedindustrieswiththepurposetorealize“NanotechnologyIndustrialization”.Taiwan’sgoalistoturntheresultsofR&DintoindustrialapplicationsandcompetitivenessandtocreateafoundationforTaiwan’shigh-techindustries,accordingtotheprogram’sdirectorDr.WuMaw-kuenoftheInstituteofPhysicsoftheAcademiaSinica.(2)
ThefirstphasestartedwithalmostUS$600million(2003)infunding.FundingofthesecondofNPNTamountstoUS$726million(2008).Duringthefirstphasemorethan4,000sciencepapersand120patentshavebeenpublishedandeighttop-notchresearchteamswereinitiated.Tiesbetweenindustry,universitiesandresearchinstituteshavebeenreinforced.
Research scope of Phase II NPNTBasicresearchinPhaseIIisconcentratedonseventopics:• Newnano-catalystsandenzymes;• Nanointerfaceresearch;• Nanoelectronicsandoptoelectronics;
66 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamJapan | Nano is big in Taiwan Japan | Nano is big in Taiwan
• NewInstrumentsfordevelopingnanostructuresandmeasurements;
• Cutting-edgebiomedicaloptoelectronics;
• Environmental,healthandsafetystudiesfornanomaterials;
• Fundamentalmaterialsresearchinnanoelectronics,nanophotonics,bioelectronics,molecular-electricandoptoelectronics.
AppliedresearchinPhaseIIisconcen-tratedon:• Medicalapplicationssuchasdrug
delivery,radiationtreatment,celltherapy,tissueengineeringanddisease-orientednanotechapplications.
• Agriculturalapplicationssuchasnanoorsubmicronmaterials,watertransmis-sionsystems,identificationandtrackingsystems.
• Nano-electronics,amongotherthingsspin-FET,optoelectronicswithnano-CMOS,semiconductormemorieswith45/22nmnode,RRAM,3D-ICtechno-logy,nano-optoelectronicsfeaturingnano-LEDandflexibleelectronics.
• Energyandenvironmentaltechnology:newgenerationsolarcells,nanomateri-alsforfuelcellsandenergystoragesystems,powergenerationandthermoelectriccooling,nanoenviron-mentallyfriendlymaterials.
• Nanomaterialsandtraditionalindustries(functionalnanocomposites,multifunctionalnano-hybridmembranes,nanoporousmaterials,inorganicnano-films,nano-structuredfibers).
Additionalactivitiesinclude:• Legalaspectssuchasaregulatorysystem
fornanomedicineandnanofood.Alsointernationalstandardsandacounsel-lingsystem.
• Instrumentsfornano,includingdeveloping,building,operatinghighlyadvancedtools,nanomeasurementstandards,education,trainingandskillsdevelopment.
• TheMinistryofEducationinitiatesEnvironment,HealthandSafety(EHS)research,manpowertraining,standardsandthepromotionofnanoMarkcertification.
Nanotechnology Bridge Program for NPNTIn2012almostallthefundinghasbeencommittedandmanyprojectsarerunning.In2009NSCstartedthenationalNanotechnologyBridgeProgramforNPNT.Itaimsatthepromotionofthevalueofnanotechnologiesandthestimulationofthedevelopmentofemergingindustriesasaparallelbutindependentprogram.Elementsofthisprogram’smissionaresettingupaninventoryontechnologiescreatedbyNPNTandpreliminarymarketassessment,strategicplanningforR&Dachievementsandthepromotionofnanotechnologyforcommercialization.
NPNT Goals and Results• Thefirstpartofthe“NTNPBuildand
ShareCoreFacilitiesProject”wasgearedtocreatingcorefacilitiesforacademicresearch,including(seefigure.1):
• Developmentofstate-of-the-artresearchtoolsfornano-scienceandtechnologyatAcademiaSinica;
• CenterforMicroscopyandNanoAnalysis(asubdivisionunderCenterforNanoScience)attheNationalTaiwanUniversity;
• CoreFacilityforNanoFabricationandNanoCharacterizationattheUniversity
SystemofTaiwan;• AninfrastructureProjectofthe
NanoscienceandTechnologyCenterinCentralTaiwan;
• TheestablishmentofcorefacilitiesfortheSouthernTaiwanNanotechnologyResearchCenter(STNRC);
• AcorefacilityforNanoLithographyandNanoBiotechnologyattheUniversitySystemofTaiwan;
• TheNanoLaboratoryfortheKaohsiungandPing-TungAreas;
• TheNanoScienceandTechnologyResearchCenterinEasternFormosa.
Thesecondpartfocusesoncorefacilitiesforindustrialapplication.SincenanoR&Drequiresclosecollaborationbetweenindustries,academicaandinternationalnetworks,theuseofcorefacilitiesistargetedatcross-fieldcooperation.Onthisbasis,ITRIhassetuptheNanotechnologyResearchandDevelopmentCenteronJanuary16,2002,andhascompletedtheconstructionoftheNanoCommonLaboratory.Otherrelatedcorefacilitiesare:theNationalNanoDeviceLaboratories(NDL)andNationalSynchrotronRadiationResearchCenter(NSRRC).
Figure 1. Taiwan’s major nano facilities
67 | Advanced Materials
Japan | Nano is big in Taiwan
TheTaiwaneseindustryamassedalmostUS$10billion(2008)inthefiveyearsbefore2008asaresultofthefirstsixyearNPNTprogram,accordingtoanofficialoftheCouncilforEconomicPlanningandDevelopment(CEPD).(5)MorethaneighthundredTaiwanesemanufacturersusenanotechnologyinonewayoranother.Theyaremainlyactiveintheelectronicindustriesbutalsoinmoretraditionalindustriesliketextiles.
Taiwan Nano ExhibitionNPNTorganizesdemonstrationsoftheachievementsoftheprogram.Thenext(10th)exhibitionwillbebetweenOctober3rdand5thattheTaipeiWorldTradeCenter.Duringthisventuretwohundredboothwelcomeclosetofifteenthousandvisitors.Government,foreignanddomesticindustriesshowcasetheirtechnologieshere.(6)
Foranoverviewofthekeyplayerssee:thisarticleonInnovatieAttachéNetwerk,NanoisbiginTaiwanPart2Annex.
Sources• WhitePaperonTaiwanIndustrialTechnology,
1995-2012.
• NationalProgramofNanotechnology(NPNT).
• Environment,HealthandSatety(EHS)research.
• NanotechnologyBridgeProgramforNPNT.
• NanotechnologyproductsearnTaiwanNT$300
billion.NanotechnologyproductsearnTaiwan
NT$300billion
• TaiwanNanoExhibition,Oct.3-5,2012.
More informationPaulopdenBrouw
Email [email protected]
IA Japan
68 | IA Special | november 2012
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsJapan | Nano is big in Taiwan Japan | Alternative sub-sea sources for minor metals and rare earths
Alternative sub-sea sources for minor metals and rare earths
SummaryJapanissearchinganddevelopingnaturalresourcesunderthesea.Oneofthegoalsfornaturalresourcedevelopmentistocommercializesea-floorhydrothermaldepositsinexclusiveeconomiczones(EEZ)by2018–2019.Thisisdonetosecureanalternativesupplyofminormetalsandrareearths.Japanistryingtobecomemoreindependentfromimportednaturalresourcesbecauseofagrowingconcernfor‘resourcenationalism’andincreasingprices.Preliminaryresearchtograspdistribution,quantitiesandlocationofnaturalresourcesisnecessarybeforeadevelopmentprojectcanbelaunched.Toincreasetheenergypaybackratioonnaturalresourcedevelopment,newtechnologiesarebeingstudied.
IntroductionHigh-technology industries currently use minor metals and rare earths as essential components of their products. For example, the Netherlands is a huge importer of cemented carbide, made of minor metals such as tungsten (wolfram, W) and tantalum (Ta). 73 % of all cemented carbide exported to EU, amounting to a worth of 520,000,000 U.S. dollars, went to the Netherlands in 2009. W is used, for example, for miniature drills to make tiny holes for use in miniaturi-zed electric devices. Ta is used in fuel cell, solar batteries and semiconductors. Japan supplies 71% of the EU imports of cemented carbide. Although Japan exports some processed minor metals, it also highly depends on importing minor metals and rare earths.
Importingminormetalsandrareearthsfromasinglesource,China,isnotgoodforstableeconomicgrowth.Thisgoesespeciallyforhightechindustriesbecausesuppliers’policiescanhaveahugeimpactonthedevelopmentandevenexistenceoftheseindustries.ChinaforinstancecontrolstheexportofWbyimposingtax,limitingtheexportvolumeandsettingminimumexportprizes.NegotiatingandappealingtotheWorldTradeOrganization(WTO)aretwoofthedirections
tosolvethisproblem.Searchingforalternativesourcesisanotherdirection.
Japanstartedtosearchfornaturalresources,includingminormetalsandrareearths,undertheoceanintheirEEZtodiversifythesupplyofnaturalresources.ThisactivityisoneofthetargetedareasofthenationalplansoncleveruseofmarineresourcesendorsedbytheJapaneseDietin2008.Findingandestimatingcommerciallyviableprovenreservesofhydrothermaldepositsfromthevastseafloorsisaprioritytoconducttheplansuccessfully.Newmaritimetechnologiesareinventedtoguaranteesuccess.
Sea-floor hydrothermal depositThelocationofsea-floorhydrothermaldepositsisassociatedwiththevolcanicactivityinforinstancetheoceanicridge.Thesedepositsareformedinseveralsteps.First,seawaterseepsthroughundertheoceaniccrustanditisheatedbymagma.Thenvarioustypesofmetalsintheoceaniccrustdissolveintotheheatedseawater(270–350°C).Whenthisheatedseawaterisspewedintothebottomoftheoceanagainthrough‘chimneys’,itisrapidlycooledbythesurroundingcoldseawater.Themetalsarethendepositedontheseafloor.Sea-floorhydro-thermaldepositscontaintypicallyzinc(Zn),copper(Cu),lead(Pb),gold(Au),andsilver(Ag).Theratioofdepositedmetalsdependsonthegeologicalcharacteristicsofthedepositsite.Sea-floorhydrothermaldepositsites,discoveredwithintheEEZofJapanby2004,weremainlylocatedintheIzu-OgasawararegionsandintheOkinawaregion(Fig.1).Thesedepositswerecharacterizedbyblackorewithvariousvaluableelementssuchaszincsulfide(ZnS),leadsulfide(PbS)andChalcopyrite(CuFeS2).Vertically,theyarelocatedinrelatively
Figure 1. Locations of sea-floor hydrothermal deposits in EEZ of Japan (MEXT)
69 | Advanced Materials
Japan | Alternative sub-sea sources for minor metals and rare earths
shallowwater,from700to1,600metersdeep.Thisisshallowcomparedtoothernaturalresourcessuchasmanganesenodules,typicallyfoundat4,000to6,000metersdepth.
Steps forward Tocommercializesea-floorhydrothermaldepositsin2018-2019isagoaloftheproject“BasicPlanonOceanPolicy”endorsedbytheJapanesegovernmentin2008.Twomajorstepsareneededbeforethedevelopmentofnaturalresourcescantakeplace.Thefirststepisinvestigationinthefieldandthenextstepisassessmentofthedataobtainedinthefieldinthefirststep.
Duringthefieldinvestigationlargeareasareroughlycoveredtofindthecandidatesfordevelopmentsites.Sonarisprimaryusedaswellasgravitationalprospecting,magneticforceandseismicphasetogetseabedinformation.Thensedimentsamplesarecollectedtobeanalyzedinalaboratory.Ifnecessary,sampledrillingisconductedtoobtainsedimentsamples.Afterselectingoptimalcandidatesbasedonavailabilityofresources,assessmentwillbeconductedfromtheeconomical,environmental,andtechnicalpointsofview.Thevolumeisgenerallyakeyfactortodeterminewhetheradevelopmentprojectwillbelaunched.Largerprovenandcommerciallyviablereservesbringahigherenergypaybackratiobecauseofrelativelyreducedextractioncosts.InJapan,noneofthecommercialdevelopmentsofsea-floorhydrothermaldepositshasstartedyet.Currently,effectivewaystoselecttheoptimaldevelopmentsitesareinvestigated.Technologytoactuallyretrievesea-floorhydrothermaldepositshasnotyetbeendeveloped.In2012,quitesubstantialgovernmentfunds,upto60,000,000yenforoneresearchtheme*,wereimplemen-tedforeffectivetechnologiestograspthelocation,volume,andqualityofsea-floorhydrothermaldeposits.However,commer-cializationofminingsitesisreportedlydelayedbecauseon-siteexperimentsofrelatedtechnologieswerelimited,mostlyduetotheunavailabilityofresearchvessels
(NikkeiJune,5,2012).Nonetheless,researchersarestrivingtoconquerthedifficulties.Thereareseveralmaritimetechnologiesasoptionsforsea-floorhydrothermaldepositdevelopment,beinginventedandawaitingcommercialuse.
Wide-range Survey Technology3D image of the sea floor
Advancedthreedimensionalseismicprospectingdescribesdepthsoflayersandstructuresintheseafloor.Seismicprospectingusesairgunstocausepressurewavesinthewater.Thereceiversdetectthereflectionofthesewavesafterhittingthelayersintheseafloor.Thedifferencesbetweenseveralreceivedwavesindicatethedifferentcharacteristicsoftheseafloor.Thishelpstocreate3Dpicturesofthelayersintheseafloor.Foraclear3Dpicture,aresearchvesseltagsmultiplereceptioncablesanddetectsreflectedwavesinmultipledirectionsbyorchestrat-ingthepositionsofreceiversandtheairgun(Fig.2).Byremovingnoisefromthedataandbyothermanipulationseventu-ally3Dimagesoftheseafloorarecreated(Fig.3).
Figure. 2. Image of 3D geophysical prospecting (tows multiple cables) (JOGMEC)
Figure. 3. 3D images of the sea-floor (JOGMEC)
The use of Hg and its isotopesAnothertechnologytodetectsea-floorhydrothermaldepositsusesanmercury(Hg)detector.Mercuryisemittedfromsea-floorhydrothermaldepositstothesurroundingarea,whichcanbeacluetolocatethesea-floorhydrothermaldeposits.Hgmapssuggestingtheexistenceofsea-floorhydrothermaldepositscanbecreatedbymeasuringtheconcentrationofHginwatersamplescollectedinawidearea.Atthesametime,analyzingtheratioofisotopicHginsulfideprovidestheinformationofcharacteristics(neworold)ofthesea-floorhydrothermaldeposit.Onlyoldandinactiveareaswouldbecandidatesfordevelopment,becauseactiveandnewlycreatedhydrothermaldepositsareusuallyassociatedwithrareecosystemsonearthwithpotentiallyvaluablechemicalsorgenes.Theseshouldnotbedisturbedbyexploitation.Prof.KatsumiMarumooftheUniversityofToyamaisoneofleadersofthisproject.
Autonomous Underwater Vehicle (AUV) and Robot TechnologyYume-iruka, AUV
AnAUVisusedtogetinformationfromalargearea.Yume-iruka,JapanesefordreamdolphinisanAUVthatiscreatedbyJAMSTEC.Itisabletomoveattwotothreeknotsandsearchesfornaturalresources(Fig4).Yume-irukaisfivemeterslongandisabletodiveto3,000meters.Ithaspanelstostabilizeitsbodyonbothtailandhead,whichalwaysenablesYume-irukatopointasonartotheobject,whichistheseafloor.Itcanmovealongwithbumpyseafloorsanddetectssedimentsurfacesuptothirtymetersbelowitself.Yume-irukaisalsoabletosenseboilingseawater,a
Figure 4. Yume-iruka produced by JAMSTEC (Sankei)
70 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamJapan | Alternative sub-sea sources for minor metals and rare earths Japan | Alternative sub-sea sources for minor metals and rare earths
typicalsignatureofhydrothermalactivities.Thedevelopmentcostswereabout8,000,000euro.
UnRE#2, marine robotAfterwide-rangesearchfornaturalresources,graspingthedetailedconditionsofcandidatedevelopmentsitesisessential.JAMSTECisdevelopingrobotsthatobtainthedetailedenvironmentalinformationsuchasthepHandCO2concentrationveryclosetotheobjects.UnRE#2,oneoftherobots,isabletomoveat0.5tooneknotandtomovejustabovetwometersfromthebottomoftheocean(Fig.5).Itsloadisastereo-visioncamerathatisabletomeasuredistanceandthreedimensionalpositions.Inaddition,ithasamanipulatortoworkatthebottomofthesea.ResearcherscancontrolUnRE#2fromaresearchvessel.
Figure 5. Created image of marine robots, UnRE#2 (JAMSTEC)
On-Site Analysis TechnologyLaser induced breakdown spectroscopy (LIBS)
Currently,drillingtheseafloorisamainstreammethodtoconfirmsea-floorhydrothermaldepositsonandundertheseafloorsurface.Ittakesenormousamountsoftimeandbudgettoextractandanalyzesamplestoestablishthevolumeofadeposit.Thereforetherearetechnologiesunderdevelopmenttoestablishthesizeofsea-floorhydrothermaldepositsonandundertheseafloorwithoutdrilling.
OneresearchteamoftheInstituteofIndustrialScienceattheUniversityofTokyo,isdevelopingatechnologyofon-siteanalysisofsedimentsamplesatadepthofupto3,000metersunderhighpressure.TheyuseLIBSwhichshootsastronglaserpulsetotheobjectsandcreatesplasma(Fig.6).Byanalyzingthese
plasmaswithaspectro-photometer,itbecomespossibletodetectwhatelementstheobjectcontains.Itanalyzeselementsbothinsolidsandliquids.ThisLIBSwillbeloadedonanAUVandcreateamapofthedistributionofsea-floorhydrothermaldeposits.Thisquickanalysisprovidesinformation,whichcanbeincorporatedintoon-goingresearchplansandschedu-lesatlowcost.Optimalconditionstobeamlasersandtodetecttheemittedplasmasunderhighpressureneedtobestudiedfurther.Inaddition,miniaturiza-tionofthedeviceisalsorequestedtobeloadedonanAUV.
Figure. 6. images of LIBS and analysis on the site (MEXT)
ConclusionCommercializationofsea-floorhydrother-maldepositsseemstobeagreatopportu-nity:economicallyfortheprivatesector,scientificallyforresearchers,andpoliti-callyfortheJapanesegovernment.However,thegoalofcommercializationisstillfaraway.Thequantitiesofsea-floorhydrothermaldepositsthatwerealreadydiscoveredarestillnotunderstoodcorrectly.Beforecommercialization,severalstepswillhavetostillbeworkedout,suchaslargeareasearching,spotsearching,environmental/economical/technicalassessments,extractionandrefining.Allthesestepsrequireadequatedevices,includingcomputermodelstopredicttheenvironmentalimpactasaresultofthedevelopmentofsea-floorhydrothermaldeposits.Althoughthisgoalisstillfaraway,relatedtechnologiesalreadyproducedandbeingdevelopmentinprojectsaredefinitelyuseful,evenforotherpurposes.Realizationandimple-mentationofthesemaritimedevicesareeagerlyawaited.
Sources• MEXT:http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/
dokuritu/005/005g/siryo/__icsFiles/afield-
file/2012/05/15/1314368_09.pdf
• JOGMEC:http://www.jogmec.go.jp/
• JOGMEC:http://www.jogmec.go.jp/
• MSNSankeiNews:http://sankei.jp.msn.com/
science/news/120405/scn12040520550003-n1.htm
• JAMSTEC:http://www.jamstec.go.jp/j/
• MEXT:http://www.mext.go.jp/b_menu/boshu/
detail/__icsFiles/afieldfile/2012/04/11/1319677_1.
• *http://www.mext.go.jp/b_menu/boshu/
detail/__icsFiles/afieldfile/2012/04/11/1319677_1.pdf
More informationKugakoSugimoto,
Email [email protected]
IA Japan
71 | Advanced Materials
Japan | Yttrium uit Japans zeebodemslib?
Yttrium uit Japans zeebodemslib?
SamenvattingJapanseonderzoekerszeggeneengrotehoeveel-heidaanyttriumenanderezeldzameaardmetalentehebbengevondeninslibopdezeebodemrondMinami-Torishima,eeneilandtweeduizendkilometertenzuidoostenvanTokio.HetisvoorheteerstdaterindeJapanseexclusieveeconomischezone(EEZ)eendergelijkehoeveelheidaanzeldzameaardmetalenisontdekt.DevondstkrijgtveelaandachtomdathetafhankelijkheidvanChinakanverkleinen.Chinaheefteenbijnamonopolie-positiealsexporteurvandeschaarsemetalenenlegtdeuitvoerervansteedsmeeraanbanden.Japanheeftalsgrootafnemerdaardoorsteedsmindercontroleopstabieleaanvoerervanvoorverwerkinginonderdelenenproducten.
