De unieke vingerafdrukken van elke persoon worden gevormd door een complexe samenstelling van chemische stoffen die van invloed kunnen zijn op hoe vingerafdrukken zichtbaar zijn op verschillende oppervlakken. Deze stoffen bestaan voornamelijk uit lipiden, vetten, water, zouten en aminozuren, hoewel de precieze samenstelling per persoon kan variëren. Naast deze basiselementen kunnen vingerafdrukken ook sporen bevatten van andere stoffen zoals vuil, stof, bacteriën en verzorgingsproducten, waaronder oliën, siliconen en moisturizers.

In de zoektocht naar het creëren van oppervlakken die bestand zijn tegen vingerafdrukken, worden drie hoofdstrategieën toegepast: het ontwikkelen van omnifobische, volledig afstotende oppervlakken, het reguleren van esthetiek door fotonische coatings, en het verwijderen van vingerafdrukken door fotochemische coatings. In de volgende secties wordt dieper ingegaan op deze methoden en hun toepassingen.

Een van de meest populaire strategieën is het gebruik van omnifobische coatings, die oppervlakken creëren die bestand zijn tegen alle vloeistoffen die uit een vingerafdruk kunnen komen. Deze coatings zijn ontworpen om zowel water als olie te weerstaan, wat essentieel is voor het verhinderen van vingerafdrukken. Om deze coating te bereiken, moet de oppervlakte-energie van het materiaal extreem laag zijn. Normaal gesproken hebben oppervlakken met een energie lager dan 20 mJ/m² de mogelijkheid om alle vloeistoffen af te stoten. Traditioneel werden fluorineverbindingen, zoals PFAS (per- en polyfluorinated stoffen), gebruikt om deze eigenschappen te bereiken. Echter, vanwege de milieukritiek op het gebruik van fluorverbindingen, wordt er steeds meer gezocht naar alternatieve oplossingen. In de literatuur worden oplossingen met nanostructuren, zoals silica-gebaseerde coatings, besproken. Deze coatings kunnen contacthoeken bereiken van 150° voor water en 130° voor diiodomethaan, wat zorgt voor een lage oppervlakte-energie en uitstekende vingerafdrukbestendigheid. Deze coatings zijn echter niet altijd even robuust in industriële toepassingen. Nanostructuren kunnen onder druk beginnen in te storten, wat de voordelen van de morfologie tenietdoet. Daarom worden momenteel vooral niet-gestructureerde, robuuste coatings op fluorinebasis gebruikt in industriële toepassingen.

Een andere benadering voor het verminderen van de zichtbaarheid van vingerafdrukken is het gebruik van fotonische coatings. Deze dunne films kunnen de manier waarop licht met een oppervlak interageert, reguleren. Door het gebruik van fotonische coatings kan de reflectie, transmissie of absorptie van licht worden gecontroleerd, wat essentieel is voor het verbeteren van de zichtbaarheid onder verschillende lichtomstandigheden. Fotonische coatings kunnen de zichtbaarheid van vingerafdrukken verminderen door licht te verstrooien, wat de esthetiek van het oppervlak verandert en de zichtbaarheid van de afdrukken vermindert. Andere fotonische coatings kunnen licht absorberen om vingerafdrukken minder zichtbaar te maken. Deze coatings creëren vaak macro-ruwheid, waardoor de oppervlakken minder glad aanvoelen. Een meer geavanceerde techniek is het gebruik van fotonische materialen die de polarisatie van licht veranderen. Dit maakt vingerafdrukken minder zichtbaar, afhankelijk van de hoek en polarisatie van het licht.

Een recentere ontwikkeling is de toepassing van coatings geïnspireerd door de ogen van motten. Deze coatings zijn ontworpen met een microstructuur die lijkt op de zogenaamde "moth-eye" structuren, die de reflectie van licht verstoren en daarmee de zichtbaarheid van vingerafdrukken minimaliseren. Dit type coating wordt inmiddels getest op producten zoals smartphones en laptops. De voordelen van deze coatings zijn duidelijk: ze maken het moeilijker voor de gebruiker om vingerafdrukken op het scherm te zien, zelfs wanneer de handen vuil zijn.

