Projektbeschreibung
Innovatives polymorphes 4D-Werkstoffdesign durch Dehnungstechnik
Polymorphe Werkstoffe durchlaufen Phasenübergänge mit veränderten Eigenschaften wie Farbe und Leitfähigkeit, doch es ist nach wie vor schwierig nachzuvollziehen, wie sich die Veränderung der Struktur eines Werkstoffs auf seine Polymorphie auswirkt. Ziel des ERC-finanzierte Projekts STRAINSWITCH ist es, diese Übergänge durch Dehnungstechnik zu steuern. Im Rahmen des Projekts werden Berechnungsmethoden entwickelt, mit denen sich vorhersagen lässt, wie die Belastung durch innere und äußere Reize den Polymorphismus eines Werkstoffs beeinflusst, und es wird ein optimales Gleichgewicht für die Kontrolle des Phasenübergangs ermittelt. Zu den Zielen gehören das Verständnis der Dehnungsvermehrung über Zeit und Raum und die Identifizierung von Dehnungen, die unter bestimmten Bedingungen Polymorphismus aktivieren. STRAINSWITCH wird sich auf die Entwicklung von polymorphen 4D-Werkstoffen für metallorganische Gerüste und Metall-Halogenid-Perowskite konzentrieren und dabei grundlegende Beziehungen zwischen Unordnung, Belastung und Funktion herstellen. Anwendungen in den Bereichen Wassergewinnung und Photovoltaikanlagen werden sich mit Herausforderungen wie dem Zugang zu Wasser und erneuerbarer Energie befassen.
Ziel
It is often easy to observe the ability of polymorphic materials to undergo a phase transition through changes in colour, conductivity, photovoltaic efficiency, or other functional properties. In contrast, it is challenging to control under which external stimuli–stress, temperature, adsorption–these materials switch. Yet, enabling such polymorphic material design would be a game changer for pressing societal challenges, from access to drinkable water to producing green energy. This requires a firm understanding of how changing a material’s structure impacts its polymorphism and macroscopic function.
In STRAINSWITCH, I aim to transform polymorphic material design by establishing the strain engineering concept. The central characteristic in my in silico approach is strain: the extent to which a material deforms due to external or internal triggers. On the one hand, external stimuli generate strain, even before they activate a phase transition. On the other, spatial disorder in a structure, tuneable from the atom to the device scale, also induces strain that interferes with external strain fields. My key hypothesis is that it is possible to systematically predict which disorder is needed to ensure polymorphism only occurs under well-defined external triggers by balancing these internal and external strain fields.
To confirm this hypothesis, I will develop new in silico methods with the goal to:
i. understand how disorder induces strain fields in a material that propagate through both space (3D) and time (+1D) to enable 4D design;
ii. predict which internal strain fields activate a material’s polymorphism under specific external stimuli.
In STRAINSWITCH, I will combine both goals to establish fundamental disorder-strain-function relationships that can be validated experimentally for metal-organic frameworks and metal halide perovskites. They will pave the way for 4D polymorphic material design with application in water harvesting, photovoltaic devices, and more.
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologymaterials engineeringcrystals
- natural sciencesphysical sciencescondensed matter physicssoft matter physics
- natural scienceschemical sciencesphysical chemistryquantum chemistry
- engineering and technologynanotechnologynano-materialsnanocrystals
- natural sciencesphysical sciencesclassical mechanicsstatistical mechanics
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
9000 Gent
Belgien