Deze pijler dompelt je onder in state-of-the-art opkomende technologieën die doorbraken kunnen forceren in cyberveiligheid,  rekenkracht, metrologie, gevoeligheid van detectie-instrumenten voor medische diagnostiek en nog veel meer. Je doet onderzoek naar de technologie gebruikt in hoogtechnologische kwantumsensoren voor bv. NMR-instrumenten of magnetisch veld sensoren voor de ruimte die veel gevoeliger zijn dan klassieke sensoren. Deze materialen zijn ook interessant voor toekomstige kwantumcomputers, die berekeningen vele malen sneller uitvoeren en een grote rol kunnen spelen in o.a. de encryptie, beveiliging en transmissie van data. Je wordt in deze en andere baanbrekende topics opgeleid door experts van het UHasselt Instituut voor Materiaalonderzoek (imo-imomec).

In de pijler Energie wordt een diepgaande training voorzien in het ontwikkelen en karakteriseren van innovatieve, performante materialen voor duurzame energieopwekking/opslag en de vermindering van CO2-uitstoot. Heb je interesse in het verbeteren van fotovoltaïsche energieconversie, materialen voor thermochrome beglazing die kan  schakelen tussen warmte doorlaten/blokkeren, het ontwerpen van batterijmaterialen voor korte en lange termijn, groene waterstof via watersplitsing ...? Dan zal de pijler Energie je zeker en vast verrassen. Hier vind je antwoorden op vragen zoals ‘Hoe kunnen we de efficiëntie van de nieuwe generatie zonnecellen verhogen?’ of ‘Hoe kunnen we CO2 omzetten in bruikbare brandstoffen, gebruik makend van zonlicht?’ Het verminderen van de CO2-uitstoot maar zeker ook het afvangen, converteren en bruikbaar maken van CO2 (CCU) zijn immers technologische innovaties waar je als master in Materiomics een belangrijke rol bij kan spelen.

In de pijler Circulaire Processen ligt de focus op de studie en ontwikkeling van functionele materiaaloplossingen die de kern vormen van een circulaire economie. Hierbij wordt vertrokken vanuit het herdenken van functionele materialen, steunend op kwantitatieve gegevens zoals levenscyclusanalyse. Er gaat veel aandacht naar het zoeken naar alternatieven voor materialen of technologieën die niet duurzaam zijn, naar de herbruikbaarheid van materialen en naar het volledig duurzaam inzetten van reststoffen. Je wordt opgeleid om materialen en systemen opnieuw uit te vinden door rekening te houden met duurzame recupereerbaarheid achteraf. Je interesseert je voor duurzame materiaaltoepassingen zoals het vinden van alternatieven voor de lithium ion batterij, het upcyclen van reststromen tot actieve kool of het hergebruik van plastic afval uit oceanen via nieuwe polymerisatieprocessen.

Verwerf in deze pijler diepgaand inzicht in geavanceerde materialen voor de farmaceutische industrie en de bredere gezondheidszorg, dankzij de link met de biochemie. Je hebt interesse in thema’s zoals het ontwikkelen van materialen die na een hartaanval het beschadigde weefsel vervangen en herstellen, nieuwe inzichten en toepassingen rond organische elektronica (bv. biosensoren om de suikerspiegel van diabetespatiënten op te volgen), het ontwerpen en modelleren van materialen die geneesmiddelen brengen daar waar ze nodig zijn en zo de neveneffecten van bijvoorbeeld chemotherapie verminderen, het gebruik van biologische processen bij het ontwerpen van materialen,...

Dit opleidingsonderdeel wordt gevolgd door studenten met een eerder fysische achtergrond. 