Een derde strategie die in toenemende mate belangstelling krijgt, is het gebruik van zelfreinigende coatings. Deze coatings maken gebruik van fotoactieve materialen die organische stoffen op een oppervlak afbreken wanneer ze blootgesteld worden aan licht. Omdat vingerafdrukken voornamelijk uit organische componenten zoals lipiden en vetten bestaan, is het logisch om een coating te gebruiken die deze componenten afbreekt. Onderzoek heeft aangetoond dat coatings op basis van silica en titaniumdioxide het mogelijk maken om de organische delen van een vingerafdruk te vernietigen door middel van fotokatalyse. Dit proces vereist blootstelling aan zonlicht of ultraviolet licht, waarna de vingerafdruk langzaam verdwijnt. Hoewel dit proces effectief is, duurt het enige tijd voordat de vingerafdruk volledig verdwijnt, wat de bruikbaarheid voor sommige toepassingen beperkt. In veel gevallen kan de vingerafdruk 's nachts verdwijnen, wanneer het oppervlak niet in gebruik is.

Deze technieken geven inzicht in de mogelijkheden en uitdagingen van anti-vingerafdrukcoatings. De keuze voor een specifieke coating hangt sterk af van de beoogde toepassing. Terwijl fotonische coatings ideaal kunnen zijn voor displays en touchscreens, kunnen zelfreinigende coatings beter geschikt zijn voor oppervlakken die minder vaak in contact komen met vingers. Het blijft een uitdaging om coatings te ontwikkelen die zowel effectief als duurzaam zijn, vooral gezien de milieukritiek op het gebruik van fluorineverbindingen. Er is dus een voortdurende zoektocht naar duurzame alternatieven die de gewenste anti-vingerafdruk eigenschappen kunnen bieden zonder schadelijke bijwerkingen voor het milieu.

Waarom zijn optische coatings essentieel voor moderne technologieën?

Optische coatings spelen een cruciale rol in de effectiviteit en functionaliteit van veel optische componenten die we dagelijks gebruiken. Deze dunne lagen van materialen worden op diverse optische oppervlakken aangebracht, zoals lenzen, prisma's, spiegels en filters, met als doel de manier te veranderen waarop licht wordt gereflecteerd of doorgelaten. De toepassingen van optische coatings zijn legio, variërend van brillenglazen tot zonnecellen, en ze zijn onmisbaar in de moderne technologie.

Er zijn verschillende soorten optische coatings, die elk voor specifieke doeleinden worden gebruikt. Antireflecterende coatings (ARCs) verminderen ongewenste reflecties, wat zorgt voor een betere zichtbaarheid en efficiënter gebruik van licht. Dit is van groot belang voor optische componenten zoals brillen, lenzen, en zelfs voor de ramen van auto's en gebouwen. Het effect van antireflecterende coatings wordt bereikt door het zorgvuldig kiezen van materialen waarvan de refractieve index zo is afgestemd dat de gereflecteerde lichtgolven elkaar destructief interfereren. Dit vermindert de hoeveelheid licht die wordt teruggekaatst en verhoogt de lichttransmissie. In veel gevallen wordt magnesiumfluoride (MgF2) gebruikt vanwege zijn geschikte refractieve index en kosten-effectiviteit.

Naast de antireflecterende coatings zijn er ook coatings die specifiek gericht zijn op het filteren of reflecteren van licht van bepaalde golflengtes, zoals kleurfilters. Deze coatings kunnen de kleur van licht veranderen of speciale visuele effecten creëren. Dit is bijvoorbeeld van belang voor displaytechnologie, waar nauwkeurige kleureigenschappen essentieel zijn. Dit type coating speelt ook een rol in de optica van medische apparaten, waar kleurfilters en polarisatiefilters worden gebruikt voor betere beeldvorming en diagnostiek.

Een andere belangrijke categorie coatings zijn de thermoreflecerende coatings, die worden toegepast op ramen om de hoeveelheid warmte die door glas wordt overgedragen te verminderen. Deze coatings reflecteren de zonnestralen voordat ze het glas kunnen opwarmen, wat zorgt voor energie-efficiëntie in gebouwen. Dit type coating is steeds meer van belang, nu duurzaamheid en energiebesparing wereldwijd prioriteit hebben.

Daarnaast zijn er coatings die condensatie op oppervlakken voorkomen, zoals antikogels die op lenzen worden aangebracht. Deze coatings zorgen ervoor dat het vocht zich gelijkmatig over het oppervlak verspreidt, waardoor de vorming van condensdruppels wordt voorkomen. Dit is van groot belang voor toepassingen in de luchtvaart, medische industrie en voor consumentenproducten zoals brillen en camera's.

