Explore the
4TU.
High-Tech Materials
TU DelftTU EindhovenUniversity of TwenteWageningen University
4TU.
High-Tech Materials
Close

4TU.Federation

+31(0)6 48 27 55 61

projectleider@4tu.nl

Website: 4TU.nl

Materials Science Stories

The research field of Materials Science is a great source for scientific stories. Scientists within the network of 4TU.HTM are welcome to share their stories here.

Materiaalkundeverhalen (in Dutch)
Let there be light - een openhartig interview met Hanne van der Kooij (WUR) over samenwerking en diversiteit

“Als we geen maatregelen nemen, dan blijft het nog 100 jaar zo”
september, 2020

Hoeveel mensen er bij haar promotie aan Wageningen Universiteit & Research aanwezig mogen zijn, is nog afhankelijk van de steeds veranderende coronarichtlijnen, maar duidelijk is wel dat er niet genoeg plaatsen zullen zijn voor alle mensen die ze in haar proefschrift hartstochtelijk bedankt. Die kunnen dan via een livestream meekijken. Met haar succesvolle materialenonderzoek, inclusief twee artikelen in toptijdschriften Nature Communications en Advanced Materials, wil aanstaand doctor Hanne van der Kooij laten zien dat mensen met een functiebeperking ook succesvol kunnen zijn in de wetenschap.  

“Ik ben waardevol, ook als ik niet voltijds werk.”
Hanne van der Kooij

Tekst en interview: Diederik Rep
Foto’s: Leonie Voets
(The English version of this interview is also available.)

Hanne van der Kooij verdedigde haar dissertatie 'Let there be light. Quantitative imaging of nanoscale dynamics in polymer materials' cum laude op maandag 24 augustus 2020 bij prof.dr.ir. Joris Sprakel & prof.dr.ir. Jasper van der Gucht, Physical Chemistry and Soft Matter, Wageningen University & Research

Hek van de dam

Als promovenda bij Prof. Joris Sprakel en Prof. Jasper van der Gucht in de groep Fysische Chemie en Zachte Materie werkte Van der Kooij (1989) aan een project van het Dutch Polymer Institute, medegefinancierd door bedrijven uit de verfindustrie. De opdracht: beter inzicht verkrijgen in het droogproces van verf op waterbasis. Sleutel tot dat gedrag is de collectieve dynamiek van de moleculen, die op allerlei manieren bewegen en elkaar beïnvloeden terwijl de verf droogt en verandert. “We weten dankzij geavanceerde microscopietechnieken veel over de individuele bouwstenen, bijvoorbeeld hoe twee verfdeeltjes elkaar beïnvloeden, maar wat gebeurt er als je ontelbaar veel moleculen bij elkaar hebt, zoals in drogende verf? Het is juist de samenwerking tussen grote groepen moleculen die leidt tot het macroscopisch zichtbare gedrag van materiaalsystemen.” Een snelle techniek die diep binnenin de drogende verf kon kijken zonder het droogproces te verstoren, bestond nog niet, totdat de Wageningers aan de slag gingen met Laser Speckle Imaging (LSI), een techniek uit de medische hoek. “Toen bleek dat LSI zoveel meer potentie heeft dan alleen het bestuderen van verf, was het hek van de dam,” vertelt Van der Kooij. Haar proefschrift laat zich lezen als een liefdesbrief aan de techniek.

Verstrooiing

Veel soorten verf zijn niet transparant, waardoor optische microscopiemethoden niet gebruikt kunnen worden: het licht van de microscoop wordt te veel verstrooid door de deeltjes die zich in de verf bevinden. Het team in Wageningen besloot een laser op de verf te richten en van die verstrooiing een deugd te maken. LSI laat een laserbundel verstrooien aan een materiaal en de verstrooide lichtstralen met elkaar interfereren; een snelle camera registreert vervolgens een ruisachtig verstrooiings- en interferentiepatroon. Dat ruispatroon zelf is lastig te ontcijferen, maar LSI komt tot zijn recht zodra er een van de verstrooiende deeltjes beweegt. Zelfs de kleinste verplaatsing, tot minder dan 1 nanometer (oftewel 1 biljoenste meter, de schaal van enkele atomen), zorgt voor meetbaar grote veranderingen in het ruispatroon. De bijzondere prestatie van Van der Kooij en het team in Wageningen is dat ze dit principe hebben omgebouwd tot een veelzijdige materiaalkundige meettechniek die kwantitatieve resultaten oplevert.