In dit opleidingsonderdeel worden enkele essentiële onderwerpen aangebracht die nodig zijn om samenstelling en chemische structuur van materialen te kunnen omschrijven. We bekijken in het bijzonder hoe deze de elektronische energieniveau’s in een materiaal bepalen (module 1) omdat het gedrag en de eigenschappen van het materiaal hier in grote mate van afhangen. Je gaat wat meer inzicht krijgen (zonder helemaal de chemie in te duiken) welke principes men hanteert om (organische) materialen te synthetiseren en welke elementen een onderzoeker die materiaaleigenschappen bestudeert best weet over hoe een materiaal gesynthetiseerd werd (module 2). Tot slot leren we je enkele belangrijke basis-experimentele technieken waarmee je kan bepalen wat de samenstelling en de moleculaire structuur van een materiaal is (module 3).

Waarom dit vak?

Als gediplomeerd bachelor in de fysica (of gelijkwaardig) is het niet vanzelfsprekend om de fysische concepten en eigenschappen, waarin je opgeleid bent, te relateren met het gedrag van ‘tastbare’ materialen. Wanneer een collega onderzoeker die een materiaal gesynthetiseerd heeft bij jou terecht komt om de eigenschappen ervan te begrijpen, is het belangrijk dat je zijn/haar verwachtingen en informatie over hoe het materiaal gemaakt werd en welke chemische eigenschappen al gemeten werden, correct kan interpreteren en adequaat kan meenemen in vervolgonderzoek. Hiervoor zal dit opleidingsonderdeel de basis leggen. In volgende (of keuze-)opleidingsonderdelen kan je je desgewenst nog verder verdiepen in deze materie.

Welke voorkennis heb je nodig?

Er wordt van uitgegaan dat de basis chemie die je in het middelbaar onderwijs en in een niet-chemische bachelor hebt gehad volstaat. (meer details in de studiegids)

Hoe past het opleidingsonderdeel in het masterprogramma van Materiomics?

De belangrijkste innovaties op vlak van materialen gebeuren op het kruispunt van de disciplines chemie en fysica. Het zijn immers vooral de chemische samenstelling en de structuur van een materiaal die de fysische of functionele eigenschappen ervan bepalen. Bovendien is de performantie van een materiaal vaak ook sterk afhankelijk van hoe het is gesynthetiseerd. De materiomicus, vanuit welke discipline hij/zij ook start, zal in staat zijn om deze bredere zienswijze al mee te integreren in zijn/haar materiaalonderzoek, wat hem/haar een voordeel biedt op de arbeidsmarkt.

Wat kan je met dit vak?

Als je dit vak bestudeerd hebt, ben je in staat om - als gediplomeerd bachelor in fysica (of gelijkwaardig) - te interageren met de experten die materialen synthetiseren en de chemische eigenschappen ervan onderzoeken. Deze kennis en vaardigheid zal je toelaten om efficiënter en in een interdisciplinaire context, nieuwe materialen te kunnen doorgronden en designen, hetgeen een internationale toekomstverwachting is.

‘I am just a physicist, but I had to learn chemistry to help the world’ - Steven Chu, Professor at Stanford University, recipient of the Nobel Prize in Physics (1997) and former U.S. Secretary of Energy in the administration of Barack Obama (2009-2013). Prijsuitreiking Solvay prijzen (29 maart 2022)

Klik hier voor de informatie in de studiegids.

Dit opleidingsonderdeel wordt gevolgd door studenten met een eerder chemische achtergrond. 

Klik hier voor de informatie in de studiegids.

Zowel bij innovatieve materialen als moderne hightech toepassingen spelen de eigenschappen van individuele atomen en structuren op deze schaal een steeds belangrijkere rol. Bij nanotechnologische toepassingen worden device onderdelen steeds kleiner, zodat fouten in het device, zoals een ontbrekend of fout atoom nefaste gevolgen hebben (denk aan de X nm technologie van computer chips, waarbij Si en Au een diameter van 0.22 en 0.29 nm hebben).  Anderzijds maak je als materiaalwetenschapper hiervan ook gebruik om materialen te optimaliseren voor specifieke doeleinden. Door het aanpassen van specifieke functionele groepen, of het toevoegen van specifieke doteerelementen kan het functionele gedrag van een molecule of materiaal gewijzigd worden. Denk hier bijvoorbeeld aan de lichtgevende elektroluminescente moleculen gebruikt in OLED schermen waarvan de kleur bepaald wordt door de gebruikte functionele organische bouwsteen. Of aan de transparante geleiders gebruikt in zonnecellen gebaseerd op gedoteerde metaaloxides.