Met de voortgang in de technologie is er veel aandacht voor de ontwikkeling van coatings die zowel functioneel als duurzaam zijn. Het aanbrengen van deze coatings vereist een nauwkeurige controle over de dikte en samenstelling van de laag, omdat deze factoren van invloed zijn op de uiteindelijke prestaties van de coating. Voor de productie van optische coatings worden verschillende technieken gebruikt, zoals fysieke dampdepositie (PVD), sol-gel coatings, en sputtering. Het beheersen van deze processen is essentieel voor het verkrijgen van de gewenste optische eigenschappen.

In de recente jaren is er ook groeiende interesse in de toepassing van optische coatings op zonnepanelen. Door een antireflecterende coating toe te voegen aan de glasplaat van zonnecellen, kan de energieproductie met enkele procenten toenemen, wat op grotere schaal resulteert in aanzienlijke winstverhogingen voor zonneparken. Dit is een van de redenen waarom de markt voor optische coatings voor zonne-energie de komende jaren een aanzienlijke groei zal doormaken.

Het belang van optische coatings kan niet genoeg benadrukt worden, aangezien ze niet alleen de prestaties van individuele apparaten verbeteren, maar ook bijdragen aan bredere maatschappelijke doelen zoals energie-efficiëntie en duurzaamheid. In de toekomst zal de innovatie op dit gebied naar verwachting nieuwe mogelijkheden openen voor zowel industriële toepassingen als consumentenproducten.

Het is essentieel dat de lezer zich bewust is van de fundamentele rol die optische coatings spelen in de ontwikkeling van zowel consumententechnologie als industriële innovaties. Er wordt voortdurend gewerkt aan het verbeteren van de effectiviteit van coatings, met name in een wereld die steeds meer gericht is op duurzaamheid. Coatings moeten niet alleen prestatiebevorderend zijn, maar ook voldoen aan strengere milieunormen en voldoen aan de eisen van de circulaire economie.

Wat zijn de belangrijkste innovaties in sol-gel films en nanocoatings?

Sol-gel films combineren anorganische en organische stoffen, wat bijzonder goed geschikt is voor coatings met een grotere droge laagdikte en harde coatings voor kunststoffen. Nano-titaanoxide deeltjes vormen een veelgevraagde technologische basis die in talloze toepassingen wordt gebruikt. Deze deeltjes kunnen in allerlei katalytisch ondersteunde processen worden toegepast, waaronder zelfreinigende coatings, NOx-reductiecoatings en coatings voor luchtzuiveringsfilters. Nano-titaanoxide wordt wellicht beschouwd als het meest geadopteerde nanomateriaal op wereldschaal en vormt een "gestandaardiseerd" aanbod in de portefeuilles van veel fabrikanten van titaanoxide. Daarnaast zien we de opkomst van gespecialiseerde technologiebedrijven die vaak de sol-gel-route volgen om speciale varianten van nano-titaanoxide te produceren met verbeterde prestaties.

Een voorbeeld van dergelijke technologie is het gebruik van nano-titaanoxide als antimicrobiële coating, waarbij het oxidatieproces van de deeltjes effectief alle soorten microben op verschillende substraten uitroeit. Antimicrobiële coatings bieden essentiële bescherming tegen ziektekiemen in hygiënegevoelige gebieden. Van zorginstellingen tot openbare ruimtes en zelfs consumentengoederen, deze coatings spelen een vitale rol in het bestrijden van de overdracht van infecties. Zelfherstellende coatings zijn van groot belang voor een breed scala aan toepassingen, van beschermende coatings tot coatings voor elektronische apparaten en luchtvaartcomponenten. Ze zijn wellicht het bekendst vanwege autolak die zichzelf autonomisch repareert wanneer deze wordt bekrast. Vitrimere, een nieuwe klasse van polymeren, bieden veelbelovende mogelijkheden als zelfherstellende materialen. Als intrinsieke zelfherstellende systemen verzwakken ze het coatingsysteem op geen enkele manier, omdat het polymeer zichzelf herschikt op de plaats van de kras, en de basis eigenschappen behouden blijven, zelfs na herhaalde schade.

