a n n o n s
hela denna bilaga är en annons från smart media
annons
6
möjligheter
materialforskning
Materialforskningen i ny form Forskarna pusslar ihop material med nya egen skaper atom för atom. Keramer är ett viktigt område där material vetenskapen stöps om. text waldemar Ingdahl
Hur är ett material uppbyggt och vad går det att använda till? Materialvetenskapen studerar fysik och kemi för att undersöka hur ett materials underliggande struktur och egenskaper är kopplade till vad materialet kan göra, dess funktion, och hur egenskaper och funktion kan förändras genom att processas. Tidigare var man tvungen att prova sig fram och det var svårt att veta exakt hur miljöfaktorer, som uppvärmning och nedkylning, skulle påverka materialet. I dag vet forskarna hur material sitter ihop på atomoch molekylnivå, vilka egenskaper de har och från den kunskapen förstås vilka de skulle kunna få. Experiment görs fortfarande, men viktigare är att kunna bygga matematiska modeller. Modellerna täcker olika aspekter hos ett material på alla längdskalor, från nanometernivån över mikrometernivån, till komponentnivån i en färdig produkt. Egenskaperna hos materialet som hårdhet, formbarhet, lednings förmåga, magnetism, genomskinlighet eller motståndskraft mot korrosion påverkar råvarans kvalitet för att bearbetas, och användas för tillverkning inom industrin som byggnadsmaterial i byggnader eller för mikroelektronik, mediciner och bränsleceller. Mycket forskning ägnas åt att ta fram nya gröna material som är förnybara och biologiskt nedbrytbara.
Snabbväxande område
Sven Karlsson är forskningsingenjör på Swerea IVF och Föreningen för Industriell Keramforskning. Han berättar att keramer har används mycket länge, ända sedan människan lärde sig att bränna krukor av lera. De senaste 20-30 åren har ny kunskap och processteknik gjort keramer till ett av de mest intressanta och snabbväxande områdena inom materialforskningen. oorganiska och ickemetalliska material som framställs genom att blandningar av pulver eller små kristaller utsätts för temperaturer på över 600 grader Celsius. Pulvret, eller kristallerna, smälter samman till en kompakt massa som kan formas. Nya keramer har utvecklats med förbättrade egenskaper när det gäller hårdhet, styvhet, hållfasthet eller reaktion på temperatur, elström, kemikalier och nötning. Nackdelen är att många keramer är spröda material och därför har polymerer och metaller hittills använts mer. Keramer är
– En viktig utveckling är biokeramerna, keramer som kan användas i kroppen som implantat, tandbryggor och knäleder, säger Karlsson.
» Vi måste spara
energi genom att komponenterna blir mer effektiva. Olle Kordina
Det är keramernas biokompabilitet, att de inte stöts bort av kroppen som metallimplantat, som väckt forskningens intresse. Kiselkarbid förekommer som huvudmaterial i flera typer av keramer. Det är en kemisk förening av kisel och kol som kondenseras fram, atomlager för atomlager, i en lufttät kammare. Hittills har det använts att slipa
med som eller sättmaterial i ugnar. Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet forskar på kiselkarbid som halvledare inom elektronik. Materialet lockar elektronik- och kraftindustrin. Materialforskaren Olle Kordina förklarar betydelsen det kan få för världens energiförsörjning: – Det går inte att bygga ifatt den ökade elförbrukningen, vi måste spara energi genom att komponenterna blir mer effektiva. spänning tio gånger bättre än kisel, har bra ledningsförmåga för värme och tål höga temperaturer. Det är egenskaper som är viktiga för att tillverka komponenter till LED-lysdioder, solpaneler och elbilar. Nackdelen är att det uppstår defekter i materialet vilket sliter på de mer krävande kraftkomponenterna. Kiselkarbid tål
Linköpings universitet riktar in sig på kiselkarbid som ska ha färre fel utan att bli för dyr. Isotopen kiselkarbid framställer materialet av en enda sorts kiselisotop och en sorts enda kolisotop. Det gör det lättare att undersöka materialet på atomnivån. Isotopen kiselkarbid kan öka ledningsförmågan i komponenter med 30 procent och användas för isolering av kärnbränsle. Sverige är tillsammans med Japan det land som investerar mest i forskningen. Forskningen vid
Smart fakta Isotoper kallas atomer av samma grundämne, som har lika många protoner men med olikt antal neutroner. Många isotoper är instabila och faller därför samman efter en tid.
Material under utveckling Metallers egenskaper och struktur kan i dag omvandlas med stor exakthet på atomnivå. Koppar kan formas till trådar som är tusentals gånger tunnare än ett hårstrå. Halvledare är ett material som inte kan leda ström lika bra som ett ledande material, men det isolerar inte heller. Den mest välkända är silikon, som används i mikrochip och elektronik. Polymerer är material som består av mindre molekyler som länkas ihop till en lång kedja av molekyler. Det finns naturliga polymerer och konstgjorda. Exempel är bärnsten, cellulosa och proteiner. De vanligaste konstgjorda polymererna är olika sorters plast som blandas med tillsatser för att få fram egenskaper. Kompositer är konstgjort sammansatta material, som papier-maché, armerad betong och ultralätta kolfibermaterial. Materialen har för sig olika egenskaper men tillsammans bildar ett material med helt nya egenskaper. Nanorör är extremt små rör gjorda av kol. Nanorör är starkare än diamant och har en bättre värmeisolerande förmåga. Aerogeler är lätta och porösa material där bara 1 till 15 procent av volymen består av ett fast material medan resten är fylld av luft. Aerogeler kan bära stora laster men ändå mycket sköra.
• infor mationsteknologi • innovationsvetenskap • hälsa och livsstil •
forskning för innovation i samproduktion med
Högskolan i Halmstad • www.hh.se/forskning