Projektbeschreibung
Untersuchung lokaler Spannungen in komplexen Materialien auf der Nanoebene
Zwei ungelöste Probleme sind prominente Beispiele dafür, wie das makroskopische mechanische Verhalten eines Materials aus einem komplexen Zusammenspiel mikroskopischer Spannungen entsteht: die rheologischen Eigenschaften komplexer Flüssigkeiten, die schwer zu bestimmen sind, und die Tatsache, dass sich die Moleküle beim Abkühlen von geschmolzenem Glas nicht gleichmäßig verlangsamen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts Nanostress werden Moleküle, deren Fluoreszenzeigenschaften stark von der Umgebung, insbesondere von ihrer räumlichen Begrenzung, abhängen, zur Untersuchung lokaler Spannungen in komplexen Materialien im Nanometerbereich und mit bisher unerreichter zeitlicher Auflösung eingesetzt. Durch die detaillierte Erforschung lokaler Spannungen könnte das Projekt dazu beitragen, Fortschritte bei anderen Problemen in anderen Bereichen zu erzielen, bei denen es um allgemeine Eigenschaften geht, die sich aus vielen ungeordneten Wechselwirkungen ergeben.
Ziel
Summary:
I will exploit novel molecules whose fluorescence properties depend strongly on the environment, notably on their spatial confinement, to study local stresses in complex materials down to the nanometer length scale and with unprecedented temporal resolution. Based on successful preliminary tests, I will develop this innovative methodology to tackle the fundamental scientific challenge of quantifying the long-range and very non-linear elasto-plastic stresses that govern the dynamics of friction, the glass transition and rheology.
Friction is an immense global source of energy loss; the glass transition is perhaps the most important unsolved problem in condensed matter physics; and rheology in complex fluids is at the same time ubiquitous and poorly understood. The common denominator of these three open challenges is that in each, the material’s macroscopic mechanical behavior results from a complex interplay between microscopic stresses that remain ill characterized. This presents a scientific bottleneck as well as a major obstacle in the engineering of many important materials and tools such as ball bearings, plastics and foodstuffs.
The fluorescent environmentally sensitive probes will allow me to achieve breakthrough results in three areas at once: (1) Locally measuring stresses in a frictional contact; (2) Probing the glass transition by local stress and viscosity measurements; (3) Visualizing and quantifying stress transmission in flowing complex fluids to explain non-Newtonian and non-local viscosity effects microscopically.
I have a track record in providing new insights in long-standing problems, spurring renewed scientific interest, and in combining fundamental research with potential for technological innovation. By probing local stresses in much more detail than was possible before, this project will break open some of the toughest research areas in non-linear physics and (statistical) mechanics with far-reaching engineering consequences.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-ADG - Advanced GrantGastgebende Einrichtung
1012WX Amsterdam
Niederlande