DetailsBerekeningendieProfessorYasuhiroKatovandeUniversiteitvanTokyo(*1)maakteopbasisvanboringen,wijzenuitdaterbijnazevenmiljoentonaandysprosiumenanderezeldzameaardeninhetbodemsliprondheteilandaanwezigkanzijn.Datis230keerdejaarlijksehoeveelheidvandertigdui-zendtondiehetlandconsumeert.Katokomttotdezeconclusiedoordehogeconcentratiesinhetslib,vooryttriumgemiddeldduizendppm(partspermillion),verspreidovereengrootgebiedvanmeerdanduizendvierkantekilometer.Hetslibwaarindeconcentratieswerdengevondenisop
verschillendeplaatsenbijnatienmeterdik.DevondstbijMinami-Torishimabetekenteenbevestigingvaneerdereonderzoeken.Kato,oudpresidentvanhetmarinekennisinstituutJamstec(*2),richtzichallangeropbodemslibingrotedelenvandeStilleOceaan.Vorigjaarhadzijnteamdepotentiehiervanalaangegevendoordeverdelingvanbodemslibendaarinaanwezigeelementeninkaarttebrengen(*3).Hetonderzoeksteamzietgrotevoordeleninslibdiezeldzameaardmetalenbevatten.Deelementenzijneenvoudigertevindenentebergendanhetgevalismetdegangbarevormenvansedimentdiewordengeëxploiteerd,zoalsinhydrothermaleneerslagofmangaankorsten.Eenandervoordeelisdathetslibbijnageenradioactieveelementenbevat,zoalsuraniumofthorium,diedebergingvandezeldzameaardmetalencompliceren.
Katopleitdanookvoordeontwikkelingvantechnologieomhetslibuitdekilometersdiepezeeinhetgebiedtebergen.DeonderzoekersvoorzienookeenaanpassingvandeDeepSeaResourceStrategy,diezichvooralrichtteopkobaltenandereelementeninmangaanknollen.
Bronnen• YosuhiroKato:www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/faculty/t_
meibo/07131921.html
• Pressrelease:www.t.u-tokyo.ac.jp/etpage/
release/2011/070401.html
• Jamstec(JapanAgencyforMarine-EarthScienceand
Technology):www.jamstec.go.jp/e/index.html
Meer informatieRobStroeks
Email [email protected]
IA Japan
Figuur Exclusive economic zone, Red Dots indicate….found
72 | IA Special | november 2012
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsJapan | Yttrium uit Japans zeebodemslib? Japan | Hitachi ontwikkelt motor zonder zeldzame aardmetalen
Hitachi ontwikkelt motor zonder zeldzame aardmetalen
SamenvattingHetJapanseHitachiheefteenindustriëlemotorontwikkelddiegeenzeldzameaardmetalenbevat.HitachiIndustrialEquipmentSystemsCo.,Ltd.ontwikkeldeeenmethodeommetallischglas(amorfmetaal)doorinstant-bevriezingtelatenstollen.Demethodeisgoedkoopenhetresultaatheefteigenschappendievergelijkbaarzijnmetde(kristallijn)zeldzameaardmetalendieinhethartvandemotorwordengebruikt.
DetailsDe11kWaxial-gapmotorheefteenvermogendatvergelijkbaarismetconventionelemotorenvandezelfdedimensies.Demotorisontwikkeldvoordemarktvanindustriëlepompenenventilatorenintunnels.Deprestaties,aldusHitachi,liggenmet93procentefficiencyinhetbereikvandehoogsteinternationalenormenvandeIEC(InternationalElectrotechnicalCommission).Hitachiverwachtdatdemotorin2014commercieelwordt.Hitachiheeftallangergeïnvesteerdindeontwikke-lingvandemotor,deelsmetondersteuningvandeoverheid(NEDO).Demotivatiewasineersteinstantieomeenmilieuvriendelijkemotorteontwikkelen,maarsinds2008richtHitachizichsteedsmeeropdeontwikkelingvanrare earthvrijeproducten.Hetbedrijfspeeltdaarmeeinopdegroeiendevraagnaaroplossingenrondzeldzameaardmetalen,waarvanChinadeexportdelaatstejarenaanbandenheeftgelegd.Chinalevertongeveernegentigprocentvandezeldzameaardendiewereldwijdwordengebruikt.Japaniseenvandegrootsteafnemersvandezeelementen,enverwerktzeincomponentenenonderdelenvoorproducentenbinnenenbuitenJapan.Japanisdaarmeeeenvandegrootsteexporteursvandezeonderdelen.Omdeinternationaleconcurrentiepo-sitietebehoudenisJapandanookerggevoeligvoorschommelingeninhetaanbod.DeChinesebeperkingenenprijsverhogingenvanzeldzameaardmetalenhebbeninJapangeleidtotinnova-tieveinvesteringenomhetgebruikvanzeldzameaardmetalenteverminderenenzoveelmogelijktevermijden.Ookinvesteerthetlandinrecycling:inhetindustriëleprocesofomproductenalsmobieletelefoonsnagebruikweerintezamelen(urban mining).
Bronnen• HitachiIndustrialEquipmentSystemsCo.,Ltd:
www.hitachi-ies.co.jp/english
Meer informatieRobStroeks
Email [email protected]
IA Japan
73 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | “Groene banden” op weg naar een duurzame samenleving
“Groene banden” op weg naar een duurzame samenleving
SamenvattingDeJapansebandenfabrikantBridgestoneCorporation,heefttijdenshet“WorldRubberSummit”aange-kondigdtegen2050bandentewillenproducerendie“100%uitduurzamematerialen”gemaaktzijnendaarbijuitgelegdwelkestrategieëndaarvoortoegepastzullenworden.Onderdeeldaarvanishetonder-zoeknaarnieuwsynthetischrubbergemaaktvanbiomassaendeverbeteringendiversificatievannatuurlijkerubberbronnen.HiernaastdoetBridgestoneookonderzoeknaarinnovatieszoalseenduurzame“luchtlozeband”,waarmeehethardopwegisomdeclaimvaneen100%duurzamebandteverwezenlijken.
DetailsDeJapansebandenfabrikantBridgestoneCorporation,heefttijdenshet“WorldRubberSummit”*1aangekondigddathetbandengaatontwikkelendiehonderdprocentuitduurzamematerialen”gemaaktzullenwordenendaarbijuitgelegdwelkestrategieënhetdaarvoorwiltoepassen.Dedrieactiesdiehieraanmoetenbijdragenzijn(ziefiguur1):1.Verminderingvangrondstofgebruik2.Recycleneneffectiefgebruikmakenvan
grondstoffen3.Verbredenendiversifiërenvanhernieuwbare
bronnen
HiermeeonderstreeptBridgestonezijntoewijdingommeetehelpenaaneenduurzamesamenleving.Hetdoelisomtegen2050deCO2uitstootmetvijftigprocentteverminderenenvollediggebruiktemakenvanhonderdprocentduurzamematerialen.
Erwordtverwachtdattegen2050wereldwijdhetaantalauto’sopdewegviervoudigzaltoenemennaarongeveertweemiljard,wateenenormevraagnaargrondstoffenmetzichmeezalbrengen.Omaandezestijgendevraagtekunnenvoldoenentegelijkertijdmilieubewusttehandelen,wil
Figuur 1: Acties die Bridgestone wil ondernemen om tegen 2050 banden te produceren die “honderd procent duurzaam” zijn. Bron: Bridgestone
74 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | “Groene banden” op weg naar een duurzame samenleving Japan | “Groene banden” op weg naar een duurzame samenleving
Bridgestonealzijntechnologischecompetentiesindestrijdgooiendoordehoeveelheidendiversiteitaanhernieuw-baregrondstoffentevergrotenvoordeproductievanautobanden.Eeneerstestapomduurzaamrubberteproducerenisalgezet:ZoisBridgestoneeensamenwerkingaangegaanmetAjinomotoCo.omsynthetischrubberuitbiomassateproduceren.VolgensBridgestonekanditnualgebruiktwordenomsommigerubberproductentevervan-gen.DaarnaastdoetBridgestoneookmeerfundamenteelonderzoekenheefthetbijvoorbeeldbijgedragenaanhetinkaartbrengenvanhetgenoomvanderubber-boom(Hevea brasiliensis),waarmeehethooptbeterevariantenteontwikkelenmeteenhogereopbrengsteneenbeterekwaliteitlatex.
Naastonderzoeknaarduurzamegrondstof-fen,probeertBridgestoneookteinnoverenmetdebandzelf.Zoiseindvorigjaardeontwikkelingaangekondigdvaneenduurzame,“niet-pneumatische”band(ziefiguur2).Doordeuniekestructuurvanspakenbinnenindeband,kanhetgewichtvandeautogedragenworden.Hierdoorhoeftdebandniettewordenopgepomptenzijnlekkebandenverledentijd.Daarnaastlevertdeniet-pneumatischebandeencomfortabeleenstillerijervaring.Doordathetprofielvande“luchtlozeband”uitrubberwordtgemaaktendespakenuitthermoplastischepolymeerwordengemaakt,kanhijvolledighergebruiktworden.AldezeontwikkelingenlatenziendatBridgestonezichzelfnietalleenalseen“bandenproducent”ziet,maarookeenbelangrijkespelerophetgebiedvanduurzameinnovatie.Daarbijdoethetmeeaanonderzoekinuiteenlopendegebiedenvanfundamenteelonderzoeknaarnatuurlijkeensynthetischerubberproduc-tietotinnovatieinautobanden.
*1Het“WorldRubberSummit”(gehoudenvan22tot24mei2012),gesponsorddoorhet“InternationalRubberStudyGroup(IRSG)”,iseentoonaangevendewereldtopophetgebiedvanrubber.Delaatstetrendsophetgebiedvannatuurlijkensynthetischrubberproductiewordenhierbesproken.
Bronnen• Artikel Bridgestone23mei2012:“Bridgestone
AnnouncesFutureTireTechnologiesthat
ContributetoaSustainableSociety”.
• Artikel Bridgestone8december2011:
“DevelopmentofNon-Pneumatic(Airless)
ConceptTire”.
• ArtikelBridgestone31mei2012:“Bridgestone
andAjinomotoCo.,Inc.JointlyDeveloping
SyntheticRubberfromBiomass”.
• Artikel Bridgestone10juli2012:“Research
ProjectSuccessfullyDecodesGenomesequence
ofParaRubberTree”.
Meer informatieSébastienMoitzheim
Email [email protected]
IA Japan
Figuur 2. Het concept van de niet-pneumatische band. Door de unieke structuur van de spaken aan de binnenkant van de band, wordt het gewicht van de auto gedragen. De gebruikte materialen zijn honderd procent hergebruikbaar, inclusief de rubberen onderdelen en de spaken. Bron: Bridgestone
75 | Advanced Materials
Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Slimme materialen voor elektronisch papier in kleur
Slimme materialen voor elektronisch papier in kleur
SamenvattingElektrochromogenematerialenvormeneenbijzondereklassevansmart materials.Hunkleuris‘schakel-baar’,watzegeschiktmaaktvoorsystemenmetgetintglasenelektronischpapier.Totdemeestgebruiktematerialenbehorenvloeibarekristallenenineenvloeistofgesuspendeerdedeeltjes,zogenaamdeelektroforetischevloeistoffen.Diewordenonderanderetoegepastin‘elektronischpapier’,dezwart-wit-schermenvane-readers.Elektronischeboekenwordenzopopulair,datbedrijvenalsLGovergaantotmassaproductievanflexibeleplasticschermen.Elektronischpapierinkleurvormtnogsteedseengroteuitdagingvooronderzoekersenbedrijven.InJapanproberenbedrijvendeelektroforetischeenLCD-technologieënteverbeterenengeschikttemakenvoorkleurinflexibelesubstraten.Japansewetenschap-perszijnopzoeknaargeheelnieuweelektrochromogenematerialen,zoalshybrideorganometaalpolymerenomelektronischpapierinkleurtemaken.
Elektronisch papierE-paperofelektronischpapieriseennieuwtypeelektronischbeeldscherm.HetwordtvaakalsdeopvolgervanLCD-enplasmaschermenenorganischeelektroluminescenteschermenbeschouwd.Hetbijzonderevane-paperisdathetinktoppapierwilnabootsen,omtekstentekunnenlezenalseenboekofeenkrant.E-paperreflecteertdaaromlichtnetalseenkrantenkanbijdaglichtgelezenworden.Hetoogwordtmindermoeinvergelijkingmethetlezenvanafgangbareschermenmetverlichtingvanuitdeachterzijde.Zezendenduslichtuit,wathetoogsnellervermoeidmaakt.Bovendienwordthetbeeldvaneene-paperschermnietvoortdurendververstenverdwijnthetooknietalsdestroomwordtuitgeschakeld.E-paperbespaartdusenergie.Alszeeenmaalgedruktmateriaalgaanvervangen,kunnenboeken,tijdschriftenenkrantenope-papereenbelangrijkemilieubesparingopleveren.Dankzijtoepassingvanplasticsubstrateniselektronischpapierookbuigbaaren(bijna)oprolbaargeworden.
Eenwereldwijdveeltoegepastetechnologievoorhetmakenelektronischpapiergaatuitvanelektroforetischevloeistoffenalselektrochromo-genematerialen.Elektroforetischeschermenmakengebruikvangeladendeeltjes,zoalsbijvoorbeeldéénmicrometergrotetitaniumoxidedeeltjes.Dezezijngedispergeerdineenoliewaaraaneendonkerekleurstofistoegevoegd.Ditmengselbevindtzichtussentweeparallellegeleidendeplatenoptientothonderdmicrometervanelkaar.Aanweerszijdetegenoverelkaarzijnelektrodengeplaatstdievanpositiefnaarnegatief
geschakeldkunnenworden.Degeladendeeltjesbewegenzichdaardoornaardetegengesteldeelektrode.Wanneerdeeltjeszichaandevoorzijdevanhetschermverzamelenkleurthetterplaatsewitdoordereflectievanhetlichtopdetitanium-oxidedeeltjes.Ditsoortdeeltjeskaatseninvallendlichtzeereffectiefterug.Wanneerdezedeeltjeszichaandeachterzijdevanhetschermverzamelenhetschermdaardonker,omdathetinvallendlichtdoordedonkerekleurstofwordtgeabsorbeerd.Wanneerdeelektrodenzowordenaangebrachtdatzepixelsvaneenbeeldvormen,kandoorzemeteenbepaaldvoltageafzonderlijkteschakeleneenbeeldwordenopgebouwduitwitreflecterendeendonkerabsorberendebeeldpunten.PhilipsenhetAmerikaanseE-Inkverbeterdenelektroforetischeschermendoorgebruiktemakenvanmicrocapsu-lesmetelektrischegeladenwittedeeltjesgesus-pendeerdingekleurdeolie.PhilipsverkochtdeelektronischepapierbusinessaanhetTaiwanesePrimeViewInternational(PVI)enE-Inkisverdergegaanmetdeontwikkeling.TegenwoordigisE-InkgeheeleigendomvanPVI.
Schermenvanzwart-witelektronischpapierzijndelaatstejarenmetsuccesalse-readers-elektroni-scheboeken-opdemarktgebrachtenwordensteedspopulairder.Denieuwstegeneratiee-readerswordtinJapanvertegenwoordigddoordeKindleTouchvanAmazon.com,Sony’sReader(PRS-350)ensindsjuliditjaarRakutensKoboTouch.AlledriehebbenruwweghetzelfdegewichtendezelfdeafmetingenenmakengebruikvanE-Inkselektroforetischetechnologie.DitjaargaatLGvoordeEuropesemarktovertotmassaproduc-
76 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamLand | Artikel naamJapan | Slimme materialen voor elektronisch papier in kleur Japan | Slimme materialen voor elektronisch papier in kleur
tievanflexibel,buigbaarelektronischpapierinkleur(1).
(Elektro)chromogene materialen lichtgevoelig
Chromogenematerialenzijnbekenduitdeanalogefotografie.Ditzijnlichtgevoeligematerialenwaarintijdenshetfotografischontwikkelprocesdekleurencyaan,magentaofgeelwordengevormd.Tegenwoordigvormenchromogenematerialeneengroeiendeklassevansmart materialsofwelslimmematerialen.Ditsoortmaterialenwordttoegepastinsystemenmetgetintglasvoorramenvangebouwen,auto’senvliegtuigen.Wanneerdeintensiteitvanhetlichttoeneemt,verkleurthetglasentemperthetinvallendlicht.Dezemateria-lenwordenookgebruiktvoorhetmakenvanelektronischebeeldschermen.
Hetkenmerkvanchromogenematerialenisdemogelijkheidomzeteschakelentussentweeofmeerverschillendekleuren.Dekleuromschakelingindezematerialeniseengevolgvanexternestimuli,zoalselektriciteit,warmteoflicht.Sommigematerialenkunnenwordenaangestuurdviaeenelektrischveld,zoalsgebeurtmetvloeibarekristallenineenLCD.Eenanderveelgebruiktsystematiekbetreftinvloeistoffengesuspendeerdedeeltjes,zogenaamdeelektroforetischevloeistof-fen.Ditzijnelektrochromogenemateria-len.Chromogeneeffectendiemetlichtofwarmtewordengestimuleerdwordenfotochromismeenthermochromismegenoemd.Indeooglenzenindustrieeninspecialevervenentemperatuursensorenwordendezeeigenschappengebruikt.
Elektronisch papier in kleurIn2010toondenhetAmerikaanseE-InkenhetZuid-KoreaanseLGhuneerstedemonstratiemodellenvane-paperkleurenschermeninJapan.Eenkleuren-schermvane-paperisechternogsteedseengroteuitdaging.Degetoondeschermenwarennogvrijfletsennietdirectgeschiktvoorcommerciëletoepassingen.InJapanwordtdaaromaljarengewerktaanbeterekleurenschermen,dietevensflexibelenbuigbaarzijn.Alenkelejareneerderzijnooknieuwematerialenendebijbehorendeproductieprocessentotde
mogelijkhedenvoornieuwetypenkleurenschermengaanbehoren.Sindseenpaarjaarbehorenbepaaldehybrideorganometaal-polymerentotdeschakel-bareelektrochromematerialen.Dezepolymerenwerdenontwikkelddoordr.MasayoshiHiguchivanhetNationalInstituteforMaterialsResearch(NIMS).HiguchiisgroepsleidervandeElectronicFunctionalMaterialsgroep(2).Hijmaaktdittypepolymerendoormetaalioneneencomplextelatenvormenmetbepaaldepolymeerliganden.Ditzijnorganischemoleculen,dietweelocatieshebbenomte‘koppelen’meteenmetaalion(ziefig.1).Zovertonenhybridepolymerenvanbis-terpyridinylbenzeenentweewaardigemetaalionen,zoalsijzer(II),kobalt(II)ofruthenium(II),eenspecifiekekleurdoorlichtabsorptiealsgevolgvanladingoverdrachtvanmetaalnaarligand.Doorhetmetaalafwisselendteoxiderenentereduceren(redoxreactie)vindtdeladingoverdrachtplaats.Dekleurvanhetpolymeerschakeltdanom.Inoplossingzijndekleurenvandezepolymerenrespectievelijkpaars,oranjeenrood.Wanneerovereenpolymeerfilmvanditmateriaal,aangebrachtopeenindium-tinoxideelektrode,eenspanningwordtaangelegdmeteenpotentiaalgroterdanhetredoxpotentiaal,verdwijntdekleur.Bijeenlagerpotentiaalkeertdekleurterug.Zowordtbijvoorbeeldfilmmateriaalopgebouwduithetijzer(II)complexblauwingereduceerdetoestandenkleurloosingeoxideerdetoestand.Wanneerijzer-enrutheniumionenallebeiinhetpolymeerwordeningebracht,ontstaanpolychromematerialenmetrood,oranjeenlichtgroen.Metdezehybridepolymerenkunnenmetsuccesmeerkleurigeelektrochromeapparatenwordengemaakt.Eenmengselvanpolymethylmetacrylaat,propyleencar-bonaatenlithiumchloraatdientalspolymeer-gel-elektrolyt.
In2008toondeHiguchi’sgroepdeeersteschakelbarekleurenschermenmetdezehybrideorganometaalpolymeren(ziefig.2).Hettweemillimeterdunneapparaatkontussenvijfverschillendekleurenheenenweergeschakeldwordendoorhetvoltagetussen-2,5en+2,5Volttevariëren.
Figuur. 2. Higuchi’s elektronische papier in kleur (bron: MANA persbericht).
Higuchi’sonderzoekresultatenmaaktendeeluitvanhetonderzoekgebiedCreation of Nanosystems with Novel Functions through Process Integration,onderleidingvanJun’ichiSonevanhetCRESTprogrammavanJST*(3).DetitelvanHiguchi’sprojectwasElectrochromic Color E-paper.NIMS’InternationalCenterforMaterialsNanoarchitecttonics(MANA)werktnualenigejarenaan‘elektronischpapierinkleur’.Higuchi’snieuwepolymerenzijnopditmomentnognietzoverdoorontwik-kelddatzeinschermenopdemarktgebrachtkunnenworden.BehalveonderzoekershebbenookJapansebedrijvennietstilgezeten.FujitsuLaboratorieswerkteruimvijfjaargeledenalaanpraktischetoepassingenvanelektronischpapierinkleur.In2007lanceerdeFujitsuFronteczijneerstemodelvaneendraagbaarkleurenschermopbasisvane-paper.Fujitsuheeftdeafgelopentijdzijne-paper-schermenaanzienlijkverbeterd.Deuitdagingvaneenkleuren-schermisomtegelijkertijdverschillendefunctiesvanhetschermteverbeteren,zoalsbijvoorbeelddehelderheidvande
Figuur. 1. Elektrisch geleidend polymeer gevormd uit ijzer (II) en/of ruthenium (II) met bis-terpyridinylbenzeen ligand (bron: ref. 2).