Van vier naar vijf dimensies

“We hebben alles wat bekend was over de techniek samengevoegd. Wat wij nu uit de ruwe data halen is uniek, dat is nog nooit eerder gedaan. De voorloper van LSI werd toegepast zonder ruimtelijke resolutie; het keek naar 1 pixel. Wij hebben de rekenmethodes voor 1 pixel doorgetrokken naar een raster van pixels. Het resultaat is een camera-gebaseerde, kwantitatieve analysemethode die ruimtelijk opgeloste plaatjes genereert. Dat maakt LSI zo krachtig. We hebben er ook een eigen touch aan gegeven: spectrale resolutie. Dat betekent dat we in één klap alle dynamische processen — van razendsnel trillende moleculen tot trage vervormingen op macroschaal — in kaart kunnen brengen.” Daarmee werkt LSI in vier dimensies: twee ruimtelijke dimensies, de dimensie tijd en de spectrale dimensie. “Mijn collega-promovendus werkt nu aan het toevoegen van nog een ruimtelijke dimensie zodat we ook kunnen instellen hoe diep we in een materiaal kijken. Dat kan nu nog niet; we middelen over alle dieptes die de laser bereikt. Dieptegevoeligheid is een heilige graal voor LSI.”

Zijprojecten

Hoogleraren Sybrand van der Zwaag (TU Delft) en Dirk Broer (TU Eindhoven) hoorden Van der Kooij haar LSI-resultaten presenteren. Ze waren direct enthousiast en benaderden haar om de nieuw techniek toe te passen op hun eigen materiaalsystemen: zelf-helende elastomeren in Delft en elektrisch aanstuurbare vloeibare kristallen in Eindhoven. De ‘zijprojecten’ die hieruit voortvloeiden, leverden de meest spraakmakende resultaten van haar promotie op. “Het wrong een beetje dat ik daardoor minder tijd aan de verven kon besteden. Ik hoop dat de verfproducenten toch waar voor hun geld hebben gekregen. Dankzij de samenwerking met Eindhoven en Delft is LSI tot grotere hoogte getild, dat was nooit gelukt als we ons beperkt hadden tot verf. Een versie van onze LSI-apparatuur wordt nu gebruikt door een verfproducent in hun eigen onderzoek naar het droogproces. Voor slechts 160 euro aan onderdelen heeft mijn collega ook een draagbare LSI ontwikkeld, die nu wordt ingezet bij de restauratie van schilderijen in het Rijksmuseum, hopelijk zelfs op De Nachtwacht. Mijn fascinatie voor verf zal altijd blijven.”

De meest recente ICMS Highlights bevat een interview met Hanne van der Kooij over haar samenwerking met prof. Dick Broer en dr. Danqing Liu van het Institute for Complex Molecular Systems (TU Eindhoven): Illuminating the inner workings of active liquid crystal networks. Deze samenwerking bracht een artikel in Nature Communications voort.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-11501-5

Voorbeeldwetenschappers

Van der Kooij is lyrisch over de samenwerkingen die tijdens haar promotie ontstonden. “Samen kunnen we uiteindelijk zoveel meer dan alleen. In gesprek met anderen, of het nou studenten of hoogleraren zijn, heb ik zoveel nieuwe dingen geleerd.” Wat is het recept voor een succesvolle samenwerking volgens Van der Kooij? “Zoek complementaire expertise, kom met een concrete vraag en hou de communicatie gaande.” Platformen als het Dutch Polymer Institute en de federatie van technische universiteiten, 4TU, kunnen daaraan bijdragen. “Succesfactor in onze samenwerking met Eindhoven en Delft is dat we op dezelfde golflengte zaten; we hadden allemaal de wens om de samenwerking tot bloei te laten komen.” Broer en Van der Zwaag noemt ze voorbeeldwetenschappers: “zij laten zien dat je zowel een excellente wetenschapper kan zijn - want dat zijn ze - maar ook een team player.”

