Materialstrukturer genom mikroskop och statistik
- Diarienummer
- AM13-0066
- Start- och slutdatum
- 140401-200630
- Beviljat belopp
- 21 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Beräkningvetenskap och tillämpad matematik
Summary
Material med nya, unika, oförutsedda och optimerade egenskaper leder till enorma framsteg till exempell inom hälsa, energi, transport och livsmedelsindustrin. I detta projekt kommer vi att analysera och modellera mjuka materialstrukturer för att studera struktur-masstransport relationer som har stor betydelse för den svenska läkemedels-, sårvårds-, och hygienproduktsindustrin. Mikroskopi kombinerat med kvantitativ bildbehandling ger ett kraftfullt verktyg för att analysera mikrostruktur av material. Stokastiska modeller för mikrostrukturen kan användas för att studera beroendet mellan geometrin och egenskaperna hos ett material. Vi kommer att utveckla nya statistiska verktyg för att konstruera material med skräddarsydda masstransport egenskaper. Eftersom storleksfördelning av de största porerna, perkolation genom materialstrukturen och konnektivitet av klustrar av de största porerna spelar en mycket viktig roll i masstransport, kommer vi att utveckla verktyg som bygger på extremvärdesteori och konstruera nya spatiala och spatio-temporala modeller för mikrostrukturen hos material. Genom att använda sådana modeller kommer vi att kunna kombinera experimentell karakterisering av en 3D-struktur och masstransport egenskaper med systematiska datorsimuleringar av 3D-strukturer. Denna kunskap kommer att användas inom design av mjuka material med optimerade egenskaper. Projektet kommer att utföras i samarbete med Chalmers SuMo Biomaterials Centre och dess industriella partner.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.