77 | Advanced Materials
Japan | Slimme materialen voor elektronisch papier in kleur
kleuren,dehelderheid/contrastverhou-dingendesnelheidwaarmeebeeldenververstkunnenworden.FujitsuheeftdeoplossinggezochtineengelaagdecholesterischeLCDtechnologie(ziefig.2).In2009kondigdenbeideFujitsuonderde-lendecommerciëleverkoopaanvandeFLEPia.DemeestrecenteFLEPiaiseenachtinchschermmet260.000kleurenin1024x768XGAformaat(ziefig.3).
Figuur. 3. Werking Fujitsu’s cholesterisch LCD scherm (zie: Fujitsu website en Geek.com).
In2009brachthetJapansebedrijfBridgestoneeene-paperkleurenschermuit.Dittouchschermisgebaseerdopeenineigenhuisontwikkeldeelektroforeti-schetechnologie.Hetschermkangebogenwordenzonderdathetbeeldwordtvervormdofuitgerekt.Diteffectwordtbereiktdoordegeribbeldestructuurwaardoorpixelsnietmetelkaarvermen-gen.Deeersteserieschermenhaddeneentragevolledigebeeldverversingtotwelvijftienseconden.Innieuwereschermengaatditalvijfmaalsneller.Bridgestonese-papertechnologiewerdaanvankelijkvooralinsupermarktengebruiktomdeactueleprijzenvanproductentetonenennietvoorelektronischeboeken.SamenmetDeltaElectronicsontwikkeldeBridgestonede21en13inchgroteAerobeetabletsvoorbedrijvenenkiosken.InmeiditjaarkondigdeBridgestoneechteraandatdeverhevigdeconcurrentieendetoenemendekostprijsvanmaterialenhetbedrijfheeftdoenbesluitenommetdeproductietestoppen(4).VorigjaardemonstreerdeSonyeen13,3
inchplasticflexibelkleurenscherm,datslechts150micrometerdikisen20gramweegt.Ditschermbeschiktovereenbehoorlijkkleurenpalet,eenprimacontrastverhoudingeneenschermreflectievantienprocent.Hetschermmet800x1200pixelswerktmetRGBpixelsenwittesubpixels.DoormetgrotenauwkeurigheideenTFT(ThinFilmTransistors)substraatviaeenglassubstraataantebrengenopeenE-inke-papersubstraat,kwamSonytothetgoedekleurenpaletendehogerereflectievanhetscherm(5).InjuniditjaarkwamFujiXeroxuitmeteenprototypeelektrofo-retische-paperkleurenscherm(6).Inditschermwordengekleurdedeeltjesnaarvorenennaarachterenbewogen.Debesturingvanelkkleurdeeltjegebeurtmetverschillendedrempelwaardenvanhetelektrischveld.Deelektroforeseisvoorelkekleurverschillend.Hete-paperbestaatuittweesubstratenwaartussendekleurdeeltjes(CMY)bewegen.Dedeeltjesdienaarvorenkomenzijnzichtbaar.Tussendetweesubstratenbevindenzichookwitgekleurdedeeltjesdiezichnietbewegen,ooknietineenelektrischveld.Eenwitbeeldontstaatdoorallekleurdeel-tjesnaarhetachterstesubstraattetrekken.DebesturingvindtplaatsmetbehulpvanTFTsvanamorfsiliciumgeplaatstophetachterstesubstraat(ziefig.4).
Figuur. 4 Fuji Xerox’ prototype elektronisch papier in kleur (bron. Ref. 6).
Laatste ontwikkelingenHiguchiheeftonlangsaangetoonddatdekleuromschakelingooktotstandkanwordengebrachtdooranderestimulidanelektriciteit,zoalsbijvoorbeeldcontactmeteendamp.Doormetbehulpvanspincoatingeendunnefilmvandezehybrideorganometaalpolymeertemakenmethetzeldzameaardmetaaleuropium,
ontstaateenlaagdieroodlichtuitzendt.Wanneerdezelaagincontactkomtmetzuredampenverdwijntderodekleur.Inaanrakingmetbasischedampenkeertderodekleurweerterug.Deze‘vapo-lumines-cente’materialenzijnnuttigesensorenvoorhetdetecterenvanzureofbasischegassenindelucht.Onderzoekersverwach-tenveelvanditsoortsensormaterialen,diesubstantiesindeluchtkunnendetecterenincombinatiemetbeeldschermtechnologieën.SindsvorigjaarheeftelektronischpapierinJapaneenforsesteuninderuggekregenmeteenvoor2011bijna24miljoeneurogrootprogrammagefinancierddoorNEDO*.HetisgerichtopdeontwikkelingvanprinttechnologievoordecontinueproductievanflexibeleelektronischesubstratenenhetontwikkelenvandematerialenenprocessenvoorTFT-technologie.Metdezenieuwetechnolo-gieënzullennieuwevariantenvanelektro-nischpapierenflexibelesensorengemaaktworden.HetprojectwordtgetrokkendoorprofessorTakaoSomeyavandeUniversityofTokyoenloopttot2015.HetprogrammaisondergebrachtbijdeJapanAdvancedPrintedElectronicsTechnologyAssociation(7).InhetprojectzijndeJapansebedrijvenRicoh,ToppanPrinting,BridgestoneenDaiNipponPrintingnauwbetrokkenbijdeontwikkelingvandezegeavanceerdegeprinteelektronica.
JST=JapanScience&TechnologyAgencyNEDO=NewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization
Bronnen• LGstartmassaproductieelektronischpapier
• MasayoshiHiguchi(NIMS).
• Jun’ichiSonevanhetCRESTprogrammavanJST.
• BridgestonestoptmetproductieAerobee.
• Sonyunveils3Dandcolore-paperdisplaysatSID
2011.
• Fuji-Xeroxshowspromisingapproachtocolor
e-paper.
• LaunchofJapanAdvancedPrintedElectronics
TechnologyResearchAssociation,May2011.
Meer informatiePaulopdenBrouw
Email [email protected]
IA Japan
78 | IA Special | november 2012
The Netherlands | Artikel naamJapan | Slimme materialen voor elektronisch papier in kleur Zuid-Korea | Koreaanse innovatie in grafeen
Koreaanse innovatie in grafeen
SamenvattingGrafeenishetmateriaaldatbestaatuitéénlaagkoolstofatomen.Hetheeftongekendeeigenschappen.IndezoektochtnaarnieuwemanierenvangeheugenopslageninnovatieveconsumentenelektronicazietZuid-Koreaingrafeenhetmateriaaldatdezenieuweproductenmoetwaarmaken.Institutenenbedrijven,vooralSamsung,hebbensinds2007veelgeïnvesteerdinonderzoeknaareconomischverantwoordeenmilieuvriendelijkemassaproductiemethodenenapplicaties.In2008zijndeactiviteitengebundeldindeKorea Graphene Hub.
DetailsDeconsumentenelektronicamoetéénvandepijlersblijvenvandeZuid-Koreaanseeconomie.IndejarentachtigwarenSamsungenLGB-merken,diekwalitatiefonderdedenvoorJapanse,AmerikaanseenEuropesemerken.In25jaariserveelveranderd.SamsungenLGzijnuitgegroeidtotvolwaardigespelers,dieopeenaantalvlakkenvoorlopenophunniet-Koreaanseconcurrentenenelkaarbeconcurrerenomdetoppositie.
VoorKoreaisgrafeen,materiaaldatbestaatuiteenlaagkoolstofatomenvanéénatoomdikte,éénvandebelangrijkstematerialendiedeleidendepositievandeKoreaanseelektronicaindustriemoetblijvenwaarborgen.Grafeenheefteenzeerhogesterkteenstijfheidendaarnaasteenuitstekendeelektrischeenthermischegeleidbaarheid.Het
moetonderanderehetmateriaalwordenvoordevolgendegeneratiechipsenvoorflexibelebeeldschermen.DeeersteKoreaansegrafeen-projectenzijnin2007vanstartgegaanmetbudgetvanhettoenmaligeMinistry of Education, Science & Technology(MEST).Met300.000eurovanMESTzijndestijdsachtprojectengeïnitieert.Zowelhetaantalprojectenalshetbudgetgroeitsindsdiengestaag.In2011liepener145grafeen-gerelateerdeonderzoeksprojecteneninvesteerdedeKoreaanseoverheidbijnaelfmiljoeneuro.(2)
Hetonderzoekheeftgeleidtotvelewetenschappe-lijkepublicatiesenpatenten.BijnatwintigprocentvandepatentenindewereldophetgebiedvanproductiemethodenvoorgrafeenisaangevraagddoorKoreaanseorganisaties(zieookfiguur1).
Zuid-Korea
Figuur 1. Grafeen patenten. Bron (2).
79 | Advanced Materials
Zuid-Korea | Koreaanse innovatie in grafeen
VandeKoreaansechaebolsisSamsungdemeestactieveprivatepartner.Samsungishetcentralepuntinhetonderzoeksweb(ziefiguur2).
Research SocietyOmzichttehoudenopdestroomaanontwikkelingenisinseptember2008deKorea Graphene Research SocietyopgerichtdoordeKoreaanseacademia.ProfessorenvanverschillendevooraanstaandeKoreaanseuniversiteitenhebbenzichhierinverenigd.Debelangrijkstespelersindezesocietyzijn:• SogangUniversiteit;• KoreaAdvanceInstituteofScience&
Technology(KAIST);• SungkyunkwanUniversity(SKKU);• UlsanNationalInstituteofScience&
Technology(UNIST);• Postech;• SamsungAdvanceInstituteof
Technology(SAIT);• SeoulNationalUniversity(SNU).
RoadmapBegin2012heeftdeKoreaanseregeringeenroadmapgepubliceerd.Debelangrijksteonderzoeksgebiedenhierinzijn:
1) grafeengebaseerdeaanraakschermen;2)OLED;3) elektrochromeslimmeruiten;4)batterijenvoorelektrischevoertuigen;5) hoogvoltageenhoogvermogen
supercondensatoren;6)ultralichteen-sterkecomposieten;7) hoogwaardigegasbarrières;8)elektromagnetischeafschermingvoor
interferentie;9)milieuvriendelijkeantioxidatie
methodenvanstaal.
Volgensdezeroadmapkomtereennationaalinstituutvooronderzoeknaargrafeen,deKorean Graphene Research Hub,waarhetgrootstegedeeltevanhetonderzoeknaarbovenstaandethema’szalmoetenplaatsvinden.Debouwvanditinstituutzalin2013beginnen;hetzalin2015klaarzijn.Voordebouwvanditinstituutenhetonderzoektotenmet2018heeftdeKoreaanseregering140miljoeneurogereserveerd.
Figuur 2. Web van research connecties. Bron (2).
Figuur 3. Productiemethoden grafeen. Bron (6).
Figuur 4. Patenten voor bulkproductie van grafeen. Bron (6).
80 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamZuid-Korea | Koreaanse innovatie in grafeen Zuid-Korea | Koreaanse innovatie in grafeen
ProductieDewetenschappersGeimenNovoselovpubliceerdenin2004alseerstenovergrafeenenontvingenhiervoordeNobelprijs.Zegebruikteninhunonderzoekeenfotoresist,eenoven,acetonenplakbandomlaagjeskoolstofatomenvaneenstukhighly oriented pyrolytic graphite(HOPG)opsiliciumaftehalen,omuiteindelijkeenkleinstukjegrafeentecreëren.Dezemethodevolstondvoordeexperimentenomdepotentievangrafeenaantetonen.Demethodeisechterongeschiktvoordebulkproductiedieelektronicagigantenvoorogenhebbenomhunvolgendegeneratiebeeldschermenengeheugendragersteproduceren.Wereldwijdzijnverschillendeinstitutenenbedrijvenbezigmetdeontwikkelingvanmethodenomgrafeenfoutloosteproduceren.Sinds2004zijnerverschillendeapplicatiesmetgrafeenontwikkeld(Zieookfiguur3).
De twee belangrijkste methoden voor bulkproductie van grafeen zijn Chemical Vapor Deposition (CVD) oftewel opdampen en ‘flaking’, schaven.
Bijnadehelftvande241patentenophetgebiedvanproductievangrafeenisinhetbezitvanuniversiteiteneninstituten.Koreaanseuniversiteiteneninstellingenzijnhetmeesteactief.IndetoptienvanpatentaanvragerszittenzesKoreaanseorganisaties(zieookfiguur4).Samsungismetzestienpatentendegrootsteprivateaanvrager.
DetweebelangrijkstemethodenvoorbulkproductiezijnChemical Vapor Deposition(CVD)oftewelopdampenen‘flaking’,schaven.IndekomendedriejaargaatdeKoreaanseregeringjaarlijksongeveerzestienmiljoeneuroinelkvanbeidemethodeninvesteren.
BijdeCVD-methodewordteenkoperenplaatineenovenonderzeerlagedrukverwarmdtotongeveer1000˚C.Methaanenwaterstofwordenvervolgensdeoveningeblazen.Waterstofisdekatalysatorvooreenreactietussenmethaanenkoper,waarbijdewaterstofatomenvandekoolstofatomenuithetmethaanwordengestript.Deovergeblevenkoolstofatomenhechtenzichaandekoperenplaat(ziefiguur5).Deplaatwordtsnelgekoeldomtevoorkomendatzichmeerderelagenkoolstofatomenvormen.Delaagatomenkandaninlangestrokenvandekoperenplaatgestriptwordenenopeenanderegewensteondergrondgeplaatstwordenvoordeproductievanbeeldschermenofzonnecellen.
SamsungenSungkyungkwanuniversiteitzijnbijzonderactiefopditgebeid.Sinds2010richtenzijzichophetverbeterenvanditproces.Bijdeflaking-methodewordtgrafeenmechanischofchemischvanpuurgrafietgeschaafd.Ditresulteertinstukjesgrafeenvanhooguitenkelemillimetersgroot.Korea Electronics Research Insitute(KIER)enUlsan National Institute of Science and Technology(UNIST)hebbenzichonderandereindezemethodeverdieptenhebbenrecentgoederesultatenbehaald.
UNISTenCaseWesternReserveUniversityhebbensameneengoedkopeen‘milde’productiemethodeontwikkeld.Grafietenvastekooldioxidewordendaarbijsamen
Figuur 5. Groei van een laag C-atomen op een koperen plaat via CVD. Bron (12).
Figuur 6. Flexibele batterij van KAIST. Bron (8).
81 | Advanced Materials
Zuid-Korea | Koreaanse innovatie in grafeen
fijngemalenenreagerenmetelkaar.Opderandvanhetgrafietvormtzichcarbonzuur,datderandenvangrafietschilfersopent.Eenmaalinprotischeenpolaireaprotischeoplossingengeplaatst,scheidenzichlaagjesvanééntotvijfatoomdiktesaf.Wanneerdezeoplossingopeenwaferwordtgelegdenwordtverhittot900˚C,ver-dampthetoplosmiddelenscheidtdezuurgroepzichaf,zodaterkleinestukjesgrafeenontstaandiezichopdezehogetemperatuuraanelkaarhechtentotgrotereoppervlakken.(3).
ToepassingenNaastmethodenvoorbulkproductie,ontwikkelenKoraanseinstellingenenbedrijvenookapplicaties.OnderzoekersvanhetKorea Advanced Institute of Science and Technology(KAIST)hebbeneengrafeen-gebaseerdehybrideelectrodeontwikkeldenhebbendezeineenflexibleoplaadbarelithiumbatterijverwerkt(ziefiguur6).Volgensdeonderzoekersheeftdezebatterijeenhogereenergiedichtheideneenlangerelevensduurdananderelithiumbatterijen.OnderzoekersvanSeoulNationalUniversity(SNU)hebbeneenmethodeontwikkeldomtransparanteluidsprekerstecreëren.SungkyungkwanUniversityenSamsungwerkenaaneengrafeenaanraakscherm.In2010zijnbeeldenvaneenwerkendgrafeenaanraakschermvanenkeleinchesgepubliceerd(14).In2012hadSamsungeen25-inchflexibelaanraakschermklaar.DegeruchtengaandatSamsungin2013eengrafeenbeeldschermopdemarktzalbrengen.
SlotKoreastoptveelgeldenmoeiteinhetonderzoeknaargrafeenenmaaktdaarbijsnelgrotestappenvooruit.VanuitdeindustriestortvooralSamsungzichopgrafeen.GroteafwezigeisLG,terwijlookditbedrijfflexibelebeeldschermenenopvouwbaremobieletelefoonswilmaken.HetisnietduidelijkofLGgrafeenalseenhypezietdiegeruisloosoverwaaitendaaromanderematerialenontwikkelt,ofdathetbedrijfjuistinallestilteaandittotdeverbeeldingsprekendekoolstof-materiaalwerkt.
Bronnen en meer informatie• 1KoreaGrapheneResearchSociety,http://
graphenenco.com/
• 2KoreanGrapheneResearchActivitiesand
Roadmap,presentationbyProfessorByungHee
Hong,April2012.
• 3ScienceMagazine,http://www.sciencemag.org/
content/306/5696/666.abstract
• 4ScienceDaily,http://www.sciencedaily.com/
releases/2012/03/120326160823.htm
• 5SNUGrapheneResearchLaboratory,http://
chem.skku.edu/graphene/
• 6CKMNT,NanotechInsights,April2012,Volume
3
• 7http://investingraphene.com/wp-content/
uploads/2012/07/Graphene-Article-Final1.pdf
• 8GrapheneInfo,http://www.graphene-info.com/
• 9PhysOrg,http://phys.org/news/2011-07-ko-
rean-graphene-transparent-loudspeakers.html
• 10NanoelectronicsLaboratoryKoreaUniversity,
http://
nanotube.korea.ac.kr/english/?page_id=559
• 11TechnologyRoadmapofGrapheneIndustryin
Korea,PresentationProf.ByungHeeHong,
March21,2011.
• 12http://www.astro.pomona.edu/blog/2010-
physics/wp-content/uploads/2011/06/thesis_pol-
lard.pdf
• 13KoreaITTimes,http://www.koreaittimes.com/
story/20078/
keris-nanomaterials-ready-mass-production
• 14http://www.tes.co.uk/teaching-resource/
Korean-scientists-develop-Graphene-touch-
screens-6208576/
Meer informatiePeterWijlhuizen
Email [email protected]
IA Zuid-Korea
Figuur 7. Transparante luidspreker van SNU. Bron (9).
82 | IA Special | november 2012
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsZuid-Korea | Koreaanse innovatie in grafeen Zuid-Korea | Environment and high-efficiency, catching two at once
Environment and high-efficiency, catching two at once - World Premier Materials Project
SummaryTheKoreangovernmentambitiouslystartedtheWorldPremierMaterials(WPM)projecttobecomethefourthmaterialpowerintheworld.TheWPM-projectisaprojecttodeveloptencorematerialswhichwillcreateanewmarketandgiveKoreaacontinuousmarketpoweroftheworldfirstandtop-classcommercialmaterials.Total700millionEuroswillbeinvestedintheprojectby2018toreachover700millionEurosofexportpermaterialtotheworldmarketwith30%ofmarketshare.Throughtheproject,Koreaexpectstomakeitsownmaterialbrandandcreateanewgreengrowthenginefollowedby27billionEurosofsalesand32,000newjobs.
Details
InNovember2009,theEmergencyEconomicMeasuresCommitteeofKoreamadeaplantochangethecorestructureofKoreanmaterialindustryrealizingtheparadigmofindustrialcompetitivenesshasbeenchangedfromfinishedproduct/partstomaterials.Therefore,theMinistryofKnowledgeEconomy(MKE)selectedtencorematerialsinmetal,chemical,ceramicandtextiletostartWorldPremierMaterials(WPM)project.TheWPMprojecthasthreeprinciples:breakthrough,industry-drivenandopeninnovation.Forthat,tencompany-ledprojectgroupsoftheselectedmaterialswereformed.Timeframediffersfromeachprojectgroup,butthebasicframeistoaccomplishcoretechnologydevelopmentby2012andappliedtechnologydevelopmentby2015.Thelastphaseoftheproject
iscreatingcompanyinvestmentinmassproductionofthematerialsandleadingthemarketby2018.
Ten selected materials are as belowMagnesium material for super-light vehicle led by POSCO
Newmagnesiummaterialswillbedevelopedforvehicleweightreduction,loweringcarbonemissionandincreasingenergyefficiencyinvehiclesinadditiontobeingpricecompetitive.Itisexpectedthatconcernsoncarbonemissionandfuelefficiencywillincreaseuseofmagnesiuminacarfrom5kgin2005to160kgin2020.Seefigure1.
ThegoalofKoreangovernmentistocommercia-lizethelightweightmagnesiumplateandhighstrengthbulkmaterialusedfortheexteriorpartsoftransportplanesby2018.