“Zoek complementaire expertise, kom met een concrete vraag en hou de communicatie gaande.”
Hanne van der Kooij

De samenwerking met prof. Sybrand van der Zwaag en dr. Santiago García (Novel Aerospace Materials, TU Delft) resulteerde in het artikel 'Imaging the Molecular Motions of Autonomous Repair in a Self‐Healing Polymer' in Advanced Materials.
https://doi.org/10.1002/adma.201701017

Droombaan

Na de formele afsluiting van haar promotieonderzoek blijft Van der Kooij in de groep waar ze de afgelopen jaren werkte. “Mijn promotie was vooral op mijn eigen cv gericht. In mijn nieuwe functie ben ik er juist voor anderen. Als manusje van alles kan ik verantwoordelijkheden en taken van andere stafleden overnemen waar nodig. Ik hoef dus niet zelf mijn eigen groep op te starten, en mezelf omhoog te vechten, maar ik kan wel anderen helpen in hun gevecht.” Deze nieuwe functie als ‘staff scientist’ is speciaal voor haar in het leven geroepen. “Het is mijn droombaan,” aldus Van der Kooij. “Ik generaliseer, maar vrouwen zijn van nature meer gericht op sociale cohesie. Mannen hebben iets meer de neiging om zichzelf stoerder voor te doen dan ze werkelijk zijn. Ze zijn van nature betere autoverkopers. En dat is nodig om jezelf op te werken tot hoogleraar. Dat gevecht past minder bij mij. Ik word het gelukkigst van andere mensen ondersteunen.” Op termijn kan de nieuwe functie zich misschien terugverdienen. “Er zijn genoeg subsidieprogramma’s die gericht zijn op samenwerkingen, waarbij voorstellen worden ingediend door een hoofdindiener en een mede-indiener. Ik zou graag dolgraag die mede-indiener zijn.”

Proactieve maatregelen

Van der Kooij draait er niet omheen dat het feit dat ze een jonge vrouw is, helpt om onderzoeksfinanciering binnen te halen. Hoewel de inbreng van vrouwen in de Nederlandse wetenschap de laatste jaren stijgt, zijn er weinig landen in de wereld met zo weinig vrouwelijke wetenschappers. “Ik dacht jarenlang dat dit probleem zichzelf zou oplossen, en dat vrouwen gewoon wat meer voor zichzelf moesten opkomen. Maar het gaat te langzaam; er is nog steeds een tekort aan jonge vrouwen. Onder promovendi en postdocs is de verhouding nog goed, maar daarna gaat het mis. Ik heb veel bewondering voor mensen die wel verder gaan, want je moet keihard werken, superslim zijn en geluk hebben. Weinig vrouwen hebben zin in het gevecht met hun mannelijke concurrenten en in het haantjesgedrag.” Van der Kooij pleit voor proactieve maatregelen, zoals recent bij de TU Eindhoven, waar vacatures allereerst open stonden voor vrouwen en daarna pas voor mannen. “Je hebt echt voorbeelden nodig. Als er aan de top niet genoeg zichtbare vrouwen staan, dan worden de verhoudingen te traag gelijkgetrokken.”

Functiebeperkingen

“Maar het gaat om meer dan de man-vrouwverhouding. Het gaat ook om mensen met een andere huidskleur, een andere geaardheid, of met een functiebeperking, zoals ik. In de wetenschap zie je vooral heteroseksuele witte mannen die voltijds werken. Dat is onbewust erin geslopen en verandert niet zomaar, niet spontaan. Als we geen maatregelen nemen dan blijft het nog 100 jaar zo. Ik heb helemaal niet de ambitie om zo bekend te staan, maar ik wil toch open zijn over mijn eigen functiebeperkingen, om mensen in een soortgelijke positie te inspireren. Mijn mentale gezondheid is niet zo goed als die van anderen. Ik heb een mooie cocktail van kleine rugzakjes. Ik heb meer tijd nodig voor mezelf, om alles een plekje te geven, indrukken te verwerken. De wetenschap is door haar onvoorspelbaarheid een chaos voor iemand met beperkingen op het autismespectrum. Voltijds werken lukt me daarom niet. Daarentegen leggen mijn hersenen sneller verbanden, ik zie allerlei details. Dat is ook een kracht.”