De opwarming van de aarde en klimaatverandering zouden ons kunnen doen denken dat ijsvorming in de toekomst minder zorgwekkend zal zijn, maar het tegenovergestelde is waar. Door de stijgende temperatuur op aarde worden nieuwe geografische gebieden op hogere breedtegraden toegankelijk voor industriële ontwikkeling, wat de vraag naar anti-ijscoatings verhoogt. Coatings kunnen worden aangepast met behulp van vriespuntverlagende middelen, en er wordt gewerkt aan elektrowarmtecoatings waarmee het mogelijk is coatings te verwarmen met behulp van hooggeleiders zoals grafeen en koolstofnanobuizen.

Optische coatings vormen een gevestigd en bloeiend marktsegment. Glas en transparante kunststoffen kunnen met behulp van sol-gel deeltjes technologie worden gemaakt tot anti-glare coatings, wat belangrijk is voor brillen, lenzen en architectonisch glas. Anti-condensatie coatings worden doorgaans gemaakt van superhydrofiele films die gebruik maken van organische en gecombineerde organisch/anorganische hybride technieken. Deze hybride technieken wekken bijzondere interesse vanwege hun potentieel om nieuwe duurzaamheidsnormen te halen en permanente anti-condensatie coatings te produceren.

Er zijn ook coatings die van kleur veranderen en zichzelf dimmen, wat echte toegevoegde waarde biedt en leidt tot glasoppervlakken met gecontroleerde doorschijnendheid voor thermische isolatie. Dit kan worden toegepast op gebouwen, woningen en voertuigen. Niet alle innovaties hebben echter geleid tot succesvolle, nieuwe commerciële producten. Er is nog steeds onderzoek dat moeite heeft om tot een succesvolle marktintroductie te komen. Slippery liquid-infused porous surface (SLIPS) coatings houden veelbelovende perspectieven in, maar hebben de brede marktverwachtingen nog niet kunnen waarmaken. Ondanks het potentieel voor nichetoepassingen, vereist bredere acceptatie verdere ontwikkeling. Complexe toepassingsmethoden en beperkte slijtvastheid zijn waarschijnlijk oorzaken voor de vertraagde acceptatie.

In de introductie van dit boek werd Eric Drexler’s Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology genoemd als een van de eerste boeken die een perspectief gaf op wat nanotechnologie zou kunnen brengen. Aangezien dit boek werd geschreven in 1986, kunnen we nu enkele van Drexler’s voorspellingen evalueren die werkelijkheid zijn geworden. Dit omvat het gebruik van nanotechnologie om nieuwe materialen te creëren met buitengewone eigenschappen, zoals sterkte, lichtheid en geleidbaarheid. Dit boek biedt een eigentijdse beoordeling van nanomaterialen die worden gebruikt in functionele en slimme coatings, die precies verwijzen naar deze eigenschappen. Voorbeelden zijn het gebruik van koolstofnanobuizen om elektrisch geleidbare verven te creëren, en sol-gel nanodeeltjes die de slijtvastheid van coatings drastisch verhogen.

Technologische vooruitgangen in de coatingssector nemen vaak veel tijd in beslag, aangezien er veel obstakels te overwinnen zijn in de verschillende fasen van de verticale markten, van grondstoffen tot formuleringen en toepassingen tot het uiteindelijke product. Nieuwe slimme functies worden met veel enthousiasme ontvangen, maar mogen geen concessies doen aan kwaliteitsaspecten zoals duurzaamheid of uiterlijk. Vooruitgang in slimme en functionele coatings is vrijwel uitsluitend gebaseerd op het gebruik van nieuw ontwikkelde geavanceerde materialen. Deze materialen worden voornamelijk beschikbaar gesteld door nieuwe bedrijven en spin-offs van onderzoeksinstituten. Typisch zullen deze ontwikkelingsproducten worden opgepakt in de normale marktdynamiek, wat de beschikbaarheid bevordert en de economie van de gebruikte materialen en processen verbetert. Grafeen is een uitstekend voorbeeld van deze dynamiek. Jaren van onderzoek hebben nu geleid tot grootschalige, kosteneffectieve productiemethoden, wat resulteert in een constante stroom van innovatieve en kosteneffectieve toepassingen. Grafeen wordt inmiddels met succes gebruikt als additief voor versterking en in anticorrosieve en geleidende coatings.