In dit opleidingsonderdeel bekijken we de wereld van materialen vanuit het oogpunt van atomen en functionele groepen—kleine sets atomen die samen voorkomen zoals CH3 of OH. Eerst vestigen we onze aandacht op de verschillende soorten functionele materiaaleigenschappen welke van belang zijn in materiaalonderzoek. De atomaire eigenschappen worden gelinkt aan materiaaleigenschappen en hun fysische en chemische manifestatie. Eenmaal deze relaties bekend zijn, bestuderen we deze eigenschappen via kwantummechanische modellering. Dit laat ons toe met absolute controle een materiaal virtueel aan te passen en het effect van deze aanpassing te bestuderen. Finaal, gaat onze aandacht naar de fysische en chemische karakterisatie van materialen. Dit laat ons toe na te gaan of de we in het eerder theoretisch bedachte materiaal hebben kunnen synthetiseren of vormen.

Op alle kennis en praktische ervaring die je opdoet tijdens het vak Eigenschappen van Functionele Materialen, wordt verder gebouwd tijdens algemene vakken (e.g., Materials Design en Synthesis), evenals specialisatie- en trajectvakken . Je leert denken in termen van materiaalfunctionaliteit en hoe deze te bekomen, te modelleren en te karakteriseren.

Waarom is dit opleidingsonderdeel belangrijk?

Binnen dit opleidingsonderdeel wordt gebouwd aan het ontwikkelen van een gemeenschappelijke taal met betrekking tot de (functionele) eigenschappen van materialen. Concepten met een oorsprong in de fysica en chemie worden naast elkaar gelegd om gelijkenissen en nuanceverschillen duidelijk te maken (e.g., wat is een bandenstructuur). Zo leren we elkaars taal kennen.

Welke voorkennis is vereist?

Algemene basis chemie en fysica volstaan (e.g., elektromagnetisme, atomen & moleculen, …)

Hoe past het opleidingsonderdeel binnen het programma?

Dit is één van de opleidingsonderdelen welke de basis legt voor de verdere opleiding. Structuur-eigenschapsrelaties (structure-property relationships) vormen de basis van elk materiaaldesign. Binnen dit vak bestuderen we enerzijds welke functionele materiaaleigenschappen interessant zijn (module 1), hoe deze kunnen gemodelleerd worden (module 2) en finaal hoe deze kunnen gemeten worden (module 3).

Wat zijn de eindcompetenties van dit opleidingsonderdeel?

Met de kennis opgedaan in dit vak bezit je de basiskennis om nieuwe materialen (=functionele materialen) te designen. Je begrijpt hoe feature-sizes de eigenschappen beïnvloeden zodat je bv gericht gefunctionaliseerde nanomaterialen kan ontwikkelen, waarbij je kennis uit verschillende disciplines combineert (e.g., fysica, chemie & biologie in het geval van een biosensor).

Klik hier voor de informatie in de studiegids.

Modern materiaalonderzoek steunt op drie pijlers van onderzoeksvoering: theoretisch, experimenteel, en computationeel. Theoretisch onderzoek geeft inzichten in de fundamentele eigenschappen en gedrag van materialen (e.g., Hoe werkt supergeleiding?, Waarom binden atomen zich tot moleculen?). Deze inzichten worden getest met experimenteel onderzoek, dat ons daarnaast ook empirisch wetmatigheden (e.g., De Arrhenius vergelijking voor reactiesnelheden, en de gaswetten) en nieuwe vragen aanlevert, die op hun beurt leiden tot nieuwe theoretische modellen. Computationeel onderzoek vinden we op de grens hiertussen. Het laat ons toe de kwantummechanica van één deeltje in een box praktisch uit te breiden naar alle interagerende elektronen in een polymeer of halfgeleiderinterface. Als toekomstig materiomicus verwerf je tijdens de opleiding expertise in elk van deze pijlers.