“Ik wil open zijn over mijn eigen functiebeperkingen, om mensen in een soortgelijke positie te inspireren.”
Hanne van der Kooij

Taboe

Het is een taboe in de maatschappij als geheel, niet alleen in de wetenschap, constateert Van der Kooij. “Hier in Wageningen kan ik er open over zijn, maar dat is niet overal zo. Ik ken genoeg mensen met beperkingen, zoals bijvoorbeeld ADHD, autisme of depressiviteit, die daarmee niet naar de bedrijfsarts gaan. Ze willen dat stempel niet, omdat het hun kansen op een carrière kan schaden. Ik snap het wel: niemand wil een zieke werknemer, ik zou ook liever volledig gezond willen zijn. Als je niet kunt werken vanwege een gebroken been, dan zal iedereen dat begrijpen. Maar iemand die last-minute afzegt omdat hij depressief thuis zit? Er is te weinig ruimte om het daarover te hebben. En dan lijkt het alsof het amper voorkomt. Maar iedereen heeft toch wel wat? Ik denk dat dit soort mentale beperkingen juist vaak samengaan met unieke mentale krachten. Ik wil mezelf geenszins vergelijken met genieën, maar kijk naar Einstein en Tesla. De grootste genieën hebben de grootste mentale beperkingen. Ik merk dat bijvoorbeeld bepaalde vormen van autisme juist meer voorkomen bij intellectuele groepen.”

Rat race

Het is een kwetsbaar onderwerp, geeft Van der Kooij aan. Misschien dat daarom verandering niet afgedwongen kan worden. “Je moet zeer sterk in je schoenen staan, mentaal en fysiek, om je staande te houden in de wetenschap. Als je dat niet kunt of wilt, dan val je af. Ik zou zijn afgevallen als Joris [Sprakel] en Jasper [van der Gucht] mij deze unieke kans niet hadden geboden. Mijn groep kent mijn beperkingen en houdt er geweldig rekening mee. De vrijheid en het begrip zijn hier uitzonderlijk. Ik denk weleens: dit ga ik echt nergens anders meer vinden. Ondanks mijn functiebeperkingen kan ik een mooie rol in de wetenschap spelen, ben ik waardevol, ook als ik niet voltijds werk. Als je minder dan voltijds werkt, heb je ook meer tijd om creatief te zijn, om resultaten te laten bezinken. Je zit minder vast in de rat race, je kunt meer afstand nemen. Kwaliteit boven kwantiteit. Ik zie dat mijn collega’s die 80% werken het fantastisch doen, je ziet het niet aan hun cv.” 

Je bent niet alleen

Wat adviseert Van der Kooij mensen met soortgelijke beperkingen? “Wees er eerlijk over - je werkgever heeft er recht op om het te weten en bovendien is het zoveel prettiger als men je toestand kent. Je hoeft het niet aan de grote klok te hangen maar als mensen het vragen, wees er dan eerlijk over. Het is heel spannend om erover te praten maar er is meer begrip dan je denkt. Uiteindelijk kennen de meeste mensen wel mensen met een soortgelijke problematiek. Er is zoveel fysiek en mentaal leed op deze aarde; het komt veel meer voor dan je denkt. Wees niet bang om je te uiten – je bent niet alleen. En als je op onbegrip botst, zoek dan een andere plek, want voor zo’n werkgever wil je misschien niet werken. Het is belangrijk om je veilig te voelen, om jezelf te kunnen zijn, om eerlijk te mogen zijn. Natuurlijk, het is een baan, dus je beste beentje voorzetten en soms je eigen problematiek opzijzetten, hoort erbij. Maar je komt beter tot je recht in een omgeving waar je gewaardeerd, gerespecteerd en begrepen wordt. Dat heb ik zelf mogen ervaren.”