De toekomst van slimme en functionele coatings ligt in voortdurende innovatie en de integratie van geavanceerde materialen op basis van nanotechnologie of andere technologieën. Naarmate de industrie zich verder ontwikkelt, kunnen we een bredere acceptatie van de huidige ontwikkelingen verwachten en zullen we nog geavanceerdere coatings zien die inspelen op opkomende uitdagingen en de prestaties van verschillende producten en oppervlakken verbeteren.

Hoe Nanodeeltjes Verschillende Eigenschappen Kunnen Aanpassen voor Functionele Coatings

Nanodeeltjes worden op verschillende manieren ingezet om de eigenschappen van coatings te verbeteren. Door de eigenschappen van nanodeeltjes te begrijpen en ze doelgericht te integreren in coatingformuleringen, kunnen nieuwe, geavanceerde coatings worden ontwikkeld die uitblinken op het gebied van transparantie, krasbestendigheid, geleiding, magnetisme en optische eigenschappen. Een belangrijk kenmerk van nanodeeltjes is dat ze vaak in situ kunnen worden gegenereerd tijdens het productieproces, wat de kwaliteit en stabiliteit van coatings kan verhogen.

Een voorbeeld hiervan is het gebruik van nanopartikels die hardheid en duurzaamheid verbeteren door ze in een epoxynetwerk te verankeren. Deze netwerkstructuur verhoogt niet alleen de krasbestendigheid, maar zorgt ook voor superieure transparantie van de coating. Nanopartikels kunnen op verschillende manieren worden ingebouwd, bijvoorbeeld door middel van sol-gel-synthese, waarbij pre-hydrolyseerde precursoren worden toegevoegd die metaaloxiden vormen. Deze in situ gevormde deeltjes kunnen de mechanische eigenschappen van polymeren aanzienlijk verbeteren, zoals aangetoond door het toevoegen van titanate sol-gel precursors aan hypervertakte polymeren. Het resultaat was een opmerkelijke toename in mechanische prestaties, waaronder een hardheid van 8H, wat duidt op een enorme verbetering van de krasbestendigheid en thermische stabiliteit van de coating.

Naast de verbetering van de mechanische eigenschappen, kunnen nanodeeltjes ook unieke elektrische eigenschappen introduceren. Coatings met geleidende eigenschappen kunnen de opbouw van elektrostatische lading effectief voorkomen en deze snel afvoeren. Dit is essentieel in toepassingen zoals elektromagnetische interferentiebescherming, antistatische coatings en coatings voor warmteafvoer. Het gebruik van zilver- en goudnanopartikels in dit soort coatings heeft zich bewezen vanwege hun uitstekende elektrische geleidbaarheid. Zilver bijvoorbeeld heeft een geleidbaarheid tot 6,3 × 10⁷ S/m, waardoor het ideaal is voor toepassingen in elektronica, zoals circuits, sensoren en biosensoren. Zilvernanodraadjes, die een lagere verwerkingskost hebben in vergelijking met indiumtinoxide (ITO), kunnen zelfs ITO-coatings vervangen in transparante en flexibele elektronica.

Nanodeeltjes op basis van koolstof, zoals grafeen en koolstofnanobuizen (CNT), bieden eveneens opwindende mogelijkheden. Grafeen, bekend om zijn uitstekende elektrische geleiding en barrière-eigenschappen, heeft een geleidbaarheid die zich in het bereik van 10⁴–10⁵ S/m bevindt, iets lager dan zilver of goud, maar het biedt voordelen in anticorrosiecoatings en toepassingen in anti-ijzelcoatings. CNT, met vergelijkbare elektrische geleidbaarheid, kan dienen als oxidatiemiddel in anticorrosiecoatings, waardoor metalen langere tijd in de passieve toestand blijven en dus minder gevoelig zijn voor corrosie.

Magnetische nanodeeltjes bieden ook unieke voordelen die niet aanwezig zijn in bulkmaterialen. Een van de belangrijkste eigenschappen van magnetische nanodeeltjes is hun superparamagnetisme, wat inhoudt dat ze alleen magnetisch worden wanneer ze aan een extern magnetisch veld worden blootgesteld. Superparamagnetische ijzeroxide-nanodeeltjes (zoals Fe₂O₃ en Fe₃O₄) worden veel gebruikt in de biomedische sector voor gecontroleerde geneesmiddelenafgifte, waarbij de nanodeeltjes via een extern magnetisch veld naar een specifiek lichaamsgebied worden geleid. De sol-gel-methode, die de hydrolyse en condensatie van metalen precursoren in oplossing benut, is een veelgebruikte techniek om magnetische nanodeeltjes te produceren. Het voordeel van deze techniek is dat het mogelijk is om moleculen stabiel in de matrix van de sol-gel te integreren, wat het bijzonder geschikt maakt voor de productie van core-shell nanodeeltjes en hybride organisch-anorganische composieten.