Figure 1. The amount of magnesium in a car. The new magnesium material will prevent possible problems in supply; currently 85% of magnesium materials come from China.
83 | Advanced Materials
Zuid-Korea | Environment and high-efficiency, catching two at once
Super Sapphire Single Crystal materials led by Sapphire Technology
Duetotheincreaseofdemandforbigcaliberandhighefficiencysapphiresubstrate,developmentofsapphiresinglecrystalmaterialsbecameessential.AlsoapplicablefieldssuchasLEDilluminationarebeingexpanded.Thefinalgoalofthisprojectistodevelopa300mmdiameterhigh-efficientsapphiresinglecrystalforLEDwith50%ofreturnrate.
Smart Coat Steel led by POSCOSmartCoatSteelisbeingdevelopedasanultrahigh-speedthinfilmcoatedsteelplateusingelectromagneticlevitationandinductionheating.Thisplatecontributestoanincreaseindurabilityofmaterialsforautomobiles,homeappliances,andconstructionwhilereducingitsweight.Thiswillresultinadecreaseofpollutantsandanincreaseofenergyefficiencyandproductivity.Theglobalmarketforthisbusinessisexpectedtoreach155billionEurosby2018.Seefigure2and3foradvantagesofsmartcoatsteel.
Center for Substrates for Flexible Display led by Cheil Industries
Substratesforflexibledisplays,whichcanreplacetheglassplateofflatpaneldisplay,areafieldforresearch.Theglobalflexibledisplaymarketisexpectedtoreach38billionEurosby2020.Thereforecompeti-tioninthebasefilm,barriercoatingandtransparentelectrodesmarketwillbeintensified.Seefigure4fordetailsaboutthebasefilm,barriercoatingandtranspa-rentelectrodes.
Nano Carbon Composite led by LG ChemTheneedsofshieldingelectromagneticwavesandminimizationoffinishingmaterialsforautomobilesofthefuture,robots,LEDsareincreasing.Therefore,complexnanocarbonmaterialsandfunctionalnanomaterialswillbedevelo-pedtomeettheseneeds.TheKoreangovernmentisexpectedtograbalargeportionofthenewworldwidemarket,basedonitstechnologylevelwhichissimilartothatofforeigncompaniesinrelevanttechnologicalfields.Seefigure5forthegoalofnanocarboncompositeproject.
Ultra High-Purity SiC Material led by LG Innotek UltraHigh-PuritySiC,asocalled‘dreammaterial’inthesemiconductorindustry,isamaterialnecessarytoincreasethecompetitivenessofthegreencar,solarpowerandLEDindustries.Itsheatconductivityisthreetimeshigheranddielectricbreakdownstrengthistentimes
higherthansilicon.Itresultsinmoreenergyefficientsemiconductorswhichcanoperateinhightemperatureandhightension.TheKoreangovernmentplanstobecompetitiveinallareasfromthebasematerialstothefinalmaterials.Seefigure6.
Figure 2. Advantages of smart coat steel
Figure 3. Goal of Smart Coat Steel project
Figure 4. Core technology for premier materials for polymer
Figure 5. Goal of nano carbon composite
84 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamZuid-Korea | Environment and high-efficiency, catching two at once Zuid-Korea | Environment and high-efficiency, catching two at once
Bio-medical materials led by AminologicsBio-medicalmaterialswillbedevelopedtoleadthenewmedicalmarketinthefuture.TheKoreangovernmentplanstodevelopnon-naturalaminoacidmaterials,biologicallyactiveproteinmaterialsandimplantmaterialsfortreatingbonedisease.Seefigure7fortheplansofBio-medicalmaterialsdevelopment.
Smart Membrane led by KolonApromisingenvironment-friendlyindustrialmaterial,ahighmoleculemembranematerialwillbealsodeveloped.Themembranematerialswillbeappliedtofuelcells,waterpurificationandenviron-mentalfriendlynitrogengeneratorsforships.Theglobalmarketforpartsbasedonmembranematerialsisexpectedtoreach55to70billionEurosby2018.Seefigure8forthetargetsofSmartmembraneproject.
The last phase of the project is creating corporate investments in mass production of the new materials and leading the market by 2018Sourcesn moet zijn SourcesBij MOre information
Premium Ketone led by HyosungPremiumKetoneisalsoapotentialfieldtoproduceindustrialtextilesshowingextremeperformancebyusingacarbonreducingsyntheticprocess.SinceKoreahaspioneeringtechnologiesinhighstrengthmaterials,Koreaisexpectedtobecomeamarketleader.Seefigure9forusageofpremiumketone.
Secondary Battery Material led by Samsung SDISecondarybatterymaterialwasselectedtoleaddevelopmentofthecathodeusedforsecondarylithiumbatteries.Notonlystabilityandperformanceneedsaretobeimproved,butalsothepriceneedstobedecreasedastheuseoflithiumsecondary
Figure 6. Development of Ultra High-Purity SiC Material
Figure 7. Plans of Bio-medical materials development
Figure 8. Targets of Smart membrane project
85 | Advanced Materials
Zuid-Korea | Environment and high-efficiency, catching two at once
batteriesisbeingexpandedfromITdevicestonon-ITdevicessuchasmedicalinstru-mentsandautomobiles.Specifically,fourprojectsareassigned:anodeandcathodeforEV,andanodeandcathodeforelectricpowerstoragesystem.TheanodeandcathodeforEVareexpectedtoexpandtherangeofEVfrom100kmto250kmandtheonesforelectricpowerstoragesystemareexpectedtoreducethebatterypriceperkWhfrom700Eurosto140Eurosby2018.Currently,thelocalizationrateoftheelectrodematerialsis30%.Thismarketisexpectedtoreach4.8millionEurosby2018.Seefigure10forthegoalanddirectionofsecondarybatterymaterialdevelopment.
Second phaseThesecondphaseofWPMprojecthasbeguninApril2011.Sincethenthecompetitionbetweentenprojectgroupsisencouragedbyresultbaseddifferentialinvestment.Alsointernationalopeninnovationismoreemphasizedandexpectedtoexpand.ThereareseveninternationalorganizationsparticipatingintheWPMprojectbytheendof2011,includingtheNetherlandsbasedcompanyTatasteelintheSmartCoatingSteeldevelopmentproject.Additionaltwelveorganizationssignedacontractandcontractswith25otherorganizationsareunderdiscussion.TheKoreangovernment
andKoreaEvaluationInstituteofIndustrialTechnology(KEIT)willinvest20millionEurostosupportinternationalcooperationby2018.
Sources• WorldPremierMaterials(WPM)OfficialWebsite
-http://wpm.keit.re.kr/index.jsp(OnlyinKorean)
• WPMBio-medicalmaterialsprojectgroup-
http://wpm-biomedical.org/(OnlyinKorean)
• WPMCenterforSubstratesforFlexibleDisplay-
http://www.wpm-sfd.com/eng/main.do
• WPMMgmaterialprojectgroup-http://www.
wpm-mg.com/index.php(OnlyinKorean)
• WPMNanoCarbonCompositeprojectgroup-
http://www.wpm-ncc.com/main/(Onlyin
Korean)
• WPMPremiumKetoneprojectgroup-http://
www.wpm-pk.org/(OnlyinKorean)
• WPMSecondaryBatteryMaterialProjectunit-
http://wpm-lbm.com/eng/main.do?main=1
• WPMSmartCoatSteelDevelopmentCenter-
http://www.smartcoating.re.kr/(OnlyinKorean)
• WPMSmartMembraneBusinessGroup-http://
www.wpmmembrane.com/Eng/
• WPMSuperSapphireSingleCristalmaterials
projectgroup-http://www.wpm-sapphire.re.kr/
Eng/
• WPMUltraHigh-PuritySICMaterialbusiness
center-http://www.wpm-sic.re.kr/eng/
• ELECTRONICTIMES-http://english.etnews.com/
• MaeilBusinessNewspaper-http://news.mk.co.
kr/english/
• Kim&Chang-http://www.kimchang.com/
More informationYewonCha
Email [email protected]
IA Zuid-Korea
Figure 9. Usage of premium ketone
Figure 10. Goal and direction of secondary battery material development
86 | IA Special | november 2012
Smart Materials in China
SamenvattingChinaisdegrootsteproducentvanwetenschappelijkepublicatiesoversmartmaterials.MogelijkdoetdegemiddeldekwaliteitdaarvannogondervoordievanWestersepublicaties,maarhetisnietondenkbaardatditmettertijdzalveranderenalsdeervaringtoeneemt.Erzijnopditmomentalinteressantevoorbeel-dentevindeningebiedenzoalsself-healingmaterials,viscositeit,meta-engeheugenmaterialen.SommigeChineseonderzoeksinstellingengebruikenbio-mimicryalsinspiratievoornieuwematerialen.
InleidingSmart materials zijn materialen waarvan de samenstel-ling en structuur zo zijn aangepast, dat eigenschappen zoals viscositeit, volume en geleidingsvermogen veranderen onder invloed van externe factoren. Voorbeelden zijn druk, temperatuur, vochtigheid, pH-waarde en elektrische en magnetische velden.Het is moeilijk om een volledig overzicht van de huidige status van smart materials-onderzoek in China te geven. Statistieken en voorbeelden uit verschillende sectoren en toepassingsgebieden kunnen wel inzicht verschaffen over de richting van het onderzoek in China.
StatistiekenDecennialangvondhetmeestegeavanceerdemateriaalonderzoek,waaronderonderzoeknaarsmartmaterials,plaatsinEuropa,deVSenJapan.Daarlijktechterveranderingintezijngekomen.
VolgensISIWebofKnowledgezijnerin2011intotaal6250artikelenoversmartmaterialsgepubliceerd.Daarvanwas26,5%toeteschrijvenaanChina,gevolgddoordeVSmet23,4%.JapanenDuitslandvolgdenopplaatsdrieenviermetrespectievelijk8,2%en7,3%.
DeNationalNaturalScienceFoundationChina(NSFC)wasin2011degrootstesubsidieverstrekkervoorsmartmaterials-onderzoek.DeNSFCsubsidieerde8,6%vanalhetwereldwijdeonder-zoek.DeAmerikaanseNationalScienceFoundation(NSF)nam4,6%voorhaarrekening.DeEuropeseUniewasslechtsgoedvoor0,4%.Detopachtproducentenvansmartmaterialspublicatiesin2011waren:
1. ChineseAcademyofSciences(China;191publicaties)
2.TsinghuaUniversity(China;86publicaties)3. PennsylvaniaStateUniversity(Pennsylvania;70
publicaties)4.HarbinInstituteofTechnology(China;52
publicaties)5.TohokuUniversity(Japan;64publicaties)6.GeorgiaInstituteofTechnology(Georgia;63
publicaties)7.HongKongPolytechnicInstitute(HongKong;
60publicaties)8.MassachusettsInstituteofTechnology
(Cambridge,Massachusetts;60publicaties)
Tweebelangrijkekanttekeningenbijdezelijst:deChineseAcademyofSciences(CAS)staathieralsééninstituut.Organisatorischkloptdat,maardeCASbestaatuitmeerdereinstituten.VerschillendedaarvanhoudenzichverspreidoverChinabezigmetsmartmaterials.HetzoukunnenbetekenendatTsinghuaUniversitybovenaanzoustaanalsdeCAS-institutenindividueelvermeldwerden.Daarnaastzegthetaantalpublicatiesnietsoverdekwaliteitofimpactvanonderzoek.JonathanAdams,directeuronderzoekbijThomsonReuters,geeftaandatpublicatiesovermateriaalonderzoekuitdeVSeenongeveertweekeerzohogeimpact-scorehebbenalspublicatiesuitChina.Daarbijmerktehijwelopdatoverhetalgemeen,alsdeonderzoekservaringtoeneemt,dekwaliteitendeimpactookstijgen.DuidelijkisinelkgevaldaterinChinaveelonderzoekplaatsvindtophetgebiedvansmartmaterials.
China
The Netherlands | Artikel naamZuid-Korea | Environment and high-efficiency, catching two at once China | Smart Materials in China
87 | Advanced Materials
China | Smart Materials in China
OnderzoeksgebiedenSmartmaterialszijntoepasbaarinveelverschillendesectoren.Vaakishetzelfdemateriaalinmeerderesectorenopuiteenlopendemanierenintezetten.Omeenoverzichttebiedenbepaaltdaaromniethettoepassingsgebied,maardeachtergrondofeigenschapvanhetmateriaaldevermelding.Kruisbestuivingenkennisoverdrachtkunnendekansoptoepassingbinnenverschillendeindustrie-enenonderzoeksgebiedenvergroten.
Bio-mimicryHetideeachterbio-mimicryisdatveeloplossingendieonderzoekersnajagenalindenatuurbestaan.Denatuurfunctioneerttenslotteinhetzelfdesysteemvanparametersenomgevingsfactoren.Eenbekendvoorbeeldvanbio-mimicryisdesuperhydrofobecoating,gebaseerdopdecoatingophetbladvandelotusbloem.Waterenstofrollenalshetwarevandezezelfreinigendecoatingaf.
Zo’ncoatingisnogeenredelijklow-techtoepassingvansuperhydrofobiciteit.Toepassingenin‘lab-on-a-chip’microflui-dicdeviceszijnookdenkbaar,waarbijhetvaakvanbelangisomkleinehoeveelhedenvloeistofgecontroleerdtetransporteren.DitsoortonderzoekvindtookinChinaplaats.(1)
InChinabaserenmeerdereprofessorenenonderzoeksinstellingenzichopbio-mimi-cryvoorhunonderzoeknaarnieuwesmartmaterials.Westerseuniversiteitenmerkenditopenvoerengezamenlijkonderzoekuitofstarteneengezamenlijklaborato-riumop,zoalsJilinUniversityenUniversityofNottingham(UK)datdedenmethetUK-ChinaJointLaboratoryonBiomimeticsofFunctionalSurfaces&FluidsInteractions.
OokShanghaiJiaotongUniversity(SJTU)iszeeractiefmetnieuwematerialenopbasisvanbio-mimicry.Zoalsineenapartenieuwsflitstelezenis,zijnonderzoekersbezigmethetcreërenvanstructurendielijkenopvlindervleugels.Metdezenieuwematerialenlukthetomeenzeerhogeefficiëntietehalenbijhetproducerenvanwaterstof.Deonderzoekerslijkenzichnog
nietterichtenopfotovoltaïsche(PV)toepassingen,maarhetisnietondenkbaardatookdaarrendementsvoordelentebehalenzijnmetdezetechnologie.
DezelfdegroepvanSJTUpubliceerdein2010ookalinteressanteresultatenmethetArtificialInorganicLeaf(AIL).Zebootstetoendestructuurvanhetbladvandeplantanemonevitifolianamettitaniumdioxideengebruikteditvoordeproductievanwaterstof.
Self-healingVeelonderzoekerszijnwereldwijdbezigmetself-healingmaterials,materialendiezichzelfnabeschadigingvanzelfrepareren.Zezorgenvoorveiligerconstructiesenverlagendeonderhoudskosten.
OokChinaisopditgebiedactief.Belangwekkendonderzoeknaarself-hea-lingbetonvindtplaatsinhetAdvancedCivilEngineeringMaterialsResearchLaboratory(ACE-MRL)vandeUniversityofMichigan.DitonderzoekwordtdeelsgesubsidieerdvanuithetChinaNationalScholarship-programma.Interessantisomteziendatdehoofdonderzoekervanditproject,professorVictorLiuitHongKong,contactheeftmetJiangsuBoteNewMaterials.DitbedrijfisgevestigdinNanjingenisnaareigenzeggenChineesmarktleiderophetgebiedvanbijmengselsvoorbeton.HetbedrijfdatopgerichtisvanuithetBuildingMaterialResearchInstituteofArchitecturalAcademyofJiangsuProvince,onderhoudtookcontactenmetdeTUDelftinNederland.
Naastself-healingbetonzijnerookvoorbeeldenvanself-healingcoatingsbijhetStateKeyLaboratoryofSupramolecularStructureandMaterialsvanJilinUniversityenself-healingpolymerenbijZhejiangUniversity.Ookoverdezetweevoorbeel-denzijnapartenieuwsflitsengeschreven.
ViscositeitViscositeitofstroperigheidiseenfysischemateriaaleigenschap.Demeestevloeistof-fenhebbeneentemperatuursafhankelijkeviscositeit,waarbijstijgendetemperatuurtotafnemendeviscositeitleidt.Voorveelmogelijketoepassingenzijndeviscositeits-
veranderingentegering,telangzaamoftecomplex.Hetafkoelenvaneenlitervloeistofineensecondevaltbijvoorbeeldnietmee.
Hetonderzoeknaarsmartmaterialsprobeertnieuwematerialentevindendieditwelmetrelatiefweinigenergiekunnen.
Eenvoorbeeldvanzo’nmateriaaliseenmagneto-reologischevloeistof:eensuspensievangemakkelijktemagnetiserenijzerdeeltjesineenolie.BeijingWestIndustries(BWI)kochtin2009hetMagneRideschokdempersysteemvanhetAmerikaanseDelphiAutomotivedatgebaseerdisopeenmagneto-reologischevloeistof.Deschokdemperskunnenwordenaangepastaanderijomstandighe-dendoordeelektrischestroomteregelendiedoordespoelenlooptendiedeviscositeitvandevloeistofindeschokdem-perbeïnvloedt.Hetgaatnietenkelommateriaalonderzoek;datwordtduidelijkuitdeverbeteringendieBWIdoorgevoerdheeftindeelektronischeaansturingvanhetsysteemendeelektrischespoelenindeschokdemper.Deaanpassingenhebbendeprestatiesaanzienlijkverbeterd.
Toepassingenvanviscositeitsveranderendevloeistoffenzijninallerleiindustrieëntebedenken.ZohebbenZonglinChuandYujunFengvanhetChengduInstituteofOrganicChemistryinChinaeengoedkoopsmartmaterialontwikkelddatsnelvanviscositeitverandertonderinvloedvanpH-wijzigingen.(2)Dezeeigenschapkanonderandereinteressantzijnvoordeolie-industriebijhetoppompenvanolie(ziebronvermelding).
Materialenwaarvandeviscositeittijdelijkverandertbijtoenemendeschuifspanningwordendilatantematerialengenoemd(Engels:shearthickening).Eenbekendvoorbeeldhiervanis‘sillyputty’.Ditmateriaalkangekneedworden,maarbijhogeimpactstuiterthet.Doordekrachtvaneenhamerkanhetzelfsversplinteren.Decombinatievanbuigzaamheidensnelletoenameinviscositeitmaaktdergelijkematerialenpotentieelinteressantvoorflexibeleballistischebescherming.OokinChinalijktdaarnaar,geletophetaantal
88 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamChina | Smart Materials in China China | Smart Materials in China
onlinesamenvattingenvanverouderdepublicaties,onderzoekplaatstevinden.Volledigeenrecentepublicatieszijnzeldentoegankelijk.
MetamaterialenMetamaterialenhebbenspecifiekeeigenschappendieveelalnietindenatuurvoorkomen.Vaakkomtdatdoorhunspecifiekestructuurennietdoorhunsamenstelling.Eenvaakbestudeerdvoorbeeldvanzo’neigenschapiseennegatievebrekingsindex.OokinChinavindtonderzoeknaardezespecifiekematerialenplaats.
ZohebbenWeiXiangJiangenTieJunCuivandeSoutheastUniversityinNanjingeenmetamateriaalgecreëerddatdemanierverandertwaaropradiogolveninteracterenmeteenkoperencilinder.Ditgebeurtzodanig,dathetvooreenradarsysteemlijktalsofdekoperencilindervaneenandermateriaalgemaaktis.Meerinforma-tieoverhetonderzoekstaatopdewebsitevandeAmericanPhysicalSociety.(3)
GeïnteresseerdeninditsoortonderzoekenzoudeneenvandeworkshopsensymposiakunnenbezoekendiegenoemdzijnopdewebsitevanhetCenterforComputationalElectromagnetics,StateKeyLaboratoryofMillimeterWaves,SoutheastUniversity.(4)
GeheugenmaterialenGeheugenmaterialen,inhetEngelsshape-memorymaterials,kunnenbestaanuitmetaallegeringen,polymerenofcomposieten.Eengeheugenmateriaalkanvaneenvervormde(tijdelijke)toestandterugkerenineenofmeerdereoriginelevormen.Ditdoenzeopbasisvanexternestimuli.Vaakisdittemperatuurverande-ring,maaranderestimulizoalslichtwordenookonderzocht.(5)
InChinavindtonderanderbijhetHarbinInstituteofTechnology,inhetCenterforSmartMaterialsandStructure,onderzoekplaatsnaarshape-memorymaterials,specifieknaarshape-memorypolymers(SMP),shape-memorypolymercomposites(SMPC)enElectroactivePolymers(EAPs).EAPszijneigenlijknetietsandersdangeheugenmaterialen.Zegaannietterug
naareenoriginelevormdoorexternestimuli,maargaanjuisttijdelijknaareenvervormdetoestanddooreenexternestimulus,namelijkeenelektrischveld.