“Je komt beter tot je recht in een omgeving waar je gewaardeerd, gerespecteerd en begrepen wordt. Dat heb ik zelf mogen ervaren.”
Hanne van der Kooij

Minder onmisbaar

Terug naar de aanstaande promotie en de LSI-techniek. Hoe ziet Van der Kooij de toekomst van ‘haar’ techniek voor zich? “Mijn droom voor de toekomst is om de techniek toe te passen op nog veel meer bijzondere materialen, en om meer inzicht te krijgen in de collectieve bewegingen die van hele kleine lengte- en tijdsschalen uitgroeien naar macroscopische materiaalveranderingen.” De dans der moleculen, noemt ze het. Staat er straks een LSI in ieder materialenlaboratorium? “Ik hoop dat zelfs onze smartphones straks LSI-technologie bevatten! Maar ik vrees dat we zelf te weinig affiniteit hebben met het commercieel uitbaten van onze LSI-expertise. Wie dat wil doen, neem vooral contact met ons op. Wij willen met name gaaf wetenschappelijk onderzoek doen en de maatschappij iets teruggeven. Sterker nog, ik heb liever dat iedereen LSI gaat gebruiken. In mijn nieuwe functie hoef ik niet alleen aan mijn eigen cv te denken, ik kan mezelf minder onmisbaar maken. Stuur het maar de wereld in, ik denk dat we daar uiteindelijk veel gelukkiger van worden.”

“Mijn droom voor de toekomst is om de techniek toe te passen op nog veel meer bijzondere materialen.”
Hanne van der Kooij

Dr. Hanne van der Kooij is a staff scientist at Wageningen University & Research in the Physical Chemistry and Soft Matter group of prof. Jasper van der Gucht.

Machtige Materialen - Vijf colleges (TU/e, TU Delft) voor de Universiteit van Nederland over slimme materialen

De Universiteit van Nederland toont vijf colleges over slimme materialen van onderzoekers aan Delft University of Technology en Eindhoven University of Technology.

  1. Prof.dr. Kees Storm 
    Theory of Polymers & Soft Matter group, TU/e
    Waarom besta jij uit slechts vier puzzelstukjes?

  2. Prof.dr.ir. Erik Schlangen
    Materials, Mechanics, Management & Design, Materials & Environment, TU Delft
    Hoe kan een betonnen huis z'n eigen scheuren repareren?

  3. Prof.dr. Carlijn Bouten
    Cell-Matrix Interaction for Cardiovascular Tissue Regeneration group, TU/e
    Hoe kun je van plastic levende hartkleppen maken?

  4. Ir. Sebastien Callens & ir. Ingmar van Hengel
    Mechanical, Maritime and Materials Engineering , TU Delft
    Wat hebben Japanse origami en botimplantaten met elkaar gemeen? 

  5. Dr. Liesbeth Janssen
    Theory of Polymers & Soft Matter group, TU/e
    Waarom is glas het grootste mysterie van de natuurkunde? 
Superconstructies, het geheim van de smid - College van Ton Bor (UTwente) voor de Universiteit van Nederland

Dr.ir. Ton Bor (Faculty of Engineering Technology, University of Twente) gebruikt vitaminen om voor de Universiteit van Nederland uit te leggen hoe een materiaal (staal!) slim wordt ontwerpen: door slim te spelen met legeringselementen en warmtebehandelingen.