In modern materiaalonderzoek spelen de eigenschappen van individuele atomen en structuren op deze schaal een steeds belangrijkere rol bij het ontwikkelen van functionele materialen en nanotechnologische toepassingen. Computationeel onderzoek is hiervoor van cruciaal belang, gezien het relevante systemen vanuit theoretisch perspectief kan bestuderen met een controle welke experimenteel onbereikbaar is. Tijdens dit opleidingsonderdeel krijg je een inleiding in computationeel onderzoek als onderzoeksdomein, en ga zelf aan de slag met state-of-the-art programma’s die je in staat stellen materiaaleigenschappen te berekenen. Je leert je eigen kwantummechanische berekeningen uitvoeren op moleculen en vaste stoffen en voert je eigen moleculaire dynamica experimenten uit op eenvoudige moleculen met gebruik van krachtvelden. Voor onderzoek op de meso-schaal leer je werken met COMSOL en als laatste word je klaargestoomd voor de toekomst met een inleiding in de basisconcepten van machine-learning en artificiële intelligentie.

Op alle kennis en praktische ervaring die je opdoet tijdens dit opleidingsonderdeel, wordt verder gebouwd tijdens algemene vakken (e.g., Eigenschappen van functionele materialen), evenals specialisatie- en trajectvakken in het tweede masterprogramma, welke zich verder focussen op één van de methoden (e.g. Computational modelling in health and medicine, ML and AI in modern materials science,. Density functional theory,…). Je leert modelleersoftware gebruiken als je zakrekenmachine; altijd binnen handbereik en een essentiële tool bij je materiaaldesign.

Waarom is dit opleidingsonderdeel belangrijk?

Computationeel onderzoek is een essentieel onderdeel van modern onderzoek. Je gebruikt computers voor alles in je dagelijks leven, dus waarom niet om experimenten te doen?

In dit opleidingsonderdeel leer je de basis van veel verschillende methoden kennen (zie het als proevertjes) waarvan je gebruik kan maken gedurende je volledige opleiding. Het nut hangt deels af van je eigen interesse. Heb je zelf interesse in simulaties en modellering dan kan dit vak een startpunt zijn om van verschillende methoden en technieken te proeven. Heb je daarentegen geen interesse in computationeel onderzoek, dan zal dit opleidingsonderdeel de basis geven om in je latere leven samen te werken met experten hierin (daar is geen ontsnappen aan) en hen de juiste vragen te stellen en te laten stellen.

Welke voorkennis is vereist?

Er is geen voorkennis vereist. Je leert tijdens de werkzittingen van nul af omgaan met de verschillende softwarepakketten.

Beperkte ervaring met een programmeertaal of scriptingtaal wordt aangeraden, gezien dit bij de module over machine-learning van pas zal komen (wat in python zal zijn). Maar ook hierbij zal er van nul worden gestart.

Hoe past het opleidingsonderdeel binnen het programma?

Dit opleidingsonderdeel geeft je een basis die wordt gebruikt in andere opleidingsonderdelen en laat verdere ontwikkeling in specialisatievakken toe. Als materiomicus ben je een fysicus of chemicus die de bruggen bouwt tussen disciplines en gezichtspunten. Het derde paradigma van wetenschappelijk onderzoek mag dan niet ontbreken in je kennis.

Wat zijn de eindcompetenties van dit opleidingsonderdeel?

Alles wat je je kan voorstellen (en binnen je beschikbare rekenmiddelen past). In dit opleidingsonderdeel leer je met een andere blik naar de wereld kijken, en zelf een virtuele voorstelling ervan bouwen waarin geëxperimenteerd kan worden.

Klik hier voor meer informatie in de studiegids.

