Chalmers grafencentrum – ett nav för framtidens innovationer

Företagspresentation

Hanna Nilsson, doktor i materialfysik, Siegfried Eigler, ledande kemist på grafenområdet och Patrik Carlsson, chef för Chalmers grafencentrum.
Hanna Nilsson, doktor i materialfysik, Siegfried Eigler, ledande kemist på grafenområdet och Patrik Carlsson, chef för Chalmers grafencentrum.
Grafen kallas för superlativens material. Det är omkring 200 gånger starkare än stål och leder elektricitet bättre än koppar.
Även om hårt arbete återstår är listan på nya användningsområden lång: värmeledande kompositer, böjbar elektronik, superkondensatorer, vattenreningsfilter och biosensorer är bara några exempel.

Det har gått snart tio år sedan grafen av en slump upptäcktes av de brittiska forskarna Konstantin Novoselov och Andre Geim. Bara några år senare fick de nobelpriset i fysik 2010.
– Grafen är fantastiskt roligt och spännande att arbeta med. Idag arbetar Chalmers med grafen inom många olika områden och exempel på tillämpningar finns i flyg- och bilindustri, kemi, elektronik, vindkraft, läkemedel och hälsa, säger Patrik Carlsson, chef för Chalmers grafencentrum.

Värmeledning och vattenreningsfilter
Grafen är ett av världens tunnaste och samtidigt starkaste material. Det är en form av kol som nästan är helt genomskinlig och samtidigt så tät att inte ens heliumgas kan ta sig igenom.
Hanna Nilsson är doktor i materialfysik och har med hjälp av elektronmikroskop utvecklat en metod för att mäta termiska egenskaper i grafen.
– Eftersom grafen är en 200 gånger bättre värmeledare än koppar ser vi stora möjligheter att i närtid utveckla polymerkompositer som kan användas för att bättre kyla till exempel datorer och elbilar där värmeutveckling på grund av höga strömmar är ett stort problem.
Det kan även användas för att förhindra isbildning på flygplan eller vindkraftverk i kalla klimat. Istället för miljöbelastande avisningsvätskor kan grafen användas för att förhindra att is bildas och även för att smälta is med hjälp av elektrisk uppvärmning.
Hanna Nilsson ser många andra spännande användningsområden, ett av dem är att kommersiellt utveckla grafenfilter för att rena vatten från exempelvis salt, gifter och hormonstörande ämnen.
– Grafen är ogenomträngligt, men vi kan kemiskt modifiera grafenets egenskaper och bestämma hur vi vill att det ska växelverka med exempelvis vatten. Det är extremt hydrofobt eller hydrofilt, beroende på hur det modifierats. Det finns ett enormt behov i världen av rent vatten, och grafen kan användas för detta, säger Hanna Nilsson.

Kemi ger grafen nya funktioner
En utmaning är att försöka förstå och kontrollera grafenets egenskaper. Siegfried Eigler, toppforskare från universitetet i bayerska Erlangen, har rekryterats till Chalmers och är en ledande kemist på grafenområdet. Han leder arbetet med att kemiskt förändra och kontrollera grafenet, vilket andra forskare och samarbetande företag sedan kan använda sig av för att bygga grafenbaserade material och produkter.
– Genom att koppla på olika molekyler kan vi förändra grafen, samtidigt som vi kan bevara materialets ursprungliga egenskaper och få det att passa ihop med andra material. Man kombinerar egenskaper hos grafen med egenskaper hos andra ämnen, vilket ger oss helt nya funktioner, säger Siegfried Eigler.
Man kan till exempel få grafen att fördelas jämnare i en polymer för värmeledning. Ett mer avancerat exempel är när man fäster receptor-molekyler på grafenytan och gör dess elektriska egenskaper mycket känsliga för dess kemiska omgivning. Tillämpningen är små och mycket känsliga biosensorer.

Samarbeten och möjligheter
Chalmers och Grafencentrum är ett nav i forskning och innovationer kring grafen.
– Vi har en kombination av akademisk forskning, ett fantastiskt svenskt, europeiskt och globalt nätverk och flexibla möjligheter till samarbeten. Forskning vid Chalmers institutioner kan till exempel kombineras med projektledning och tekniskt utvecklingsarbete vid Chalmers Industriteknik. Nu har vi ett stort fokus på tillämpning som skapar nya affärsmöjligheter för nya och existerande företag.

Elektronmikroskopbild på grafen tagen av Hanna Nilsson i Eva Olsson-gruppen på Chalmers. Grafenet är i kontakt med metall så att elektroniska mätningar kan göras. I vänstra hörnet vissas en optisk bild på den speciella hållaren som används för att kunna göra dessa lokala mätningar med nanometer precision.
Elektronmikroskopbild på grafen tagen av Hanna Nilsson i Eva Olsson-gruppen på Chalmers. Grafenet är i kontakt med metall så att elektroniska mätningar kan göras. I vänstra hörnet vissas en optisk bild på den speciella hållaren som används för att kunna göra dessa lokala mätningar med nanometer precision.
Chalmers grafencentrum
Chalmers har en stor verksamhet och en ledande position inom grafenforskning och leder sedan 2013 EU:s miljardsatsning på grafen, Graphene Flagship. Projektet omfattar 126 akademiska och industriella forskningsgrupper i 17 europeiska länder.
Parallellt är Chalmers även hemvist för det strategiska innovationsprogrammet SIO Grafen samt Graphene Innovation lab.

Några framtida användningsområden för grafen förväntas inom:
• Böjbar elektronik: trycksensorer för tryckkänsliga skärmar, elektroniskt papper, böjbara skärmar
• Grafenkompositer: lättare, starkare, ledande och mer energieffektiva fordon, flygplan eller andra områden som nyttjar kompositer
• Superkondensatorer och bättre batterier
• Medicinska tillämpningar som grundas på växelverkan med celler eller molekyler för utmanande funktioner, exempelvis konstgjorda näthinnor, DNA-sekvensering, biosensorer
www.chalmers.se/grafen

www.chalmers.se/grafen

Publicerad: 07 juni, 2016