Hoe bouw je een auto die jou een flinke crash laat overleven?

https://universiteitvannederland.nl/

Pingpongballen als wetenschappelijk instrument - Prof. Jilt Sietsma (TU Delft) over koolstofatomen

Inleiding
Bij het begrip pingpongballen denken we niet direct aan wetenschap. Toch wist prof. Willie Burgers (hoogleraar Fysische Scheikunde aan de TU Delft tussen 1940 en 1967, één van de founding fathers van de afdeling Materiaalkunde) sets pingpongballen te gebruiken als wetenschappelijke instrumenten om atomaire structuren te onderzoeken en beschrijven. De pingpongballenmodellen werden gebruikt om aankomende ingenieurs basisbegrippen van structuren in materialen bij te brengen en om wetenschappelijke inzichten daarin te ontwikkelen. Het mooie is dat deze modellen, bestaand uit aan elkaar gelijmde pingpongballen of met veertjes verbonden houten bolletjes, nog steeds gebruikt worden. Met name in het onderwijs werkt het toch veel beter om 3D-structuren in je hand te houden en van alle kanten te kunnen bekijken dan ze op een beeldscherm te zien draaien.

Pingpongballen en atomen
De pingpongballen staan voor atomen. Atomen vormen de kern van alle materialen en zijn daarom van groot belang voor alle technologische ontwikkelingen. De ordening van atomen in een materiaal (de “structuur”) bepaalt de eigenschappen van dat materiaal. Een mooi voorbeeld is het element koolstof. Als de koolstofatomen in een gelaagde structuur van zeshoeken geordend zijn noemen we het materiaal grafiet en kunnen we er potloden van maken. We gebruiken het ook als smeermiddel. Als de koolstofatomen in een driedimensionale kubische kristalstructuur gerangschikt zijn, noemen we het materiaal diamant en dat is het hardste materiaal dat ons bekend is. We gebruiken de koolstofatomen dan als schuurmiddel. Beide materialen komen in de natuur voor, maar in de afgelopen decennia zijn ook kunstmatige varianten van koolstof ontwikkeld, zoals fullereen (“bucky balls”), nanotubes en grafeen. En dat allemaal op basis van alleen koolstofatomen. Ook voor metalen geldt dat de structuur bepalend is voor de eigenschappen en daarmee voor de toepasbaarheid. Prof. Burgers begreep in de vijftiger jaren heel goed dat wetenschappelijk onderzoek en onderwijs nodig was op het gebied van de metaalkunde om de relaties tussen vormingsprocessen, structuur en eigenschappen van metalen beter te begrijpen, met als doel om metalen met nieuwe en verbeterde eigenschappen te kunnen ontwikkelen. Zijn gelijk werd in die jaren bevestigd door het oprichten van het grootste pingpongballenmodel ter wereld, het Atomium in Brussel.

Lees verder (over dislocaties en fasetransformaties):
Pingpongballen als wetenschappelijk instrument (Pdf file) 

Uit: 175 jaar TU Delft. Erfgoed in 33 verhalen. P.TH.L.M. van Woerkom (red.), uitgave Histechnica, 2017.

Fig.: Een pingpongballenmodel met een dislocatie, een Burgerscircuit (blauw) en de Burgersvector (rood).

Prof.dr.ir. J. Sietsma is metaalkundige (TU Delft: ir. 1981, dr. 1987), sinds 2009 hoogleraar aan de TU Delft, met leeropdracht Microstructure Control in Metals. Zijn voornaamste expertise ligt in de fysische en thermodynamische processen bij de vorming en het gedrag van microstructuren in metallische legeringen. Hij werkt aan de fundamentele aspecten van de productie van metalen en het gedrag van materialen in een wijd scala van toepassingen.

Also look at this video in which prof. Bragg discusses crystal defects: Experiments w/ the Bubble Model of a Metal Structure (1954)


Fig.: Een pingpongballenmodel met een dislocatie, een Burgerscircuit (blauw) en de Burgersvector (rood).

Prof.dr.ir. J. Sietsma is metaalkundige (TU Delft: ir. 1981, dr. 1987), sinds 2009 hoogleraar aan de TU Delft, met leeropdracht Microstructure Control in Metals. Zijn voornaamste expertise ligt in de fysische en thermodynamische processen bij de vorming en het gedrag van microstructuren in metallische legeringen. Hij werkt aan de fundamentele aspecten van de productie van metalen en het gedrag van materialen in een wijd scala van toepassingen.