ZijneralproductenopdeChinesemarktdiegebruikmakenvanSMP?Jazeker,hetinGuangzhougevestigdebedrijfManboruiMaterialTechnologymaaktgepatenteerdeSMPlabelsdiegebruiktkunnenwordentercontrolevandeechtheidvaneenproduct.(6)Naverhittingvanhetlabelwordenreliëftekenspermanentzichtbaar.Zo’nlabelkaneenbijdrageleverenaandebestrijdingvanvervalsteproducten.
Bronnen• 1)Iridescenceandsperhydrophobocitiy
combinedononesurface.http://www.
chinamedia.com/news/2012/01/21/
iridescence-and-superhydrophobicity-combined-
on-one-surface/
• 2)Stimuli-responsive‘smartfluids’reversibly
changeviscositywithpH.
http://www.nature.com/am/journal/2011/201102/
full/am201152a.html
• 3)Radarillusionviametamaterials.American
PhysicalSociety.
http://pre.aps.org/abstract/PRE/v83/i2/e026601
• 4)CenterforComputationalElectromagnetics,
StateKeyLaboratoryofMillimeterWaves,
SoutheastUniversity.Nanjing.
http://www.emfield.org/
• 5)Light-inducedShapeMemoryPolymer
Materials.ProgressinChemistry,CAS.
http://124.16.154.79/progchem/EN/abstract/
abstract10934.shtml
• 6)ChinaManboruiMaterialTechnology
http://www.china-mbr.com/
Meer informatieJaapvanEtten
Email [email protected]
IA China
89 | Advanced Materials
China | Geheugenmaterialen tegen namaakproducten
Geheugenmaterialen tegen namaakproducten
ManboruiMaterialTechnologyiseenbedrijfuithetzuidenvanChinadatzichonderanderebezighoudtmetpolymerengeheugenmaterialen;vooralvariantendiegeactiveerdwordenbijrelatieflagetemperaturen.Polymerengeheugenmaterialen(Engels:ShapeMemoryPolymeres,SMP)zijnmaterialendiedeeigenschaphebbendatzevanuiteentijdelijke(vervormde)toestandterugkunnenkereninhunorigineletoestandopbasisvaneenexternetrigger(vaakeentemperatuursverandering).HetvoornaamsteproductvanManboruiiseenSMPfolievoorlabelswaarin
informatieopgeslagenkanwordenindevormvanreliëftekensofeenlogo.Dezeinformatiewordtbinnenenkeleseconden(permanent)zichtbaaralshetlabeltot65°Cverhitwordt.Hetbedrijfziethiervoortoepassingenvooralinhetbestrijdenvannamaakproductendoororigineleproductenvanditsoortlabelstevoorzien.
Datzo’nlabeleenschakelineentotaleketenmoetzijn,isevident.Labelskunnenimmersgestolenenwaarschijn-lijkopdenduurookgekopieerdworden.Manboruigeeftdanookaandatzeeencompleteaanpakaanbieden.
Tekst op label zichtbaar na verhitting.
Bronhttp://www.china-mbr.com/
Meer informatieJaapvanEttenEmail [email protected]
Krasvrij na een regenbui
Wieherkentzichernietin?NeteennieuweSpykergekochtenvervolgenseenpaarkrasseneropvaneenwinkelwagen-tjebijdesupermarkt.Zouhetniethandigzijnalsdiekrassennaeenregenbuialssneeuwvoordezonverdwenen?
AlshetaanProf.JunqiSunvanhetStateKeyLaboratoryofSupramolecularStructureandMaterialsvanJilinUniversityligt,moetditmogelijkzijn.Hijenzijnonderzoeksgroephebben
namelijkeensupramoleculairecoatingontwikkelddiezichzelfhersteltineenvochtigeomgeving.
Deonderzoekersbrachtendepolyelectro-lytemultilayer(PEM)coatingaanopeensiliciumsubstraat.Vervolgensmaaktenzedaarinmeteenscalpeleenkrasenhebbengemetenhoelanghetduurdevoordatdekrashersteldwas.Ondergedompeldinwaterhersteldedekraszichinseconden,besproeidmet
waterduurdehetenkeleminuten,maarzelfsindrogeomstandighedenwasherstelnogmogelijk.Welduurdehetdaneenweek.Eenvandegrotevoordelenvandezezelfherstellendecoatingisdathijrelatiefeenvoudigengoedkoopteproducerenis.Deonderzoeksgroepheeftondertussenaleenpatentaangevraagdopdetechnologie.
Bronnenhttp://supramol.jlu.edu.cn/en/http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201105822/abstract
Meer informatieJaapvanEttenEmail [email protected]
90 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamChina | Geheugenmaterialen tegen namaakproducten China | Zelfherstellende gel
Zelfherstellende gel
Veelonderzoeksgroepenoverdewereldhebbenalonderzoekgepubliceerdoverzelfherstellendepolymeren.Eenvandeeerstedoorbrakenkwamin2001vanuitdeUniversityofIllinoisatUrbana-Champaign(UIUC).Onderzoekersdaarbedachteneenmanierommicrocapsulesintesluiteninpolymeren.Alshetmateriaalbeschadigdraaktebrakendezemicrocapsulesopen,waarbijeenvloeibareherstellendestofvrijkwam.Overdejarenheenzijnermeerdereinvalshoekenbedachtommaterialenmetzelfherstellendeeigenschappentecreëren.Ditleverdeverschillendematerialenopdieonderverschillendeomstandighedenhetzelfherstellendeprocesstartte.HiervoorwarensomshogetemperaturennodigofUV-licht,washettijdsbestekwaarinhetherstelplaatsvondrelatieflang,ofwashetproductieprocesvanhetzelfherstellendepolymeerte
complexendaardoortekostbaar.Chineseonderzoekershopennumethunonderzoekeenstapindegoederichtinggezettehebbenomzelfherstellendematerialentecreërendierelatiefgoedkoopensnelherstellendzijn.
EenonderzoeksgroepvanProfHuangFeihevandeDepartmentofChemistryopZhejiangUniversityhebbentweesoortensupramoleculairegelsontwikkelddiemiddelseenrelatiefsimpelprocesteproducerenzijn.Beidegelszijngebaseerdopeenmoleculairecross-linkingagentmetdibenzo-24-crown-8.Inexperimentenwerdendesupramoleculairegelstot100keerhunoriginelelengteuitgerektofbeschadigdmeteenmes.VolgensDr.ZhangMingming,deeersteauteurvandepublicatie,vondinbeidegevallenvolledigherstelbinnenenkeleminuten
dibenzo-24-crown-8
plaats.HetonderzoekenderesultatenzijngepubliceerdinAngewandte Chemie International Edition.Volume 51, Issue 28, pages 7011–7015, July 9, 2012.
Bronhttp://www.zju.edu.cn/c279955/content_2121350.html
Meer informatieJaapvanEttenEmail [email protected]
Zonnebadende vlinders
Zwartevlindervleugelsreflecterenweinigzonlichtenabsorberendaardooreengrootgedeeltevandeenergie.Hierdoorkunnenzeookinminderzonnigeomstandighedensnelopwarmen.“Kunnenwijdaarnietietsvanleren?”dachtbiomimicryspecialistProfTongxiangFanvandeShanghaiJiaoTongUniversity.Langwerdgedachtdatdezwartekleurbijvlindersveroorzaaktwerddoorpigment.EchtertoenProfFanenzijnteameenelektronenmicroscoopgebruikteomdestructuurvantweesoortenzwartgevleugeldevlinderstebestuderen,kwamenzetoteenandereconclusie.Zezagendatdevleugelsbestondenuitlangwerpigerechthoekige
schubben;vergelijkbaarmetdakpannen.Deschubbenhaddensteilerandenmetkleinegatendieuitkwamenopdetweedelaagvanschubben.Dezestructuurgeleidhetlichtnaardietweedelaagenzorgtervoordatnogmeerwarmtewordtopgevangen.
Metbehulpvaneen‘dip-calcining’proceswerdendevleugelsvandePapiliohelenusvlinderomgezetineenstructuurvantitaniumdioxide.DehiermeegeproduceerdeprototypekatalysatorwasvolgensFantweemaalzoeffectiefinhetomzettenvanwatermoleculeninzuurstofenwaterstof,daneenongestructureerdekatalysatorvanhetzelfdemateriaal.
BronDitonderzoekwerdinmaartvanditjaarbekendgemaakttijdenseenbijeenkomstvandeAmericanChemicalSociety.http://portal.acs.org
Meer informatieJaapvanEttenEmail [email protected]
Nanostructuren vlindervleugels. Bron: American Chemical Society
91 | Advanced Materials
Materialenonderzoek in India
Land | Artikel naamIndia | Materialenonderzoek in India
India
SamenvattingVolgensrecentonderzoekvanThompsonGlobalResearchneemtIndiamondiaalmomenteeldezesdepositieinophetgebiedvanonderzoekindemateriaalwetenschappen.India’sinvesteringeninweten-schapentechnologiestijgensterk.Naarverwachtingwordthetlanddaardoornogbelangrijkerophetgebiedvanmateriaalwetenschappen.Indiaisopmaterialengebiedooknualeeninteressantekennispartnereneenbelangrijkebronvaninternationaaltalent.DaarnaastwintIndiaalsmarktaanbelangvoorsectorenwaarmateriaalonderzoekdedrijvendekrachtisachterinnovaties.Denkbijvoorbeeldaandezonne-energiesectorendeautomotivesector.DeIndiaseoverheidstimuleertinnovatieindezesectorenactief.DetijdlijktrijpombrederesamenwerkingmetIndiatestimuleren.Internationaalgezienkomtersteedsmeeraandachtvoortechnisch-wetenschappelijkesamenwerkingmetIndiaophetgebiedvanmaterialen-onderzoek.OokvanuitNederlandwordenmomenteeldeeerstestappengezetvooreennauweresamen-werkingmetIndiaophetgebiedvanmaterialen.NederlandheeftinIndiaeengoedenaam,maarloopterondankszijninternationalepioniersgeestnietvoorop.
Sterke basis voor materialenonderzoek in India
DeIndiaseoverheidheeftinhaaronderzoeksbe-leidtraditioneeleensterkefocusopdebasisweten-schappen.Metconsequentstijgendeonderzoeks-budgettenheeftdeoverheiddebasisgelegdvooronderzoekvanwereldklasseophetgebiedvannatuurkunde,chemie,materiaalwetenschappen,ruimtevaartencivielenucleairetechnologie.
India’sinvesteringeninwetenschapentechnolo-giestijgenaljarensterk.NaarverwachtingzullendebudgettenvoorIndia’saankomendetwaalfdevijfjarenplanookweerveertigprocentbovendehuidigeniveausliggen.DewetenschappelijkeadviesraadvoordeIndiasepremierroeptzelfsoptoteenruimeverdubbelingvandeuitgavenaanwetenschapentechnologiealspercentagevanhetBrutoBinnenlandsProduct(vancirca1%nunaar2,5%in2020).Hettwaalfdevijfjarenplankenmerktzichverderdooreentoenemendeaandachtvoordeimpactvanonderzoekopdesamenleving.Zowordterhardgewerktaanmeerpubliek-privatesamenwerkingominnovatietestimuleren.
Materiaalonderzoek in de liftBijdemateriaalwetenschappenisdeimpactvangroeiendeinvesteringeninwetenschapen
technologiegoedtezien.Deonderzoeksbudgettenvoordemateriaalwetenschappenstegenindeperiodevan1995-2007metzo’ntienprocentperjaar(NISTADS,2008).Overdelaatstevijfjaarishetbudgetzelfstoegenomenmetzo’nvijfentwintigprocentperjaar(NISTADS,2010).Indiaisindezeperiodeuitgegroeidvaneenlanddatnauwelijksinternationaalpubliceerdetoteenbelangrijkespelerophetgebiedvandemateriaalwetenschap-pen.VolgensThompsonGlobalResearchstaathetlandmomenteelopdezesdepositieindewereldalshetgaatomhetaantalpublicaties.OverdeafgelopenvijfjaarpubliceerdeIndia12,693papers.AlleenZuid-Korea,Duitsland,Japan,deVerenigdeStatenenChinawarenindezelfdeperiodeproductiever.OokinhetbuitenlandleverenwetenschappersvanIndiaseoorsprongvaakeenbelangrijkebijdrageaanpublicatiesinditonderzoeksveld.
Publiek-private samenwerkingIndiaisopmaterialengebieddusaleeninteres-santekennispartnereneenbelangrijkebronvaninternationaaltalent.Datzal,methetverderstijgenvandeonderzoeksbudgetten,zekernietminderworden.DaarnaastwintIndiaalsmarktaanbelangvoorsectorenwaarmateriaalonderzoekdrijvendekrachtisachterinnovaties.Denk
92 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamIndia | Materialenonderzoek in India India | Materialenonderzoek in India
bijvoorbeeldaandezonne-energiesectorendeautomotivesector. IndezesectorenwerktIndiaaanpubliek-privatesamenwer-kingsverbandendiemoetenleidentoteengroeivandeinnovatiekrachtvandeeconomie.Indiawordtdaarmeesteedsinteressanteralsinternationalepartner.
Belangrijkste funding-organisatiesIndiaheeftverschillendefunding-organi-satiesdiezichrichtenopdemateriaalwe-tenschappenengerelateerdeinnovaties.HetDepartmentofScienceandTechnology(DST)iseenvandebelangrijkstefunding-organisaties.SamenmethetaanhetzelfdeministeriegekoppeldeCouncilforScientificandIndustrialResearch(CSIR)vormtdezeinstantiedebasisvoordefinancieringvanfundamenteelweten-schappelijkentoegepastonderzoekbinnendemateriaalwetenschappen.OokhetDepartmentofBiotechnology(DBT),eenanderonderdeelvanditministerie,speelteenbelangrijkerolbijmateriaalon-derzoek.HetDBTrichtzichdaarbijvoornamelijkopbiomaterialen.Meergespecialiseerdefunding-organistaties,zoalshetDepartmentofAtomicEnergy(DAE),deDefenceResearch&DevelopmentOrganisation(DRDO)endeIndianSpaceResearchOrganisation(ISRO),hebbenadditioneelonderzoeksgeldbeschikbaarvoorspecifieketoepassingsgebiedenbinnenhetmateriaalonderzoek.NaasthuneigenonderzoeksinstitutenfinancierenzevaakookonderzoekaanandereIndiasekennisinstellingen.
Belangrijkste onderzoeksinstellingen
QuaonderzoeksproductiviteitstaandeIndianInstitutesofTechnology(IIT’s)mondiaalopdevijfdeplaats,gemetennaardehoeveelheidpublicatiesophetgebiedvanmateriaalonderzoek(ThompsonGlobalResearch,2011).DeIIT’sblijveninternationaalnogwelachteralsmenkijktnaardehoeveelheidcitatenvanhunpapers(20e)enresearchimpact.AnderebelangrijkeinstitutenophetgebiedvanmaterialenonderzoekinIndiazijndelaboratoriavanhetCenterforScientificandIndustrialResearch(CSIR),deIndiasetegenhangervanTNO.Hetgaathierbijvoorbeeldominstitutenophetgebied
vanchemie,zoalshetNationalChemicalLab(NCL)inPuneenhetIndianInstituteofChemicalTechnologyinHyderabad.OokdemeeropfundamenteelonderzoekgerichteTataInstitutesforFundamentalResearchenhetIndianInstituteofScience(IISc)leverenbelangrijkebijdragenaanhetonderzoeksveld.
NanowetenschapIndiainvesteertsinds2001ooksterkinopkomendegebiedenzoalsdenanoweten-schappen.InitieelgebeurdeditmeteenrelatiefbescheidenprogrammabudgetonderhetNanoScienceandTechnologyInitiative.DaaropvolgdedeaanzienlijkgrotereNanoMissie.OnderdeNanoMissiezijndefondsenvoornanowetenschapomhooggegaanvanzo’n$25miljoenin2005,naar$50miljoenperjaarindeperiodevan2006tot2010.In2011zijnzegestegennaar$125miljoenperjaar.HetisduidelijkdatIndiainternationaaleenserieuzespelerwilzijninnanotechnologie.OnderdeNanoMissiezijnverschillendecentravoornanowetenschapopgerichtbinnenbestaandeIndiaseinstituten.Daarnaastzijnernanotechnologiecentragecreëerdmetspecialeproductfocus.EenaantalvandezecentraisactiefopgebiedendieinteressantzijnvoorNederland.
Topsector HTSMAlswekijkennaardeprioriteitsgebiedenvandetopsectorHightechSystemsenMaterialen,danspeeltIndiaaleenbelangrijkerolophetgebiedvanhumanresources.HetisteverwachtendatIndiaalstoeleveranciervaninternationaaltalentsteedsbelangrijkerwordt,omdatIndianogtotzeker2050jongblijftenEuropa,JapanenChinasnelvergrijzen.AlleenalvanuitditoogpuntishetbelangrijkomdebandenmetIndiasetopinstellingenverderaantetrekken.Metdegroeivaninvesteringeninmateria-lenonderzoek,wordtIndiadaarnaaststeedsinteressanteralskennispartner.OphetgebiedvandeNanoElectronicazijnonderanderehetgezamenlijkeCenterofExcellenceinNanoelectronics(CEN)vanhetIndianInstituteofScience(IISc),IITMumbaiendeactiviteitenvanIITKanpurophetgebiedvanprintbareelektronicaen
nanopatroneninteressantvoorNederland.OphetgebiedvanbiomaterialenzijninteressanteonderzoeksgroepenbijhetSreeChitraTirunalInstituteforMedicalSciencesTechnology,deIITsinKhanpur,DelhienMumbaienhetNationalCenterforBiologicalSciencesinBangaloreinteressantvoorNederland.
Zonne-energie Onderdein2010gelanceerdeJawaharlalNehruNationalSolarMissionisIndiauitgegroeidtothetopéénnainteressant-stelandvoorinvesteringeninzonne-ener-gie(Ernst&Young,2012).Naastheldereinvesteringsvoorwaardenvoorziethetplanookinfondsenvoortechnischedemon-stratieprojectenenR&D.DevoordesectormeestrelevanteonderzoeksinstitutenzijndeIIT’sinDelhi,JodhpurenMumbai.OokinhetCentreforAdvancedMaterialsvandeIndianAssociationfortheCultivationofScienceinKolkatavindtgerelateerdonderzoekplaats.Indiaheeftdaarnaasteenaantalpv-producentenmetinternatio-naleambities.VoorNederlandwordthetsteedsinteressanteromtekijkenofdenationalekennisnietbetervermarktkanwordeninIndia.
AutomotiveIndiaissnelinopkomstalsautomotive-markt.NaastenkeleIndiaseOEMs,zoalsTataenMahindra&Mahindra,iseenaantalgrotebuitenlandsefabrikantenactiefindebelangrijksteIndiaseproductie-centra.DeopkomstvanIndiacreëerteeninteressanteafzetmarktvoortoeleveran-ciersvancomponenten.DaarnaastbiedtIndia,waarvooralkleineauto’spopulairzijn,interessanteR&D-mogelijkheden.Denkbijvoorbeeldaandemateriaal-encomponentinnovatiesdievoorafgingenaaneenkleineautoalsdeTataNano.OpR&D-gebiedbegintdesectorinIndiazichsteedsmeerteorganiseren.Zekrijgtdaarbijsteunvandeoverheid.ZoiserhetIndiaseCooperativeAutomotiveR&Dconsortiumdatzichrichtoppre-competi-tiefonderzoek.Hetconsortiumfocustzichonderandereopdeontwikkelingvannieuwematerialenvoordeautomotiveindustrie.HetDuitseFraunhoferwerktsinds2011samenmethetconsortiumendeDuitseautomotivesectorinvesteert
93 | Advanced Materials
India | Materialenonderzoek in India
proactiefinIndia.OokvanuitNederlandisertoenemendeinteresse.DeNederlandsebandenmetdesectorzijnechternognietopvergelijkbaarniveaualsdeDuitse.
Internationale samenwerkingMetdesnelleopkomstvanIndiaisereengroeiendeinteressevoorinternationalesamenwerking.Ditzowelvanuitpolitiek-economischalsvanuitwetenschappelijkperspectief.MaterialenonderzoekiseenbelangrijkthemaindebilateralesamenwerkingmetlandenzoalsdeVerenigdeStaten,hetVerenigdKoninkrijk,Brazilië,Israël,Japan,DuitslandenFrankrijk.Strategischeinternationalesamenwerkingsprogram-ma’sopsubthema’sbinnenhetmateria-lenonderzoekhebbendepotentieomeenduidelijkeimpacttehebbenopgezamen-lijkepublicatiesindemateriaalweten-schappen(NISTADS,2010).DaarmeebiedtdittypesamenwerkingeneeninteressantemanieromalslanddeinteractiemetIndiatestimuleren.NederlandheeftinIndiaeengoedenaam,maarlooptondankszijninternationalepioniersgeestnietvoorop.DeuitwisselingtussenNederlandseenIndiasekennisin-stellingenbetreftvoornamelijkprofesso-renonderling.Momenteelzijnernogverrassendweinigstrategischesamenwer-kingsverbandenmetdebelangrijksteIndiaseonderzoeksinstituten.OmdeinteractietussenNederlandenIndiainmaterialenonderzoekverdertestimuleren,heeftNWOditjaareenonderzoekscallgelanceerdvoorfunctionelematerialen.DezecallbiedteenbasisomNederlandbetertepositionerenalsinteressantekennispartnervoorIndia.