Optische eigenschappen van nanodeeltjes zijn ook een belangrijk gebied van onderzoek. Nanodeeltjes kunnen licht op unieke manieren beïnvloeden, wat resulteert in spectaculaire kleureffecten. Gouden en zilveren nanodeeltjes vertonen bijvoorbeeld het fenomeen van oppervlakte-plasmonresonantie (SPR), waarbij de elektronen in een dunne metalen film worden aangeslagen door incident licht, wat leidt tot resonantie. Dit effect is afhankelijk van de grootte van de nanodeeltjes en speelt een rol in de ontwikkeling van coatings met geavanceerde optische eigenschappen, die in verschillende industriële toepassingen, zoals optische sensoren, kunnen worden benut.

De diversiteit aan toepassingen van nanodeeltjes in coatings is enorm en blijft zich uitbreiden naarmate de technologie vordert. Het is belangrijk voor de lezer te begrijpen dat de integratie van nanodeeltjes in coatings niet alleen gericht is op het verbeteren van één eigenschap, maar vaak leidt tot een synergistisch effect waarin meerdere eigenschappen worden geoptimaliseerd. Door de unieke eigenschappen van nanodeeltjes kunnen coatings steeds effectiever worden toegepast in een breed scala van industrieën, van elektronica tot biomedische toepassingen.

Wat zijn de eigenschappen en toepassingen van nanomaterialen zoals CNT en nanocellulose in geavanceerde coatings?

De opkomst van nanomaterialen heeft geleid tot talrijke innovaties in verschillende technologieën, vooral op het gebied van functionele coatings. Een van de belangrijkste categorieën van deze materialen zijn de koolstofnanobuisjes (CNT) en nanocellulose, die opmerkelijke eigenschappen bezitten die hen geschikt maken voor toepassingen in de industrie, elektronica, en medische technologieën.

Koolstofnanobuisjes (CNT), ontdekt door Iijima in 1991, zijn cilindrische nanostructuren bestaande uit koolstofatomen die in een hexagonaal rooster zijn gerangschikt. Deze buisjes, die een diameter van slechts enkele nanometers hebben, kunnen enkele millimeters lang zijn, waardoor ze een extreem hoge aspectverhouding bezitten. Er zijn twee hoofdtypen CNT: de enkellaagse koolstofnanobuisjes (SWCNT) en de meerlaagse koolstofnanobuisjes (MWCNT), die respectievelijk bestaan uit één of meerdere concentrische lagen van koolstofatomen. De mechanische eigenschappen van CNT zijn buitengewoon, met een treksterkte die varieert van 60 tot 90 GPa, wat hen uiterst geschikt maakt voor toepassingen waar hoge sterkte vereist is zonder extra gewicht toe te voegen. Dit maakt ze ook effectief in composieten, zelfs bij zeer lage toevoegingsniveaus (0,1 tot 1,0%), waarbij de treksterkte van bijvoorbeeld epoxyverbindingen met maar liefst 12% kan toenemen. Daarnaast verbetert de breukweerstand van materialen met slechts 0,1% toevoeging van CNT met ongeveer 10%. Het vermogen van CNT om elektrische geleiding te verbeteren, zelfs bij lage doseringen van minder dan 1%, heeft hun toepassing in coatings en elektronische componenten verder versterkt.

