Från basforskning till industriapplikation

På Linköpings universitet finns en produktiv forskningsmiljö inom materialdesign. Under 2024 publicerades banbrytande resultat inom två områden. Det ena var ark av guld som endast är ett atomlager tjockt, guldén, det andra var titandioxid i form av ultratunna trådar, också så kallade filament. Båda resultaten är patenterade och kommer troligen att leda till startups inom kort.

Det berättar Johanna Rosén som är professor och avdelningschef på Institutionen för fysik, kemi och biologi på Linköpings universitet.
– Vi har hittat bra sätt att kombinera grundläggande forskning med innovation. Det skapar möjligheter till kommersialisering av resultat som på sikt kan göra skillnad för svensk industri och stärka konkurrenskraften.

Kan ersätta guld
Sedan guldén presenterades i en vetenskaplig publikation under våren 2024, efter flerårig forskning, har mycket hänt. Shun Kashiwaya, biträdande universitetslektor vid avdelningen Materialdesign, berättar att de nu utvecklar tekniken så att materialet går att massproduceras.
– När vi nu lyckats med det steget börjar vi titta på hur det nya materialet kan användas inom olika områden. Inom elektronik finns ett stort intresse eftersom guld används på många håll, bland annat i halvledare. Eftersom guldén kräver mindre mängd material, det vill säga är billigare, blir det givetvis intressant. Man kan ersätta minst 90 procent av allt guld som används inom elektronik med guldén.

Många användningsområden
Dessutom är det nya materialet både flexibelt och biokompatibelt.
– Det gör det intressant i biomedicinska tillämpningar, exempelvis som sensorer i kroppen. En tredje applikation av intresse är inom vattenrening, där det finns resultat som indikerar att guld kan användas för att bryta ner det giftiga ämnet PFAS. Även inom konstområdet kan guldén vara intressant, då guld används mycket i exempelvis färger.
Den applikation de redan diskuterar med industrin är inom halvledarområdet. Eftersom det nya materialet är så pass tunt, har en högre konduktivitet och större flexibilitet kan det göra halvledare betydligt mindre.
– Detta väcker stort intresse hos industrin eftersom utvecklingen kräver allt mindre komponenter för olika applikationer. Att guldén är så ledande och flexibelt öppnar även möjligheter att använda det som en halvledare i sig självt, förklarar Shun Kashiwaya.

Filament av atomlagertunn titandioxid
Sukanya Maity, postdoktor vid avdelningen Materialdesign, har under tre år forskat på titandioxid och möjligheterna att skapa trådar eller lager av materialet som bara är några få atomlager tjockt.
– När material blir väldigt tunna får det delvis nya egenskaper som gör det intressant i nya applikationer. En sak som gör upptäckten av så tunna filament av titandioxid extra intressant är att det kan få olika mikrostrukturer beroende på vilken lösning det interagerar med. Om det är etanol bildas bollar av filamenten, nanopartiklar, men är det vatten bildas en genomskinlig vätska, berättar hon.

Förstadier till prototyper
Möjliga användningsområden kan vara energilagring, UV-skydd samt luft- och vattenrening.
– Titandioxid används på många håll i dag. Men när vi har jämfört de nya filamenten, till exempel inom energilagring, uppvisar de betydligt bättre egenskaper. Man får den högsta energidensiteten i superkondensatorer som hittills har uppmätts.
Filament av titandioxid har också en hög absorption av UV-ljus och kan anpassas för olika solskyddsapplikationer.
– Vi har redan tagit fram förstadier till prototyper för applikationer inom både energilagring och solskydd som testas nu.

Välkomnar samarbeten med industrin
Johanna Rosén konstaterar att det finns mycket intressanta resultat från forskningen som inte alltid når ut till industrin eftersom det i Sverige finns för få naturliga kontaktvägar mellan akademi och företag.
– Det är av stor vikt att vi börjar jobba mer tillsammans för att kunna möta samhällsutmaningar, särskilt i ljuset av hållbarhet. Man kan tro att det är ett stort steg mellan basforskning och industriapplikation, men vi visar med de två exemplen vi beskriver här hur snabbt det kan gå. För bara ett år sedan publicerades de vetenskapliga publikationerna av basforskningen och vi har redan samarbeten med industrin och testar förstadier till prototyper, avslutar hon.