Bronnen• Thompson Global Research, globalresearchreport
materialsscienceandtechnology,June2011
• Indiaasagloballeaderinscience,Science
AdvisoryCounciltothePrimeMinister2010
http://dst.gov.in/Vision_Document.pdf
• Ernst&YoungRenewableEnergyAttractiveness
Indextweedekwartaalvan2012.
• NISTADSIndiaS&T2008
• NISTADSIndiaS&T2010-2011
• http://www.nanomission.gov.in/
Meer informatieFreekJanFrerichs
Email [email protected]
IA India
94 | IA Special | november 2012
Zeldzame aardmetalen in Noord-Amerika
The Netherlans | Green Opportunities for the NetherlandsIndia | Materialenonderzoek in India Verenigde Staten en Canada | Zeldzame aardmetalen in Noord-Amerika
Verenigde Staten en Canada
Deonzekereaanvoervanzeldzameaardmetalen(RareEarthElements)uitChinavoordehightech-indu-strievormtindeVSeenhindernisvoorinnovatieenvoordehightechmaakindustrie.Metnameinpermanentemagnetenvoorduurzameenergieopwekkingenenergieopslagsystemenvoorbijvoorbeeldelektrischeauto’swordenveelzeldzameaardmetalenverwerkt.Ookanderesectorenzoalsdedefensie-industriestaanonderdruk.DefederaleoverheidenbedrijvenindeVSmakenvandegelegenheidgebruikomonderzoeknaarderecycling,verminderingvanhetgebruikenalternatievenvoor,zeldzameaardmeta-lentestimuleren.CanadazietdeonzekereaanvoerenslinkendereservesindeVSeneldersalseeneconomischekans.Hetlandkantotnutoeonrendabelevoorkomensvandewaardevollematerialengaanontwikkelen.ZowelindeVSalsinCanadaishetaantalexploratieprojectenindemijnbouwaan-zienlijkgegroeid.
IntroductieZeldzame aardmetalen zijn niet zo zeldzaam. Ze werden oorspronkelijk zo genoemd omdat zij in hun elementaire vorm onbekend waren en omdat ze in gesteenten in lage concentraties voorkomen. Dat maakt het moeilijk om ze uit ertsen te extraheren. Relatief grote hoeveelheden van deze materialen komen lokaal voor. China produceert momenteel ruim 97% van alle zeldzame aardmetalen [1,2]. Exportlimieten uit China zorgen voor een minder betrouwbare beschikbaarheid voor andere landen. Ook de VS ziet de limieten als hindernissen voor innovatie en fabricage in de hightech-industrie en in de bedrijvigheid voor duurzame energie. De politieke aandacht voor de beschikbaarheid van deze materialen en de relaties met landen waaruit de metalen afkomstig zijn, is de afgelopen jaren sterk toegenomen. De VS, de Europese Unie en Japan hebben in 2012 een zaak tegen de Chinese overheid aangespannen bij de World Trade Organisation over de exportpraktijken rond zeventien zeldzame aardmetalen, molybdeen en wolfraam [3,4].
HetDepartmentofEnergyindeVSonderzochtrecenthetkorte-enlangetermijngebruikendebeschikbaarheidvanenkelezeldzameaardmetaleninmetnamedecleantechsector[5].Metnamedeelementendysprosium,terbium,europium,neodymiumenyttriumwerdenalskritiekgelabeldvoordeontwikkelingvanonderandereduurzameenergietechnologie.Deelementencerium,
indium,lanthanumentelluriumgeldenindezeanalyseals‘near-critical’.
Zeldzameaardmetalenwordengebruiktineenscalavantoepassingen,zoalssterkemagneten.Desectorendiedezematerialengebruikenzijnzeerbreed,vanlaser-enradarsystemenengeleiderakettenindewapenindustrietotbatterijen,zonnepanelen,windturbinesenverlichtinginanderesectoren.Daarnaastwordenenkelezeldzameaardmetalengebruiktalskatalysatorenenvoorhetkrakenvanonderandereaardolie[6].
Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT)
DeinnovatiestrategievandeVSvoorzeldzameaardmetalenheeftdriedoelen.Deeersteisdediversificatievande‘globalsupplychains’,detweededeontwikkelingvanalternatievenvoor‘rareearthmetals’enmaterialenendederdeverminderdgebruik,hergebruikenrecycling[5].HetAdvancedResearchProjectsAgency–Energy(ARPA-E),dehigh-risk/high-gaininnovatietakvanhetDepartmentofEnergy,investeerdesinds2011eenbedragvan22,1miljoendollarinverkennendonderzoeknaaralternatievetechnologieënvooropwekkingenopslagindeenergiesector[7].HetRareEarthAlternativesinCriticalTechnologies(REACT)programmaomvatdertienprogramma’s.
95 | Advanced Materials
Verenigde Staten en Canada | Zeldzame aardmetalen in Noord-Amerika
Negendaarvanzijngerichtopmagneet-technologie.Tweeprojectengaanoversupergeleidendebedradingvoorwindtur-binesentweegaanoverEV-motoren.Bijdealternatievengaathetomgoedkoperemetalenzoalsmangaanennikkel.Eeneisis,datalternatievetechnologieëndehuidigeevenarenofovertreffen.
Grafeen in LithiumbatterijenEenvoorbeeldvaneenprojectdathetREACT-programmasteuntis:‘GrapheneNanostructuresforLithiumBatteries’[8,9,10].DitprojectwordtgezamenlijkuitgevoerddoorhetfederalelabPacificNorthwestNationalLaboratory,hetbedrijf VorbeckMaterialsCorp. enPrincetonUniversity.HetgraatomdeontwikkelingvanLi-ionbatterij-elektro-den.DezeelektrodenmakengebruikvanVorbeck’sgrafeen.Vor-xTMiseengepaten-teerdgrafeenmateriaaldatontwikkeldisopPrincetonUniversitydoordevakgroepvanprofessorIlhanAksay.Grafeenbestaatuitéénlaagkoolstofatomen-een‘sheet’-diehetmateriaalbijzondereeigenschap-pengeven.DoordatdesheetsvanVor-xTM
gekreuktzijn,wordtvoorkomendatzezichstapelenendusmeerderelagenkoolstofa-tomenvormen,waarbijdebijzondereeigenschappenverlorengaan.DoorhetfeitdatVor-xTMnietstapeltkanhetmateriaalalsdroogpoederwordentoegepast.In2009brachtVorbeckVor-inkopdemarkt,eengrafeengebaseerdegeleidendeinkt.
Hetbedrijfwerktnuaandeverdereproductieentoepassingenvanditbijzonderemateriaalindevormvansheets.
De royale voorkomens van zeldzame aardmetalen in Canada zouden de druk op de markt kunnen verlichten, mits de milieueffecten van het winnen van de metalen kunnen worden beperkt.
Doorgrafeentoetepassenopelektrodenkunnenoplaadbarebatterijenveelsnellerladen;ineenaantalminuteninplaatsvanuren.Ookbiedthetmateriaaldebeloftedathetbijtoepassinginhybrideaccusyste-menhetbereikvanelektrischeauto’svergroot.Hetdoelisomdezenieuwebatterijtechnologieopdemarkttekrijgen.VorbeckheefthiervooraleenrelatiemetTargrayTechnologyInternational.
Amerikaanse en Canadese winning van zeldzame aardmetalen
DeafhankelijkheidvanChineseexportenenexportbeperkingenheeftertoegeleiddatbedrijveninanderelandenlokalevindplaatsenbeginnenteontwikkelen.DeAmerikaansemijnMountainPasswastotdesluitingin2002degrootsteleveranciervanzeldzameaardmetalenindewereldenisrecentopnieuwinbedrijfgesteld.DemijnwordtzelfsuitgebreidmethetPhoenixProject[11],eennieuwefaciliteitwaarinuiteindelijkhetheleverwerkings-procesplaatszalvinden,vanbrekentotvermalingenseparatie.DeovernamevanhetCanadesebedrijfNeoMaterialsTechnologiesheeftMolycorptothetmeestverticalegeïntegreerdebedrijfgemaaktophetgebiedvanUltra-High-PurityRareEarthProcessing.
Canadaiseengrotegrondstoffenleveran-cier.Hetlandwilzichpositionerenalseenbetrouwbareaanvoerpartnervanzeldzameaardmetalen[1],metnamevoordeAmerikaansemarkt.Daarvoorkomtnunognegentigprocentvandegeïmporteer-demetalenuitChina.DereservesaanzeldzameaardmetaleninCanadawordengeschatopeenwaardevanongeveer163miljardeuro.
Hetwinnenenverwerkenvanzeldzameaardmetalenkanzeerschadelijkzijnvoorhetmilieu.Economischrendabeleafzettingenvanzeldzameaardmetalenkomenmeestalvoorinertsenwaarinookderadioactieveelemententhoriumenuraniumvoorkomen.Zeldzameaardmeta-lenwordengeëxtraheerdengescheidenmetbehulpvanzuren,waarnaeenradioactiefentoxischsliboverblijft.Ditafvalkangrotemilieuproblemenveroorzakenwanneerhetnietzorgvuldigwordtverwerkt.
InCanadazijnkomenzeldzameaardmeta-lenvooralvoorinzwarteschalies,bijvoorbeeldzoalsdieinhetAlbertaBlackShaleProject.Dezeafzettingenwareneerdernietbruikbaar.Winningzouzeerschadelijkzijnvoorhetmilieuvanwegedegrotehoeveelhedencyanideenarsenicumdienodigwarenvoorhetextraheren.Tegenwoordigbestaatereenmilieuvrien-delijkerenkosteneffectieveretechnologie
In Vor-x zijn grafeenlagen volledig van elkaar gescheiden. Vanwege de gekreukte morfologie kunnen de individuele sheets niet meer in de normale structuur van grafeen aggregeren.Bron: www.vorbeck.com
96 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamVerenigde Staten en Canada | Zeldzame aardmetalen in Noord-Amerika Verenigde Staten en Canada | Zeldzame aardmetalen in Noord-Amerika
diegebruikmaaktvanwater,luchtenmicrobiëleactiviteit,genaamd‘bioheapleaching’[12].Dezemethodekaneenoplossingbiedenvoorhetmilieupro-bleem,maardetechnologiewordtnognietbreedtoegepast.
OpmeerdereplekkeninCanadavindtexploratieplaatsmethetoogopdewinningvanzeldzamemetalen.VeelprojectenvindenplaatsmetJapansepartnersuitoverheidofindustrie.
ConclusiesDepolitiekeeneconomischeproblematiekronddebetrouwbareaanvoervanzeldzameaardmetalenindeVSenCanadaleeftsterk.DeklachtvanJapan,deVS,endeEUtegenChinabijdeWTOispasrecentingediend.DeroyalevoorkomensvanzeldzameaardmetaleninCanadazoudendedrukopdemarktkunnenverlichten,
mitsdemilieueffectenvanhetwinnenvandemetalenkunnenwordenbeperkt.DesalnietteminzetdeVSinopdeontwik-kelingvanalternatievetechnologieënenhetverminderenvanhetgebruikvanzeldzameaardmetalenindehightechindustrie.Hetisduidelijkdatdezeontwikkelingenindekomendejarenzullenmoetenwordendoorgezet.
Bronnen • [1]TheCanadianChamberofCommerce-
Canada’sRareEarthDepositsCanOfferA
SubstantialCompetitiveAdvantage,april2012:
http://tinyurl.com/cs5vucf.
• [2]USGeologicalSurvey–MineralCommodity
Surveys:http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/
mcs/
• [3]CNN-ObamaannouncesWTOcaseagainst
Chinaoverrareearths,13maart2012:http://
tinyurl.com/d2wnbqq.
• [4]TheWallstreetJournal-WTOtoProbeChina’s
Rare-EarthPolicies,24juli2012:http://tinyurl.
com/c7yga6d.
• [5]VerenigdeStaten:CriticalMaterialsStrategy
2011–SuzannedeGrootenKarinLouzada:
http://tinyurl.com/cw8taqg.
• [6]Interactiefperiodiektabelmetinformatieover
zeldzamemetalenenaarden:http://avalonrare-
metals.com/rare_earth_metal/
• [7]USDepartmentofEnergy-REACT-
ALTERNATIVESTOCRITICALMATERIALSIN
MAGNETS:http://tinyurl.com/c26rdpg.
• [8]PacificNorthwestNationalLaboratory-
Batteryresearchcouldleadtoshorterrecharge
timeforcellphones,13juli2012:http://tinyurl.
com/2fmhcp5.
• [9]BusinessWire-VorbeckMaterialsannounces
collaborationwithPNNLtodevelopgraphene
productforbatteries,13juli2012-http://tinyurl.
com/cuf6qdv.
• [10]VorbeckMaterials:http://vorbeck.com/
functionalized.html
• [11]Molycorp–ProjectPhoenix:http://tinyurl.
com/cdrqy9d.
• [12]AuraEnergy-bio-heapleachinganimation:
http://tinyurl.com/bsz3l5f.
Meer informatieKarinLouzada
Email: [email protected]
IA Verenigde Staten
Bedrijf Project Status
Avalon Rare Metals Inc. Nechalacho Rare Earth Element Project, Thor Lake, Northwest Territories. [LREE en HREE].
Productie op volle capaciteit in 2015.
Great Western Minerals Group Ltd.
Hoidas Lake Project, noordSaskatchewan. [neodymium]Plus Red Wine Property, Labrador [HREE] en twee andere sites.
Ontwerpfase, start productie in 2015–2016.
Midland Exploration Inc. Ytterby, Quebec. Exploratie gestart 2011.
Pele Mountain Resources Eco Ridge Mine, Elliot Lake, Ontario. [Uranium and Rare Earth Elements]
Focus op duurzame ontwikkeling.
Matamec Explorations Inc. Zeus, Quebec . [HREE] Exploratie.
Quest Rare Earth Mineral Ltd.
Strange Lake en Misery Lake, Quebec. [HREE]
Onbekend.
Cache Exploration Inc. Welsford, New Brunswick en Cross Hills en Louil Hills, Newfoundland.
Exploratie.
Kirrin Resources Inc. Meerdere projecten in Newfoundland, Labrador en Quebec.
Exploratie.
Forum Uranium Corp. North Thelon Project, Nunavut. Veelbelovend.
LREE = Cerium groep elementen: La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, en Gd.
HREE = Yttrium groep elementen: Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, en Y.
97 | Advanced Materials
Land | Artikel naamVerenigde Staten en Canada | Steeds meer techniek in Noord-Amerikaans textiel
Steeds meer techniek in Noord-Amerikaans textiel
SamenvattingDetextielindustrieiseenzeerveelzijdigeenonderzoeksintensievesector.InNoordAmerikaverschuiftdefocussteedsmeernaartechnischetextielenmetbijvoorbeeldbeschermendeeigenschappen.Partnerschappeninopeninnovatie-verbandenmetgrotechemischebedrijvenzijninopkomst.Steedsmeerbedrijvenkomenterechtophetraakvlaktussentextielenanderesectoren.EenvoorbeeldisOryon,datlichttechnologieintegreertmettextielenanderematerialen,vooralomfunctionaliteittoetevoegen.
De textielindustrie is in Canada geconcentreerd in de provincies Québec en Ontario en in de VS in de oude katoenstaten, vooral North en South Carolina. Canada werkt sinds een aantal jaren aan de omschakeling van de textielindustrie van massaproductie naar technische en hoogwaardige producten. Zowel de VS als Canada stimuleert de ontwikkeling van materialen met bijzondere eigenschappen, bijvoorbeeld beschermende eigenschappen, die geïntegreerd kunnen worden in verschillende soorten textiel. Het North Carolina State University College of Textiles is een topinstituut in de wereld in textielonderzoek en het testen van de functionaliteit van weefsels.
In2008ontwikkeldedeCanadesetextielsectoreenroadmapvoordetoekomst[1].Inhettwintigjaren-planrichtdeindustriezichopgespecialiseerdeproductenalstechnischetextielenenanderehoogwaardigeproducten.Hiervoorwordtgeïnves-teerdinonderanderecomposieten,hybridetechnologiënvangeweven,gebreideennon-woventextielen,intelligentetechnologie,nanotechnolo-gieenhigh-performancevezelsenstoffen.
Tijdensdetweedefase,indeovergangnaardederdeenlaatstefasevanhetactieplan[2],werktdesectoraandestrategischeinzetvanwetenschappe-lijkeentechnologischebronnenendeimplemen-tatievancoöperatieveR&D-platforms.Hetdoelisomperjaartenminsteéénconsortiumoptezettenmetinternationalepartnersinéénvandeprioriteitssectoren.Omhetconcurrentievermogenvandeindustrietevergrotenmoetdesectorwordenbegeleidindeovergangvanmassaproduc-tienaarontwerp,ontwikkelingencommercialise-ringvangespecialiseerdeproducten.DeCanadesetextielindustrieomvatmeerdanvierhonderdbedrijven,voornamelijkindeprovinciesQuébecenOntario.In2005werddesectorgeschatopeenomzetvan4,9miljardeuro.
DeexportvanCanadeestextielbedroegongeveer2,1miljardeuro.InomzetwashetdezesdeexportindustrievanCanadain2006.Zo’n241bedrijveninCanadazijnactiefinhoogwaardigeentechnischetextielen,waarvan118bedrijvenexclusiefindezesectoren.Hetgrootsteaantalbedrijvenisactiefinverschillendesectorenvantextielvoortechnischgebruik(oftewelde“TechnicalUsageTextiles”,TUTs):‘protech’,beschermendtextiel,‘indutech’,industriëlematerialenvoorbijvoorbeeldfiltratieenelectro-nica,‘buildtech’,specialetextielvoordebouw,‘mobiltech’,inallerleivervoermiddelenen‘medtech’,toepassingenvoorgezondheidenhygiëne.Technischtextielwordtgedefiniëerdalstextielwaarininnovatievematerialenwordenverwerktofwaarvoorinnovatieveproductieproces-sennodigzijn.Dezematerialenwordengeïnte-greerdinanderematerialenendrageneigenschap-penbijalsgeleidbaarheid,brandwerendheidenwaterafstotendeeigenschappen.
ElastoLite is een meerlaags polymeerfilm die met behulp van fosfor elektrische energie omzet in licht.
EenvoorbeeldvaneenspecialistischCanadeesbedrijfindeprotech-sectorisTen4BodyArmor[3].Ditbedrijfisgespecialiseerdinantiterrorisme-toepassingen,waaronderbommendekensenmaterialenvoorhetbeperkenvandegevolgenvaneenontploffing.Eenanderbedrijfdathoogwaar-digeproductenmaakt,inditgevaltechnische(buiten-)sportkleding,isCoalision[4].
98 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naam Land | Artikel naamVerenigde Staten en Canada | Steeds meer techniek in Noord-Amerikaans textiel Verenigde Staten en Canada | Steeds meer techniek in Noord-Amerikaans textiel
Toonaangevend TechnischenhoogwaardigtextielkontindeVSvoornamelijkuitNorthenSouthCarolina.DezeregiowassamenmetdeanderezuidelijkestatenVirginia,GeorgiaenAlabamahistorischgezienhetgebiedwaardetabaks-enkatoenindustrieëncentraalstonden.Deregioisnuvooralbekendleidendindeautomobielsectorenandereindustriën.Nogaltijdvindterhoogwaardigetextielproductieplaats,bijvoorbeeldvanKevlarvanDuPontinSouthCarolinaenvanDyneemavanDSMinNorthCarolina.
HetNationalTextileCenteriseenfederaalgefinancierdonderzoeksconsortiumvanAuburnUniversity,ClemsonUniversity,CornellUniversity,GeorgiaInstituteofTechnology,NorthCarolinaStateUniversity(NCSU),UC-Davis,UMass-DartmouthenPhiladelphiaUniversitydiehierinsamenwerken[5].VooralhetCollegeofTextilesvanNCSUiseenzeervooraan-staandonderzoekscentrumoptextielge-bied.HetCollegeofTextilesbevathetNonwovensInstitute,hetTextileProtectionandComfortCenterenhetInstituteofTextileTechnology.HetNonwovensInstituteishetfundamenteleentoegepasteonderzoeks-enonderwijsin-stituutvandeCollege.HetTextileProtectionAndComfortCenter(T-PACC)iseenmultidisciplinaircentrumvoortestenenevaluerenvandebeschermendewerkingenhetcomfortvankledingstuk-ken[6].Hetcentrumrichtzichopdebeschermingtegenhitteenvuur,chemi-scheafweerencomfortmetdeparametersgevoelstemperatuur,stijfheid,permeabili-teitenademendeeigenschappen.Hetcentrumheefteenruimtewaardetemperatuur,vochtigheidenwindomstan-dighedenkunnenwordeningesteldominsituchemischeabsorptie-experimententekunnenuitvoerenmetproefpersonen,de‘ManInSimulantTest’[7].HetInstituteofTextileTechnology(ITT)werddoordetextielindustriein1944opgerichtenisaanNCSUverbonden[8].Ditinstituutsteltzichtendoelombeurzenaanstudententeverlenen,coöperatiefonderzoekteondersteunenenominformatieopeencentraalpuntteverzamelen.
