Stort anslag förstärker materialforskning för grön omställning

Additive manufacturing är en av plattformarna som får anslag från Wise. Infrastrukturen kommer att möjliggöra att tillverka komplexa multimaterialkomponenter exempelvis som gradientmagnetiska material och trycka hela batterier, etc. De andra två plattformarna är "Kemisk avbildning" och "AP-XPS för hållbara material", Foto: genrebild, Chalmers.

– Att få pengar för vetenskapliga utrustning i den här klassen är väldigt speciellt och en oerhörd styrka för materialforskningen på Chalmers, säger Per Malmberg, en av forskarna som nu får pengar.
37,5 miljoner kronor går till tre olika plattformar på Chalmers när Wallenbergs forskningsinitiativ WISE investerar ytterligare en halv miljard kronor i materialvetenskap för ökad hållbarhet – den största satsningen i sitt slag någonsin i Sverige.

För att bekämpa klimatförändringar och för att ställa om till ett hållbart samhälle är behovet av nya avancerade material stort.
I början av januari meddelade Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, WISE, att de investerar 500 miljoner kronor i utrustning och infrastruktur vid sju svenska universitet. Det handlar både om grund- och tillämpad forskning för att upptäcka och förstå nya egenskaper i material.
I och med satsningen förstärks tre plattformar inom materialvetenskap på Chalmers:

Kemisk avbildning

Per Malmberg är docent vid institutionen Kemi och kemiteknik, och ansvarig för plattformen.
– Utmaningen att byta ut fossila material är jättestor. För att lyckas måste man förstå hur material kan byggas upp molekylärt med hållbara material som grund. Nu ska vi komplettera vår infrastruktur med ett nytt instrument, en så kallad MALDI masspektrometer. Instrumentet kan förfina tekniken för att förstå vilken sorts molekyler man har och hur de förhåller sig tillvarandra på en yta.

– Det finns en uppsjö med olika tekniker vi kan använda för att öka förståelsen om hur materialen är uppbyggda. Vi kan göra det två- och tredimensionellt. Med det nya instrumentet kan vi lättare se molekyler och hur de hur de fördelar sig på ytan av ett visst material, säger Per Malmberg och poängterar att instrumentet ingår i Chalmers infrastruktur för kemisk avbildning och är öppet för alla forskare.

– Idag har vi bra instrumentering, men nytillskottet ger oss utökade möjligheter när man exempelvis studerar och utvecklar bioplaster byggda av förnyelsebara grundmolekyler i stället för fossila bränslen, eller organisk elektronik som är uppbyggt av kol-baserade molekyler som alternativ för kisel. Detta kan leda till billigare, lättare och mer miljövänliga solceller, tv-skärmar, ljusdioder och biosensorer i kroppen.

NAP-XPS för hållbara material

Den här plattformen ska etablera en nod inom WISE nyetablerade plattform Near Ambient Pessure X-ray Photoelectron Spectroscopy. Ansvarig är Julia Maibach, forskarassistent vid institutionen för Fysik.

– Tillsammans med Linköpings- och Uppsala universitet ska vi bygga en koordinerad plattform för in-house NAP-XPS med tre instrument optimerade för olika typer av hållbara material. Idag finns tekniken tillgänglig vid MAX IV. Vårt mål är att öka den allmänna användningen av NAP-XPS genom att föra ut tekniken till universitetslaboratorier och utveckla nya metoder för att studera gränsyteprocesser. Därför kommer vi att tillhandahålla användarstöd och utbildningsaktiviteter inom plattformen som är tillgänglig för det breda svenska forskarsamhället inom akademi och industri, säger Julia Maibach.

– På Chalmers ska vi fokusera på att öka vår grundläggande förståelse för elektrokemiska gränssnittsprocesser. Det är dessa processer som avgör hur effektivt ett batteri eller en elektrokatalysator kan arbeta, men de är också relevanta för korrosion. Med NAP-XPS har vi möjlighet att arbeta med komplexa, verklighetstrogna enheter, men också använda förenklade modellsystem för viktiga gränssnitt i mer realistiska miljöer. Båda typerna av experiment är viktiga för att utveckla säkra, stabila och hållbara lösningar för energilagring och energiomvandling för framtiden.

Additiv tillverkning – AM

Tredje plattformen fokuserar på forskningsområdet additiv tillverkning, AM. Målsättningen är att påskynda utvecklingen och den industriella implementeringen av hållbar additiv tillverkning baserad på multi-material.
Ansvarig är Eduard Hryha, professor vid institutionen för industri- och materialvetenskap.
En sådan unik infrastruktur kommer att göra det möjligt att tillverka komplexa multimaterialkomponenter såsom gradientmagnetiska material, trycka hela batterier, multifunktionella komponenter för strukturella- och energitekniska tillämpningar etc.

– AM med multimaterial är ett ganska outnyttjat område med stor potential för utveckling av en ny generation material för en mängd olika multifunktionella komponenter. Forskargruppen på Chalmers har mer än 70 års erfarenhet av sinterbaserad metall-AM. WISE satsning ska möjliggöra multimaterial av metall och keram. Idag finns inte detta tillgängligt i Skandinavien. Det här bidrar också till utveckling och industriellt nyttjande av nya multifunktionella material och processer. Satsningen stärker positionen för svensk akademi och industri inom forskning och utveckling när det gäller nya teknologier genom additiv tillverkning, säger Eduard Hryha och som exempel på detta nämner han material för hållbara multifunktionella strukturer kopplat till energieffektivisering och energilagring.

Eduard Hryha säger att det är av avgörande betydelse att våra framtida ingenjörer och forskare får tillgång till spjutspetsinfrastruktur och kompetens inom framtida material och tekniker, som möjliggörs av additiv tillverkning:
– Det ger en grogrund för AM-teknikutveckling, forskning, utbildning och effektiv industriell implementering så att Sverige kan stärka sin position som ett av de ledande länderna inom hållbar material- och teknikutveckling.

FAKTA:

WISE är ett samarbete mellan de ledande universiteten i Sverige inom materialvetenskap: Linköpings universitet, Uppsala universitet, Chalmers tekniska högskola, Kungliga Tekniska högskolan, Stockholms universitet, samt Luleå tekniska universitet. WISE vill höja kompetens inom hela Sveriges Infrastruktur. Instrumenten är öppna för samtliga forskare i Sverige inom WISE stora satsning.
Tillsammans med industri och samhälle ska satsningen en främja och påskynda en omställning mot ett hållbart samhälle. Den ska också flytta fram den vetenskapliga gränsen inom materialvetenskap som starkt etablerar Sverige som en ledande nation inom området.

I vänsterspalten finner ni kontaktuppgifter till några av nyckelforskarna för WISE på Chalmers.