The course Materials Design and Synthesis provides a broad overview of various advanced strategies for designing and preparing the materials of the future, with a specific focus on sustainable aspects. The course is intended to introduce concepts from a diverse range of materials design aspects, providing fundamental insights into various chemical, physical, and computational topics.

This fundamental and broad approach will arm the student with critical tools that are necessary to make informed decisions about the direction that is most appealing to take in choosing more advanced elective courses in the second Master in materiomics program. This will also prepare the student for tackling the hands-on project, with key concepts.

The course is divided into several modules, each with a specific focus and delivered using diverse teaching tools, including lectures, workshops and interactive exercises. The modules include:

• Module 1
  Materials design from three complementary perspectives: Inorganic materials, organic/polymeric materials, and computational/modeling tools.
• Module 2
  Fabrication and processing tools from complementary techniques: Chemical solutions deposition and physical/vapor phase processing
• Module 3
  Tying it all together: Key approaches to evaluating structure–processing–performance relationships, employing all the fundamental concepts from the first modules.
• Module 4
  Hot topics in Materials Design and Synthesis, including focused perspectives from experts provided in the form of seminars/workshops.

After introducing several key concepts in designing and implementing materials synthesis and fabrication, a short series of workshops/seminars will be given that showcase these concepts, highlighting the relationship to several selected “Hot Topics” or advanced research fronts. These research topics are closely related to some of the cutting edge research taking place within the groups throughout the Materiomics PIs teams, and provide a first detailed glimpse into the available topics for your research projects later on.

Klik hier voor meer informatie in de studiegids.

In het hands-on project zullen we een actueel, interdisciplinair materiaal wetenschappelijk probleem oplossen. Studenten zullen in groepjes van 2 à 3 personen, elk vanuit individuele wetenschappelijke achtergrond, samen een materiaal ontwerpen voor een opkomende technologie. We doorlopen de hele cyclus: van ontwerpfase, via synthese tot technologische toepassing. Dit kan gaan van nieuwe en duurzame materialen voor energieconversie (zonnecellen) of energieopslag (batterijen) tot materialen voor sensoren gebaseerd op kwantum eigenschappen.

De studenten leren in het hands-on project hoe de kennis opgedaan in het eerste en tweede kwartiel van het eerste masterjaar te integreren. Je leert verder hoe, met behulp van de wetenschappelijke literatuur en door samenwerking, deze kennis in de praktijk om te zetten en te presenteren aan medestudenten.

Klik hier voor meer informatie in de studiegids.

Tijdens de stage maak je kennis met een professionele werkomgeving, die aansluit bij het toekomstig werkveld van de afgestudeerde Master in materiomics.  Als stagiair breng je er je kennis en vaardigheden uit de opleiding in de praktijk en doe je breed ervaring op in de context van het bedrijf.

Tijdens dit opleidingsonderdeel ontwikkel je je probleemoplossend vermogen door het aanpakken van een opdracht. De opdracht omvat een R&D probleem dat door de stageplaats geïdentificeerd werd als belangrijk op middellange termijn, waarvoor door de stagiair een oplossing wordt gezocht. Dit gebeurt in samenwerking en in overleg met een dagelijkse mentor van de stageplaats, een supervisor van de stageplaats en een promotor van de opleiding.

De stage vindt bij voorkeur plaats in een bedrijf of onderzoeksinstelling, of eventueel ook aan een universiteit binnen het kader van toegepast onderzoek i.s.m. bedrijven.  De stage kan regionaal plaatsvinden (UHasselt als civic universiteit) of internationaal (UHasselt als internationaal gerichte universiteit).

Door het uitvoeren van de stage ontwikkel je je employability skills, toepassings- vaardigheden en onderzoeksvaardigheden. Je bent je bewust van de werkwijzen en noden van de stageplaats. In je latere beroepsleven kan je deze ervaring inzetten.

Klik hier voor meer informatie in de studiegids.

Klik hier voor meer informatie in de studiegids.

Klik hier voor meer informatie in de studiegids.