EenvoorbeeldvanmultidisciplinaironderzoekdatopNCSUplaatsvindtishetopzettenvaneendatabasevanvezelsenvervenvoorforensisch‘traceevidence’-onderzoek.HetComparativeFinishedFiberAnalyticalDatabase(COMFFAD)projectwordtdoorhetNationalInstituteofJusticegefinancieerdenmaaktgebruikvanchromatografieenmassaspectrometrieomdechemischesamenstellingendeconcentratievanverfinvezelstebepalen[9].
Inseptember2012gingNCSUeenmeerjarigesamenwerkingaanmetdeEastmanChemicalCompany[10].Eastmandraagtinzesjaartienmiljoendollar(7,7miljardeuro)bijaandeontwikkelingvanhetEastmanChemicalCompanyCenterofExcellence(ECCE).DaarnaastzalhetEastmanInnovationCenter(EIC)laborato-riumin2013wordengebouwd,waarhetbedrijfookzelfeenvasteplekopdeonderzoekscampusvandeNCSUkrijgt.Verschillendeafdelingenzullendeelnemenaandeeersteprojectenvanonderzoekssa-menwerkingviahetopeninnovatie-model,waaronderhetCollegeofTextilesenhetNonwovensInstitute.
Flexibele, lichtgevende technolo-gie van Oryon
MaarookbuitendeCarolinaswordeninteressantetextielengemaakt,bijvoor-beeldOryonTechnologies,Inc.uitTexas[11].OryonontwikkeldehetgepatenteerdeELastoLite®,eendun,flexibel,vouwbaar,enwaterwerendverlichtingssyteemdatverwerktkanwordeninverschillendeapplicaties.Hetbedrijfisineersteinstantiegerichtoptextiel,sport-enveiligheidskle-dingenmembraanschakelaars.ElastoLiteiseenmeerlaagspolymeerfilmdiemetbehulpvanfosforelektrischeenergieomzetinlicht.Hetproductproduceertgeenwarmte,isenergie-efficiëntenheeftgeenexternelichtbronnodigzoalsdatbijreflectiematerialenwelhetgevalis.Delichtbronkanopvrijwelelkmateriaalwordengeprint,waaronderstof,leerenvinyl.Hetmateriaalismachinewas-endroogbaar.
Momenteelwordthetmateriaalveelvuldiggebruiktinmobieletelefoons,bijvoor-beeldondertoetsenboorden.Daarnaastkanhetinallerleikleurenenvormenwordengemaakt.In2010werdElastoLite
Figuur ElastoLite® van Oryon Technologies Inc. bestaat uit meerdere lagen materiaal en is verwerkbaar in textielen applicaties.Bron: http://www.oryontech.com/elastolite/elastolite-overview
99 | Advanced Materials
Verenigde Staten en Canada | Steeds meer techniek in Noord-Amerikaans textiel
verwerktindekostuumsvoordeDisneyfilm‘Tron:Legacy’.NaaraanleidingvandefilmontwikkeldeAdidassamenmetOryonschoenenwaarinhetElastoLiteisgebruiktomeenfuturistischehigh-techlooktecreëren.
Bronnen • [1]CanadianTextileTechnologyRoadmap.Tabel5
oppagina33geeftvoorbeeldenvanbedrijvenin
dezesectorinCanada,http://tinyurl.com/
cyxgtnk.
• [2]CanadianTextileTechnologyRoadmap-
Actionplan:http://tinyurl.com/8ozstfb.
• [3]Ten4BodyArmor:http://www.ten4bodyar-
mor.com/
• [4]Coalision:http://www.coalision.com/about/
• [5]TheNationalTextileCenter:http://www.
ntcresearch.org/mission.htm
• [6]TextileProtectionAndComfortCenter:http://
www.tx.ncsu.edu/tpacc/
• [7]ManInSimulantTest:http://tinyurl.com/
btlv342.
• [8]InstituteofTextileTechnology:http://www.itt.
edu/
• [9]ComparativeFinishedFiberAnalytical
Database:http://tinyurl.com/c88bljm.
• [10]NCStateSignsInnovativeResearch
AgreementWithEastmanChemicalCompany:
http://tinyurl.com/bww4jpa.
• [11]OryonTechnologies,Inc.:http://www.
oryontech.com
Meer informatieKarinLouzada
Email: [email protected]
IA Verenigde Staten
Figuur ElastoLite® verwerkt in Adidas sneakers. Bron: http://www.nicekicks.com/2010/08/oryon-tron-legacy-adidas/
100 | IA Special | november 2012
The Netherlands | Artikel naamVerenigde Staten en Canada | Steeds meer techniek in Noord-Amerikaans textiel Verenigde Staten en Canada | Zelfherstellende materialen in Noord-Amerika
Zelfherstellende materialen in Noord-Amerika
SamenvattingWatzouermooierzijndannooitmeernaardegaragehoevenalsjeautokrassenheeft?Datzichgeenroestvormtindekrassenopeenschip?OfdatdekrassenophetschermvanjeiPhoneofjebrilleglazenvanzelfweerweggaan?Hetklinktfuturistisch,maarhetisvandaagalmogelijkmetbehulpvanzelfherstellendematerialen.Erzijnverschillendemanierenwaaropeenmateriaalzichzelfkanherstellen.Erisookveelvariatieindetoepassingvandebetreffendematerialen.Sindsdeeerstegrotedoorbraakinzelfherstellendematerialenin2001doordeUniversiteitvanIllinoiszijnergrotestappengezetinhetonderzoeknaarendetoepassingvandezematerialen.Wieweetwatdetoekomstnoggaatbrengen?Hetisomtebeginnenbelangrijkomhetverschiltussenzelfherstellendeenherstellendematerialenaantegeven.Bijherstellendematerialenisereenexternestimulusnodigomhethelingsprocesingangtezetten,indevormvanwarmte,lichtofdruk.Bijzelfherstellendematerialentreedthetherstelprocesdirectinwerkingalshetmateriaalbeschadigdraakt.Kunststoffenkunnenopverschillendemanieren(zelf )herstellendzijn,afhankelijkvanhetsoortkunsttof.
ThermoplastenEenvoorbeeldvanherstellendematerialenzijnthermoplasten-kunststoffendiebijverhitting(weer)zachtworden.Hetvoordeelvandezematerialenisdatzemakkelijktevormenenherbruikbaarzijn.Nadeelisdatzebijbrandofsterkeverhittingsmeltenendaardooreenveiligheidsrisicovormen.Bepaaldethermoplasti-schematerialenkunnenherstellennatoevoegingvanwarmte,UV-lichten/ofdruk.Ditveroorzaaktmoleculaireversmelting(Diels-Alderreactie),waardoordebeschadigingweerverdwijnt.[1]
UV-lichtMomenteelonderzoektdeUniversityofSouthernMississippieenmateriaaldatroodverkleurdbijbeschadiging.Nahetbeschijnenvandebeschadi-gingmetUV-licht,zoalszonlicht,envariatiesinpHoftemperatuurherstelthetmateriaaldoormoleculaireversmeltingenverdwijntookderodekleur.[4,5&6]
Draadversterkte vormgeheugenlegering Doorhettoevoegenvanvormgeheugenlegeringdradenaaneenmateriaalkanditmateriaalnavervorming‘uitzichzelf ’weerindeoorspronke-lijkevormkomen.Hetmateriaalkangrotetrekkrachtenaan,zonderblijvendtedeformeren.Dedradentrekkensamenalszeverhitworden.Alsdradenmetvormgeheugenaaneen(zelf )herstellendmateriaalwordentoegevoegd,verkleintditdehoeveelheidherstellendestofdienodigisomdescheurtevullendoordatdedradendescheural‘dichtduwen’.
DeSyracuseUniversityinNewYorkstateonder-zoektmomenteeleencoatingdiegebruikmaaktvanherstellendmateriaalondersteunddoorvormgeheugenmateriaal(SMASH).Decoatingbestaatuitthermoplastischemicrovezels(bijvoor-beeldpolyε-caprolactone,PCL)diewillekeurigverdeeldzijnineenvormgeheugenpolymeermatrix(bijvoorbeeldepoxy).Metbehulpvanverhittingvanhetmateriaalbovendesmelttempe-ratuurvandemicrovezelsendetransitietempera-tuurvandematrixwordenertweegebeurtenisseninganggezet.Teneerstehersteltdematrixzichmetbehulpvandeopgeslagenenergie(warmte),descheursluit.Tentweedesmeltendemicrovezelswaardoordeovergeblevenscheurzichvultmethersteldmateriaal,descheurwandenhechtenzich.[10]
ThermohardersThermohardersdaarentegenzijnkunststoffendiebijverhittinghardblijvenenhunvormbehouden.Nadeelisdatzeniethergebruiktkunnenworden,brosserzijndanthermoplastenenlastigterepareren.Ditbiedtgoedekansenvoorzelfherstel-lendesystemen.Erzijnglobaaldriegroepenzelfherstellendesystemen,teweten:• herstellendestoffeninmicrocapsules,• holleglasvezelsystemenen• 3Dmicrokanaalstructuren
Herstellende stoffen in microcapsulesBijeensysteemmetherstellendestoffeninmicrocapsulesishetthermohardendemateriaalgemixtmetmicrocapsulesgevuldmeteen
101 | Advanced Materials
Verenigde Staten en Canada | Zelfherstellende materialen in Noord-Amerika
herstellendestof.Ookbevatdemixzogehetenkatalysator-deeltjes.Bijscheuringofdelaminatiebrekendemicrocapsulesenkomtdehestellendestofinaanrakingmetdeingebeddekatalysator-deeltjes.Daardoorwordtdebeschadigingweeropgevuldmetuitgehardmateriaal.Erkunnenooktweesoortenmicrocapsulesinhetmateriaalgemixtworden,éénmetherstellendestofenéénmeteenkatalysa-tor(ziefiguur1a).[1]Alsherstellendestofenkatalysatorwordenvaakbepaaldecombinatiesgebruikt,bijzowelhetmicrocapsulesysteemalsbijhetholleglasfibersysteemende3Dmicroka-naalstructuren.Inonderstaandetabelstaandemeestgebruikteherstellendestof-katalysatorcombinatiesbeschreven.
Holle glasvezelsystemenBijholleglasvezelsystemenwordthetthermohardendemateriaalgemixtmetholleglasvezelsgevuldmetherstellendestof.Alsdezestukgaanlatenzeharsen/ofverhardervrij.Daardoorwordtdeontstanescheurweergevuld.Sommigeholleglasvezelsbevattenhars,andereverharder.Hetkanookzijndatdevezelsharsbevattenendatdeverharderalsmicrocapsulesinhetthermohardendemateriaalzijnverwerkt.(ziefiguur1b).Voordeelvandezemethodeisdespecifiekesterkteenstijfheidvanmateriaaldatversterktismetholleglasvezels.Vezelversterktmateriaalisminderbestandtegenstootbelasting,diedelaminatiekanveroorzaken.Vervangingvandevezelsdoorholleglasvezelsmetzelfherstellend
materiaallostditprobleemopdoordathetmateriaalzichzelfnastootbelastingrepareert.
3D microkanaalstructuren Hetsysteemvanhetverwerkenvan3Dmicrokanaalstructurenineenmatrixisgebaseerdopbiologischezelfherstellendestructuren,zoalsdemenselijkehuid.Bij3Dmicrokanaalstructuren wordtmetbehulpvaneenverwijderbare3Dmicrokanaal-structuurvan‘offervezels’(zoalspolylacticacid,PLA)eennetwerkinhettermohar-dendemateriaalgecreëerd.(ziefiguur1c)(PLA)offervezelswordeninde3Dstructuurgewevendieingebedwordenineenmatrix(bijvoorbeeldepoxy).DoorverhittingvandezecomposietverdampthetPLA,naverwijderingblijftereennetwerkvanhollekanaaltjesachterindematrix.Ditnetwerkkangevuldwordenmetzelfherstellendestofeneenkatalysatorofmetalleendezelfherstellendestofendekatalysatorgemixtdoorhetthermohardendmateriaal.[9]Hetisookmogelijkdekatalysatoralstopcoatingaantebrengenophetmateri-aal.[11]Grootvoordeelvandezemethodeisdathetmateriaalzichzelfmeerdaneensopdezelfdeplekkanrepareren.Hetaantalkeerdathetmateriaalzichzelfopdezelfdeplekkanherstellenhangtafvandeeindigehoeveelheidzelfherstellendestofenkatalysatorinhetmateriaal.MomenteellooptereenonderzoekaandeUniversityofIllinoisatUrbana-Champaignomeensysteemteontwikkelendatvooreenconstanteaanvoervandezelfherstellendestofendekatalysatorzorgt.Daarmeekanhetmateriaalzichzelfinprincipeeenoneindigaantalkerenherstellen.[2]
Onderzoek en ontwikkeling in Noord-Amerika
ErzijnverschillendeuniversiteitenindeVerenigdeStatenenCanadadiezelfherstel-lendematerialenonderzoeken,vooralinhetnoordoostenaandeoostkustvandeVerenigdeStaten.DegrootsteisdeUniversiteitvanIllinoisinUrbana-Champaign.
Universiteitendieonderzoekdoennaarcementachtige composieten en betonzijn:• DukeUniversity,DurhamNC:Centerfor
BiomolecularandTissueEngineering
Figuur 1. A. Zelfherstellend materiaal bestaande uit microcapsules met herstellende stof en katalysatordeeltjes geïntegreerd in een polymeer matrix. (i) Schade veroorzaakt door scheurvorming in de matrix. (ii) Scheur opent de microcapsules en de vloeibare herstellende stof komt vrij in de scheur. (iii) De herstellende stof polymeriseert na contact met de geïntegreerde katalysator, waardoor de scheur gesloten wordt. (iv) Typisch SEM beeld van ureum-formaldehyde microcapsules die dicyclopentadieen bevatten, bereid door emulsiepolymerisatie in situ micro-inkapseling. B. (i) Schematische weergave van zelf herstellende concepten voor holle glasvezel polymeer matrix composieten. Gebruik van eendelig hars (bovenste weergave), tweedelig hars en verharder (middelste weergave) of hars met een katalysator/verharder (onderste weergave). (ii) Typisch scanning elektronenmicroscopie (SEM) beeld van holle glasvezels. C. Zelfherstellend materiaal met 3D microkanaalstructuren. (i) Schematische weergave van een capillair netwerk in de dermis huidlaag met een snee in de epidermis huidlaag (ii) Schematisch diagram van een zelfherstellende structuur bestaande uit een microvasculair substraat en een brosse epoxy coating met ingesloten katalysator. (iii) Optische beeld van het 3D-microvasculaire netwerk ingebed in een epoxy matrix. (Aïssa et al., Advances in Materials Science and Engineering [1])
102 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamVerenigde Staten en Canada | Zelfherstellende materialen in Noord-Amerika Verenigde Staten en Canada | Zelfherstellende materialen in Noord-Amerika
• UniversityofMichigan,AnnArborMI:DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering
Universiteiteneninstellingendieonderzoekdoennaarmetalenenlegerin-genzijn:• UniversityofFlorida,GainesvilleFL:
MaterialsDesignandPrototypingLaboratory(DepartmentMaterialsEngineering)
• NASA-KennedySpaceCenter,FL:CorrosionTechnologyLaboratory
• USArmyCorpsofEngineers-ConstructionEngineeringResearchLaboratory,ChampaignIL:EngineerResearchandDevelopmentCenter(ERDC-CERL)
Universiteiten,bedrijveneninstellingendieonderzoekdoennaarcomposieten en polymeren zijn:• UniversityofIllinoisatUrbana-
Champaign,IL:BeckmanInstituteforAdvancesScienceandTechnology,DepartmentofMaterialsScience&Engineering,DepartmentofMechanicalScienceandEngineering,DepartmentofAerospaceEngineering,DepartmentofChemistry,DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering
• CUAerospace,ChampaignIL• DukeUniversity,DurhamNC:
DepartmentofChemicalandBiologicalEngineering,DepartmentofChemistryandCenterforBiologicallyInspired
MaterialsandMaterialsSystems• USArmyResearchLaboratory,Aberdeen
ProvingGroundMD:RodmanMaterialsResearchCenter(RDRL-WMM-GofC)
• USArmyResearchLaboratory,AdelphiMD• SyracuseUniversity,SyracuseNY:
BiomedicalandChemicalEngineering,SyracuseBiomaterialsInstitute,MechanicalandAerospaceEngineering
• DrexelUniversity,PhilidelphiaPA:DepartmentofChemicalandBiologicalEngineering
• MontanaStateUniversity,BozemanMT:MechanicalandIndustrialEngineering
• IowaStateUniversity,AmesIA:DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,AmesLaboratory
• CaseWesternReserveUniversity,ClevelandOH
• UniversityofSouthernMississippi,HattiesburgMS:SchoolofPolymersandHighPerformance
Universiteiten,bedrijveneninstellingendieonderzoekdoennaar toepassing in de ruimtevaart zijn:• ConcordiaUniversity,MontrealQuebec,
Canada:ConcordiaCentreforComposites(DepartmentofMechanicalandIndustrialEngineering)
• McGillUniversity,MontrealQuebec,Canada:ShockWavePhysicsGroup(DepofMechanicalEngineering)
• MPBTechnologiesInc–MontrealQuebec,Canada
• MontanaStateUniversity,BozemanMT:MechanicalandIndustrialEngineering
• NASA-KennedySpaceCenter,FL:CorrosionTechnologyLaboratory,ChemicalAnalysisBranch,ESC-QinetiQNorthAmerica
• UniversityofIllinois,UrbanaIL:DepartmentofMaterialsScience&Engineering,DepartmentofAerospaceEngineering
• CUAerospace,ChampaignIL
Universiteiten,instellingenenbedrijvendieonderzoekdoennaarschadedetectiebijzelfherstellendematerialenzijn:• UniversityofVermont,BurlingtonVT:
SchoolofEngineeringandAppliedScience(DepartmentMechanicalEngineering)
• UniversityofCalifornia,LosAngelesCA• SensorMetrix,SanDiegoCA• nanoComposix,SanDiegoCA• LosAlamosNationalLaboratory,Los
AlamosNM:PhysicsDivision
Als draden met vormgeheugenlegering aan een zelfherstellend materiaal worden toegevoegd, verkleint dit de hoeveelheid herstellende stof die nodig is om de scheur te vullen doordat de draden de scheur al ‘dichtduwen’.
ToepassingenEenspin-offvandeUniversiteitvanIllinois,AutonomicMaterialsbiedtdrieverschillendezelfherstellendemateriaalsy-stemenaanvoorcoatings,namelijkvoorelastomeren,thermohardersenpoeder-coating.Hetsysteemisgebaseerdopdeverwerkingvantweesoortenmicrocapsu-lesdoordecoating.Detoepassingsmoge-
Tabel 1. Zelfherstellende chemicalien die vaak gebruikt worden bij de microcapsule methode. (Aïssa et al., Advances in Materials Science and Engineering [1])
Herstellende stof Katalysator Reactie die optreed
Dicyclopentadine (DCPD) Grubbs’ katalysator Ring-opening metathesis polymerization
5-Ethylideen-2-norborneen (ENB)
Grubbs’ katalysator Ring-opening metathesis polymerization
Epoxy Amine-katalysator Polycondensatie
HOPMDS (hydroxyl end functionalised Polydimethylsiloxane) met PDES (Polydiethoxysiloxane)
Di-n-butyltin dilauraat-katalysator
Polycondensatie
Styrene-based system Cobalt napthenate, dimethylaniline
Radical Polymerization
103 | Advanced Materials
Verenigde Staten en Canada | Zelfherstellende materialen in Noord-Amerika
lijkhedenzijnlegio:opvliegtuigen,machine-onderdelen,boten,composieteneninwaterzuiveringsinstallatiesbijvoor-beeld.[3&7]Doordeduizelingwekkendekostenalsgevolgvancorrosieisergrotebehoefteaanintelligentecoatings,dieextraeigenschap-pentoevoegenaancoatings.LunaInnovationswerktaaneencoatingdiedelevenscyclusvanstaalconstructies,voertuigenengepantserdevoertuigenkanverlengen.Dezecoatingreageertopschadedoorhetvrijgevenvanfilm-vormersomdeschadezelfteherstellenendoorhetvrijgevenvancorrosieremmers.HetLuna-teamcombineertcorrosiepreventie,watergedragenharsencoatingchemiemetbehulpvanmicrocapsulesomeencoating-systeemteontwerpendatmeerdereschadesopdezelfdelocatiekanrepareren.[8]Erzijnveletoekomstigetoepassingsmoge-lijkhedenvoordeinditartikelbeschrevenzelfherstellendematerialen,maaropditmomentwordennogmaarweinigvandezematerialenindeVSgrootschaligindepraktijktoegepast.Wezullennogevenmoetenwachtentoteenzelfherstellendeauto,brilofiPaddenormaalstezaakvandewereldis,maardemogelijkhedenvoordetoekomstzijniniedergevalveelbelovend.
