Material structures seen through microscopes and statistics
- Reference number
- AM13-0066
- Start and end dates
- 140401-200630
- Amount granted
- 21 000 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Computational Sciences and Applied Mathematics
Summary
Materials with new, unique, unforeseen and optimized properties lead to spectacular advances in technology for the health, energy, transportation, water management and food industries. In this project we will analyze and model soft material structures to reveal structure-mass transport relationships with large relevance to the Swedish drug, wound care and hygiene industries. Microscopy combined with quantitative image analysis provides a powerful tool for the analysis of the microstructure of materials. Stochastic models can be used to study the dependence between the geometry and the properties of a material. We will develop new statistical tools in order to construct materials with tailored mass transport properties. Since size distribution of the largest pores, percolation through the material structure, and connectivity of clusters of the largest pores play an important role in mass transport, we will develop tools based on extreme value theory and construct new spatial and spatio-temporal models for the microstructure of materials. Using such models we will be able to combine experimental characterization of a 3D structure and mass transport properties with systematic computer simulations of 3D structures. This knowledge will be used for structure design of soft materials with optimized properties. The project will be performed in collaboration with the VINN excellence centre SuMo Biomaterials at Chalmers and its industrial partners.
Popular science description
Detta projekt kommer att medverka i utvecklingen av material med nya, unika och optimerade egenskaper inom Svensk läkemedels-, sårvårds-, och hygienproduktsindustri. Vi kommer att koncentrera oss på mjuka material och deras masstransport egenskaper. Syftet är att kunna konstruera mjuka material med skräddarsydda masstransport egenskaper. För att kunna designa nya material är det viktigt att förstå mikrostrukturen av materialet i fråga och dess koppling till egenskaperna hos materialet. Till exempel hur fort ett läkemedel utsöndras till kroppen i mag-tarm systemet beror på mikrostrukturen hos beläggningen, läkemedlets löslighetsegenskaper och nedbrytningshastigheten hos tabletten. I hygienprodukter, till exempel i blöjor, är det viktigt att vätskan stannar i blöjan och inte läcker. Därför har blöjor partiklar som kan absorbera stora mängder av vätska. Partiklarnas mikrostruktur och kemiska egenskaper bestämmer hur stora mängder vätska som kan absorberas. I detta projekt kommer vi att utveckla nya statistiska metoder och matematiska modeller kopplat till kvantifiering av mikrostrukturen med avancerad högupplösande in situ mikroskopitekniker, bildanalys och kvantitativ mikroskopi. Målsättningen med denna koppling är att hitta optimala strukturer för våra material för att kontrollera till exempel frisättning av läkemedlet eller absorberandet av vätskan i hygienprodukter. Metoderna som utvecklas inom projektet kommer att kunna appliceras på många olika typer av mjuka material. Projektet kommer att utföras i samarbete med det VINNOVA finansierade kompetenscentret SuMo Biomaterials och dess industriella partner.