Nanocellulose is een ander veelbelovend nanomateriaal, met enorme potentie vanwege zijn hernieuwbare oorsprong en veelzijdigheid. Het wordt gewonnen uit overvloedige natuurlijke bronnen zoals hout en cellulosevezels. Nanocellulose bestaat uit cellulose nanofibrillen (CNF) of cellulose nanokristallen (CNC), die in nanometerformaat een uitzonderlijke sterkte en stijfheid vertonen, zelfs sterker dan sommige synthetische materialen. Wat nanocellulose zo uniek maakt, is dat het niet alleen lichtgewicht is, maar ook zeer flexibel en goed aanpasbaar voor verschillende oppervlaktebehandelingen door zijn grote specifieke oppervlakte. Dankzij zijn krachtige waterstofbindingsnetwerk en hoge aspectverhouding (de verhouding lengte-tot-breedte) is het in staat om indrukwekkende barrièreeigenschappen te bieden, wat het bijzonder geschikt maakt voor toepassingen in coatings en films die bescherming tegen vocht of zuurstofbehoefte vereisen. Nanocellulose is bovendien een van de weinige volledig hernieuwbare nanomaterialen, wat het bijzonder aantrekkelijk maakt in de context van duurzame technologieën. Het gebruik van nanocellulose in papieren producten voor versterking en het verbeteren van de vochtbestendigheid is inmiddels goed gedocumenteerd. Daarnaast wordt het steeds vaker gebruikt in de productie van polylactide-polymeren, waar het de zuurstofpermeabiliteit vermindert.

Er zijn drie hoofdtypen nanocellulose, namelijk CNC, CNF en BNC (bacteriële nanocellulose). Deze varianten verschillen op basis van hun grootte, kristalliniteit en morfologie, hoewel ze dezelfde chemische structuur delen. CNC’s worden verkregen door zuurhydrolyse van hout of andere cellulosebevattende materialen. Dit proces kan onzuiverheden met zich meebrengen, wat leidt tot een verdere zuiveringsstap om de kristallijne nanocellulose te extraheren. CNF’s worden daarentegen vaak uit hout of plantaardige bronnen zoals suikerbieten of hennep geëxtraheerd via mechanische druk in combinatie met chemische of enzymatische behandelingen. BNC wordt geproduceerd door bacteriële fermentatie, waarbij bacteriën zoals Acetobacter suikers omzetten in cellulose. Van de drie varianten is BNC echter minder interessant voor industriële toepassingen vanwege de complexiteit van het productieproces.

Naast hun toepassingen in de papierindustrie, kunnen CNC’s en CNF’s ook worden gebruikt om barrière-eigenschappen te verbeteren in coatings, films en inkten. Dit komt doordat de dichte netwerken van cellulose-eenheden, met hun vele hydroxylgroepen, het vermogen hebben om water- of zuurstofmoleculen te binden en de doorgang ervan te blokkeren. Vooral CNF’s, met hun hogere graad van kristalliniteit en compacte structuur, bieden aanzienlijke voordelen in het verminderen van permeabiliteit. Nanocellulose wordt daarnaast steeds vaker toegepast als versterking in kunststoffen en polymeren, hoewel de polariteit van het materiaal soms problemen kan opleveren met de compatibiliteit met bepaalde polymeren.

Naast de traditionele toepassingen van nanomaterialen in coatings, is er een groeiende interesse in zogenaamde "slippery liquid-infused porous surfaces" (SLIPS). Dit type coating is geïnspireerd door de glibberige oppervlakken van sommige planten, zoals de Nepenthes-pitcherplant, die een unieke manier heeft ontwikkeld om insecten te vangen door gebruik te maken van een spekgladde, wasachtige coating. SLIPS creëren een soortgelijke glibberige laag door een poreus oppervlak te vullen met een smeermiddel. Dit zorgt ervoor dat oppervlakken extreem glad worden, wat hun toepassing mogelijk maakt in verschillende industriële en medische domeinen waar weerstand tegen vuil, water of andere vloeistoffen vereist is.

Het potentieel van zowel CNT als nanocellulose in slimme coatings en materialen is enorm. Ze bieden niet alleen verbeterde fysieke eigenschappen zoals sterkte en flexibiliteit, maar ook ongekende mogelijkheden voor het aanpassen van de oppervlakte-eigenschappen van materialen. Het gebruik van deze nanomaterialen draagt bij aan de ontwikkeling van duurzamere en efficiëntere technologieën, wat hen van groot belang maakt voor de toekomst van talloze industrieën.

Hoe werkt de kennisinfrastructuur van een metacognitief agent?
Wat zijn de structurele veranderingen in kathodes van lithium-ionbatterijen tijdens elektrochemische processen?
Hoe kan machine learning bijdragen aan vroege detectie en gepersonaliseerde behandeling van door vectoren overgedragen ziekten?
Hoe beïnvloedt de transportmechanisme de prestaties van smeermiddelen op micro-gestructureerde gereedschappen?