Bronnen • [1]Self-HealingMaterialsSystems:Overviewof
MajorApproachesandRecentDeveloped
Technologies,AdvancesinMaterialsScienceand
Engineering,Volume2012(2012),ArticleID
854203http://tinyurl.com/8gbf5ex
• [2]Self-healingmaterialstakecuefromnature,
BBCNews,29September2011http://tinyurl.
com/9hn6suk
• [3]AutonomicMaterialswww.autonomicmateri-
als.com
• [4]Coatingsthat‘self-heal’insun,BBCNews,12
Maart2009http://tinyurl.com/dxxgd8
• [5]PlasticthatSELF-REPAIRSusinglight
unleashedbyprof,TheRegister,27Maart2012
http://tinyurl.com/8h63lwe
• [6]WhenHurt,Self-HealingPlasticsTurnRed,
DiscoveryNews,26Maart2012http://tinyurl.
com/8h5tc8m
• [7]FirstSelf-HealingCoatings:Apaintadditive
willprotectcars,bridges,andshipsfrom
corrosion,TechnologyReview,12Dec2008http://
tinyurl.com/9cm7brd
• [8]LunaInnovationshttp://tinyurl.com/8mnqkx2
• [9]H.Dongetal.,Microvascularcomposited
fabricatedfromsacrificialfibers.Third
InternationalConferenceonSelf-healing
matirials,ICSHM27-29juni2011,Bath,United
Kingdomhttp://tinyurl.com/9gh5886
• [10]X.Luoetal.,Shapememoryassisted
Self-Healingcoatings.ThirdInternational
ConferenceonSelf-healingmatirials,ICSHM
27-29juni2011,Bath,UnitedKingdomhttp://
tinyurl.com/97tx9hu
• [11]Plasticthathealsitself:Researchershave
developedanewmaterialcanfillinitsown
surfacecracks.TechnologyReview,11juni2007
http://tinyurl.com/8hb4kbu
Meer informatieJantiennevanderMeij-Kranendonk
Email: [email protected]
IA Verenigde Staten
104 | IA Special | november 2012
The Netherlands | Artikel naamVerenigde Staten en Canada | Zelfherstellende materialen in Noord-Amerika Verenigde Staten en Canada | Gebruik van lichtgewicht materialen in voertuigen
Gebruik van lichtgewicht materialen in voertuigen
Op1augustus2012verscheenhetrapport‘AdvancingTechnologyforAmerica’sTransportationFuture’,geschreveninopdrachtvanSecretaryChuvanhetAmerikaanseDepartmentofEnergy(DoE).Hetrapport,waaraandriehonderdexpertstweejaarhebbengewerktgewerktadviseertSecretaryChuovertoekomstigevoertuigtechnologie.Lichtgewichtmaterialenkrijgenhiereenbelangrijkerol,omdathetminderenergievraagtomeenlichtervoorwerpteversnellen.
SchattingenvanhetDoEgevenaandateengewichtsreductievantienprocentleidttotzesàachtprocentminderbrandstofverbruik-endusminderemissie.OnderleidingvanhetDoEhebbenverschillendeorganisatiesonderzoeksprogram-ma’sophetgebiedvanlichtgewichtmaterialenvoordeautomobielindustrieopgezet.Hetdoelisdeontwikkelingenvalidatievangeavanceerdematerialenenproductietechnologieënomzoveilig,duurzaamenkostentechnischverantwoordeensignificantegewichtsreductietebereiken.
Gewichtsreductiekanopkortetermijnwordenbereiktdoorzwarestalenonderdelentevervangendoorhoog-sterktestaal,aluminium,titaniumenglasvezelversterktecomposieten.Voordezematerialenzijndeeigenschappenenproductie-processenalverdoorontwikkeld.Voorverderegewichtsreductieoplangeretermijnkomen
geavanceerdematerialenzoalsmagnesiumenkoolstofvezelversterktematerialeninbeeld.Dievragennoguitgebreidonderzoekomeenbeterbegripvandemateriaaleigenschappentekrijgenenomkostenreductiestebereiken.Figuur1:Typischesamenstellingvanmaterialeninauto’svanvroeger,nuenindetoekomst-Bron:U.S.DepartmentofEnergy1geefteeninschattingvanhetgebruikvanverschillendetypenmaterialenineenautovroeger,nuenindetoekomst.
Tweeanderefactorenspelennogeenrolbijgewichtsreductie.Bijeenanderemateriaalkeuzeisookoptimalisatievanhetontwerpvoorditnieuwemateriaalmogelijk.EenmooivoorbeeldhiervanwordtgegeveninFiguur2:Voorbeeldvangewichts-reductiedoorvervangenvanhetmateriaalenveranderingvanhetontwerp–Foto’sU.S.DepartmentofEnergy2.Daarnaastiserdezogeheten‘massdecompounding’,hetconceptdatgewichtsreductievanéénonderdeelervoorzorgtdatandereonderdelenlichterwordenuitgevoerd.Volgensverschillendestudieskanditdertigtothonderdprocentextragewichtsreductieopleveren.
Bijdeontwikkelingvannieuwematerialenenprocessenheeftdeautomobielindustriespecifiekeeisen.Dezekunnensterkverschillenvananderesectorendielichtgewichtmaterialengebruiken,zoalsbijvoorbeelddelucht-enruimtevaartsector.TheMinerals,MetalsandMaterialsSocietyidentificeerdevierproblemendiemomenteelvantoepassingzijnop(meerdere)lichtgewichtmaterialenindeautomobielsector:• Slechteweerstandtegencorrosieenslijtage• Gebrekaantechnologieomverschillende
soortenmaterialenteintegreren• Gebrekaansnelleenkosteneffectieve
productieprocessen• Gebrekaanmogelijkhedenvoorinsitu
schade-detectie
Figuur 1: Typische samenstelling van materialen in auto’s van vroeger, nu en in de toekomst - Bron: U.S. Department of Energy
105 | Advanced Materials
Verenigde Staten en Canada | Gebruik van lichtgewicht materialen in voertuigen
Drie vooraanstaande partijenVoordeontwikkelingvanlichtgewichtmaterialenvoordeautomobielsectorzijnverschillendepartijenindeVSbelangrijk.HetNationalCenterforManufacturingSciences(NCMS)iseenorganisatiewaarindeAmerikaanseindustriegezamenlijkaaninnovatieswerkt.HetNCMSheefteenspecifiekLightweightAutomotiveMaterialsProgram(LAMP).USCARiseenjoint-ven-turetussenChrysler,FordenGeneralMotors,waarindedriegroteAmerikaanseautofabrikantengezamenlijktechnologieontwikkelen.BinnenUSCARiserhetAutomotiveMaterialsPartnership(AMP),meteenonderzoeksprogrammavoorcomposietenenéénvoormetalen.HetNationalOakRidgeNationalLaboratory
(ORNL)enhetPacificNorthwestNationalLaboratory(PNNL)hebbenelkookverscheideneonderzoeksprogramma’sopditgebied.
Hoogtepunten ontwikkelingen - Metaal
EenafgerondprojectbinnenLAMPmetonderandereBMW,DassaultSystèmesenClemsonUniversity,keeknaardemoge-lijketoepassingvantitaniumindeautomobielsector.Bijdekeuzevoortitaniummoetendesuperieuresterkte-gewichtsverhoudingencorrosie-weerstandafgewogenwordentegendehogemateriaal-enproductiekosten.Uithetonderzoekbleekdatdetotalelevensduur-kostenvaneentitaniumonderdeelgelijk
liggenaandievandehuidigemetalenonderdelen.Hetgebruikvantitaniumisdaaromeconomischhaalbaaromdemassavaneenvoertuigteverminderen.Helaasligthetnadeelvandehogerekostenbijdeproducent,terwijldevoordelenbijdegebruikerliggen;minderonderhoudenlagerbrandstofverbruik.Hetomlaagbrengenvandemateriaalkostenkanwellichtwordenbereiktdooralternatievetitaniumlegeringentegebruiken.Deproductiekostenkunnenmogelijkomlaagdoorbeteresimulatievanhetproductie-proces.Verderonderzoekzalzichopdezetweefocusgebiedenrichten.
EenlopendprojectbijhetPNNLkijktnaardevervormbaarheidvanaluminium.Sterkevervormingvanaluminiumvergtmomen-teelconcessiesaanmechanischeeigen-schappen,waarondersterkte.Binnenditprojectwordteenaerodynamischealuminiumdakconstructieontwikkeld.Hiervoormoetdevervormbaarheidvanaluminiumvanzestiennaarveertigprocentwordengebracht,zonderdemechanischeenafwerkingseisenteverminderen.Bijhetonderzochteproductieprocesgebeurtdeinitiëlevervormingopeenhogeretemperatuurendeafwerkingbijkoudetemperatuur.Deeersteresultatenmetproefstukjeszijnveelbelovend.
Hoogtepunten ontwikkelingen - Composieten
Recentwerdeenin2006gestartgrootAMP-projectafgerond.Binnenditprojectwerdeenonderstelvancomposietontworpenengeproduceerd.Hetresultaatwaseengewichtsreductievan31procent.Omditondersteltekunnentoepassenwerdeeninnovatievelasmethodeontwikkeldvoordeassemblage.Hiernaastleverdehetprojecteencomposietstoelop,weergegeveninFiguur3:Composietstoel-Source:USCAR3.Hetresultaatwaseengewichtsreductievan23procenttenopzichtevandehuidigestalenstoel.Deproductiekostenvanbeideonderdelenwarennogweltehoog.Ditprojectbetrofvoornamelijkeenproof-of-concept,deindividuelepartijenbekijkennuelkapartdevervolgstappen.
Figuur 2: Voorbeeld van gewichtsreductie door vervangen van het materiaal en verandering van het ontwerp – Foto’s U.S. Department of Energy
Figuur 3: Composiet stoel - Source: USCAR
106 | IA Special | november 2012
Land | Artikel naamVerenigde Staten en Canada | Gebruik van lichtgewicht materialen in voertuigen Verenigde Staten en Canada | Gebruik van lichtgewicht materialen in voertuigen
EenhuidigprojectbinnenLAMPheeftalsdoelomultralichtgewichtcomposietsandwichpanelenteontwikkelen.Sandwichpanelenbestaanuiteenlichtge-wichtkernmeteensterkehuid(zieFiguur4).Ditsoortpanelenwordenalvaakgebruiktindelucht-enruimtevaartsector.Voordeautomobielsectorzijnzenognauwelijksonderzocht.DoortoepassingvanComputer-AidedEngineering(CAE)endoorhettoepassenvannieuwecombinatiesvanmaterialenvoorkernenhuidishetdoeleengewichtsbesparingvanzestigprocent.
Composietenbiedendemogelijkheidomookanderedanstructurelefunctiestevervullen.Ditmaaktanderesystemenoverbodig,watleidttotverderegewichts-besparing.EenlopendprojectbinnenLAMPwildezeeigenschapgebruikeneneenstructureellichtgewichtcomposietonderdeelteontwikkelendatcommunica-tiesignalenkandoorgeven.Ditwillendeonderzoekersbewerkstelligendooroptischevezelsinhetcomposietteintegreren.Dezeontwikkelingenzittenineenproof-of-conceptfase.Daarbijwordtvooralgekekenofhetproductieprocesendevervormingentijdenshetgebruikdeoptischekabelsnietbeschadigen.
Nieuwe voertuigconceptenNaastbovenstaandeontwikkelingendiezichmetnamerichtenophetlichtermakenvanbestaandevoertuigenbiedendenieuwematerialendemogelijkheidvolledignieuwevoertuigconceptenteontwikkelen.EenvoorbeelddaarvanisonderstaandeEdison2.MetdeelektrischaangedrevenEdison2hooptmeneenbrandstofverbruikvan450equivalentemijlpergallon(eMPG)tebehalen.Datisomgerekend191kilometerperliterbrandstof.Omditinprespectiefteplaatsen:dehybrideToyotaPriushaalt50MPG,(21km/liter)endeelektrischeNissanLEAF99eMPG(42km/liter).AlsdeprestatiesvandeEdison2bewaarheidwordenbetekentdatduseenenormesprongvooruit.
ConclusieDeVSerkentdevoordelenvanlichtgewichtmaterialenindeautomobielsector.Onderzoeksprogramma’sdiezichrichten
opdespecifiekevraagvanuitdezesectorlopenendeeerstesuccessenzijngeboekt.Grootschaligepraktijktoepassingvandezematerialenvraagtnogwelveelonderzoekenontwikkeling.
Bronnen• U.S.DepartmentofEnergy-Advancing
TechnologyforAmerica’sTransportationFuture
• U.S.DepartmentofEnergy-Materials
Technologies:Goals,StrategiesandTop
Accomplishments
• http://lamp.ncms.org/
• U.S.DepartmentofEnergy-Jaarverslag2011
VehicleTechnologiesProgram.
Meer informatieJasperKelderman,JohnvandenHeuvel
Email: [email protected]
IA Verenigde Staten
Figuur 4: Sandwichpaneel
Figuur 5: de Edison2 Very Light Car
107 | Advanced Materials
Ditiseenpublicatievan:AgentschapNLNLEVDInternationaal
BezoekadresPrinsesBeatrixlaan22595ALDenHaagT(088)6021504Eianetwerk@agentschapnl.nl.www.ianetwerk.nlPostadresPostbus931442509ACDenHaag
©Rijksoverheid|november2012ISSN:1572-6045
AgentschapNLiseenagentschapvanhetMinisterievanEconomischeZaken.AgentschapNLvoertbeleiduitvoordiverseoverhedenalshetgaatomduurzaamheid,innovatieeninternationaal.AgentschapNLishétaanspreekpuntvoorbedrijven,kennisinstellingenenoverheden.Voorinformatieenadvies,financiering,netwerkenenwet-enregelgeving.
DedivisieNLEVDInternationaalstimuleertinternationaalondernemenensamenwer-keneneenpositievebeeldvormingvanNederlandinhetbuitenland.
IA NetwerkVoorNederlandsebedrijveneninstellingendieopdehoogtewillenblijvenvandeinternationaletechnologischeontwikke-lingen,iserNieuwsopMaat.ViaMijnAgNLkuntuzichdigitaalabonnerenopNieuwsopMaatenopdiemanieroverzichthoudenopinternationaleR&Dtrendsenontwikkelingen:https://www.agentschapnl.nl/nl/inlogs-cherm.BerichtenoverinternationaleR&D
entechnologischeontwikkelingenwordensamengestelddoordeInnovatieAttachés(IA’s),verbondenaandeNederlandseambassadesindeVerenigdeStaten,Canada,Japan,Korea,Taiwan,India,Singapore,China,Duitsland,Zwitserland,België(EU),Frankrijk,Israël,RuslandenBrazilië.IApublicatieiseenuitgavevanNLEVDInternationaal.OokkuntuInnovatieAttachéNetwerkvindenopLinkedIn:http://www.linkedin.com/pub/innovatie-attach%C3%A9-twa-netwerk/48/91b/987
Overname van artikelenOvernamevan(delenvan)artikelenistoegestaanmetbronvermelding.StuurtofmailtueenafdrukvandeovernameaanIA-thuisbasis.
Illustraties, tabellen en weblinksDekwaliteitvanillustraties,tabellenenweblinkskanbijhetpublicereninthemapublicatiesnietaltijdvoldoendegewaarborgdworden.Daaromtreftuinplaatsdaarvaneenverwijzingnaaronzewebsite,www.ianetwerk.nl.Verwijzingennaarweblinkskuntuterugvindenonderhetartikelofnieuwsitemvandebetref-fendepost.
Meer informatieHeeftuvragen,steluwvraagaandeIApostinuwregio.Verderopvindtudeadressen.Steluwvraagperbriefofe-maileninhetNederlands,bijvoorkeurviadewebsite:www.ianetwerk.nl.Geefookaaninwelkkaderenmetwelkdoeluzoektnaardebetreffendeinformatie.UkuntuwvraagookrichtenaandeIA-thuisbasisinDenHaag.DezestuurtdevraagdoornaardebetreffendeIA-post(en).
EindredactieBureauLorientCommunicatieB.V.
OntwerpTigges,strategie,concept,ontwerp,VijfKeerBlauw
Drukwerk en verzendingVijfKeerBlauw
Colofon
108 | IA Special | november 2012
6 | Trendwatchers voor innovatie en technologie
IA Den Haag - ThuisbasisPrinses Beatrixlaan 2 | 2595 AL Den HaagPostbus 93144 | 2509 AC Den HaagHans Bosch, Lies Timorason, Wiwik Khohonggiem Ankie OverduinT 088 602 1504 E [email protected] W www.ianetwerk.nl
IA China 7 uur laterEmbassy of the Kingdom of the NetherlandsNetherlands Office for Science and Technology4, Liangmahe NanluBeijing 100600, ChinaJan Reint Smit, David Pho (Science Attaché / OCW)Jingmin Kan, Qing Ma (project officer)Maurits van Dijk (office manager)T +86-10-853 20259F +86-1085320302E [email protected] van Etten (Shanghai), Dirk Jan Boudeling (Shanghai)E [email protected] Wesseling (Guangzhou)E [email protected]
IA Duitsland & ZwitserlandBotschaft des Königreichs der NiederlandeBüro für Wissenschaft und TechnologieKlosterstrasse 50D-10179 BerlinWout van Wijngaarden, Joop GilijamseStefanie Streichan (office manager)T + 49 30 2095 6219F + 49 30 2095 6471E [email protected]
IA EUPermanent Representation of the Netherlands to the EU Research & Atomic Questions divisionAvenue de Cortenbergh 4-101040 BrusselBelgiëDave PietersT +32-2-679 1665secretariaat: +32 2 679 1527E [email protected]
IA FrankrijkAmbassade du Royaume des Pays-BasService pour la Science et la Technologie7 Rue EbléF-75007, ParisEric van Kooij, Joannette Polo-Leemreis, Elisabeth van Zutphen T + 33 1 40 62 33 33F + 33 1 40 62 34 56E [email protected]
IA India 3.30 uur laterEmbassy of the Kingdom of the NetherlandsNetherlands Office for Science & Technology6/50-F, Shantipath, Chnakyapuri,New Delhi- 110 021IndiaJelle Nijdam, Vikas Kohli (assistent)T +91 11 24197625 direct ofalgemeen +91 11 24197675M +91 9873076764F +91 11 24197710E [email protected] Jan Frerichs (Mumbai)E [email protected]
IA Singapore 6 uur laterEmbassy of the Kingdom of the NetherlandsNetherlands Office for Science and Technology541 Orchard Road, 13-01Liat Towers Singapore 238881Susan van Boxtel, Susanne van Loon (assistent)T +65 67 39 11 11F +65 67 37 24 31E [email protected]
IA Tokio 7 uur laterEmbassy of the Kingdom of the NetherlandsNetherlands Office for Science and Technology3-6-3 ShibakoenMinato-ku, Tokio 105-0011JapanPaul op den Brouw, Rob Stroeks, Kugako Sugimoto, Kikuo Hayakawa , Mihoko Ishii (assistent)T +81 3 5776 5510F +81 3 5776 5534E [email protected]
IA Taiwan 6 uur later Netherlands Trade & Investment OfficeNetherlands Office for Science & Technology5F, No. 133, Min Sheng East Road Section 3, Taipei-105TaiwanKasper Nossent T +886 (0) 978122819E [email protected]
IA Rusland 2.00 uur laterEmbassy of the Kingdom of the NetherlandsNetherlands Office for Science and TechnologyKalashny pereulok 6 | 115127 | Moscow | Russian FederationRussiaJoyce Ten Holter T +7 495 797 29 69F +7 495 797 29 07E [email protected]
IA Verenigde Staten & CanadaWashington 6 uur vroegerEmbassy of the Kingdom of the NetherlandsNetherlands Office for Science & Technology4200 Linnean Avenue N.W.Washington DC 20008-3896, USARoger Kleinenberg, Karin Louzada, Martijn Nuijten Jantienne van der Meij (assistent), Gerda Camara (office manager)T +1 202 274 27 27F +1 202 966 07 28E [email protected]
IA San Francisco 9 uur vroegerNetherlands Office for Science and Technology1 Montgomery Street, Suite 3100San Francisco, CA 94104USARobert Thijssen , John van den Heuvel, Natasha Chatlein (assistent)T +1 415 2912080F +1 415 291 2049E [email protected]
IA Brazilië 5 uur vroeger Consulate General of the Kingdom of the NetherlandsNetherlands Office for Science & TechnologyAvenida Brigadeiro Faria Lima, 1779 - 3de verdiepingJardin Paulistano01452-001 São Paulo SPBrazilTheo Groothuizen T + 55 (0) 11 - 3811 3307F + 55 (0)11 - 3814 0802E [email protected]
IA Israël 1 uur laterEmbassy of the Kingdom of the NetherlandsOffice for Science and TechnologyBeit Oz, 13e verdieping 14 Abba Hillel Street / Ramat Gan 52506 P.O. Box 1967 / Ramat Gan 52118Tel Aviv Paul JansenT +972 (3) 75 40 744 direct of algemeen: +972 (0)3 7540 777E [email protected]
IA Special | november 2012
Advanced Materials