Facebook

Instagram

Nytt ljus över tillverkningen av ultratunna polymerer


2021-06-09

Jonas Björk, biträdande universitetslektor vid Linköpings universitet.
Bild: Thor Balkhed
Jonas Björk, biträdande universitetslektor vid Linköpings universitet.

Markus Lackinger, forskningsledare vid tekniska universitetet i München.
Bild: Andreas Heddergott / TUM
Markus Lackinger, forskningsledare vid tekniska universitetet i München.

Ett internationellt forskarlag med forskare från bland annat Linköpings universitet, Deutsches Museum och det tekniska universitetet i München har utvecklat en metod för att tillverka tvådimensionella polymerer endast ett molekyllager tjocka. Polymeren skapas på en fast yta med hjälp av ljus. Upptäckten banar väg för utvecklingen av nya ultratunna och funktionella material. Resultaten är publicerade i Nature Chemistry.

Jakten på nya tvådimensionella material har ökat i snabb takt sen upptäckten av grafen – ett supermaterial med bland annat hög ledningsförmåga och hållfasthet som gör det otroligt mångsidigt. För att skapa ultratunna material finns i huvudsak två tillvägagångssätt. I den ena metoden ”skalas” ett sammanhängande lager av molekyler eller atomer av från en större massa. Just grafen är ett exempel på den metoden. 

I den andra metoden byggs istället materialet molekyl för molekyl genom att på olika sätt skapa bindningar mellan molekylerna. Problemet med den metoden är att materialen ofta blir små, sköra och innehåller många defekter vilket begränsar potentiella tillämpningsområden.

Nu har ett internationellt forskarlag med forskare från bland annat Linköpings universitet, Deutsches Museum och det tekniska universitetet i München utvecklat en ny metod för att skapa tvådimensionella polymerer. Upptäckten möjliggör utvecklingen av nya ultratunna funktionella material.

Tillverkningen, eller polymeriseringen, av materialet sker i två steg. Forskarna använder molekyler som kallas fantrip som består av två olika kolväten – antracen och triptycen – samt fluoratomer. De specifika egenskaperna hos fantrip gör att molekylerna spontant kommer att arrangera sig i ett mönster. Det kallas för självorganisering. För att molekylerna ska arrangera sig på rätt sätt läggs de på en grafityta täckt med kolkedjor.

I nästa steg sker själva fotopolymeriseringen då mönstret ska fixeras med hjälp av ljus. Molekylerna träffas av en lila laser som exciterar elektronerna i det yttre elektronskalet. Då skapas starka, så kallade kovalenta bindningar mellan molekylerna. Resultatet blir en porös tvådimensionell polymer, en halv nanometer i tjocklek, som består av hundratusentals identiskt sammanlänkade molekyler – med andra ord, ett nästintill perfekt ordnat material, ner till minsta atom.

– Att skapa kovalenta bindningar mellan molekyler kräver mycket energi. Det vanligaste sättet att tillföra energi är att höja temperaturen, men det innebär också att molekylerna börjar röra på sig. Det fungerar inte med självorganiserande molekyler då mönstret skulle förstöras. Genom att istället använda ljus för att skapa kovalenta bindningar bevaras och fixeras mönstret precis som vi vill ha det, säger Markus Lackinger, forskningsledare på tekniska universitetet i München och Deutsches Museum.

I och med att fotopolymeriseringen utförs på en fast yta går det att följa processen på molekylär skala med sveptunnelmikroskop. För att bekräfta strukturen har forskargruppen simulerat hur det molekylära lagret ser ut i mikroskopet vid olika stadier av reaktionen. 

Jonas Björk är biträdande universitetslektor på avdelningen Materialdesign på Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet. Han har använt högprestandaberäkningar på Nationellt superdatorcentrum i Linköping för att validera experimenten samt identifiera nyckelfaktorer som gör metoden lyckosam.

– Vi ser att simuleringarna stämmer överens med verkligheten ner i minsta detalj och kan även förstå varför vårt specifika system ger så fördelaktiga resultat. Nästa steg i forskningen är att se om metoden kan användas för att sammanlänka andra molekyler för nya tvådimensionella funktionella material. Genom att utveckla metoden kan vi i framtiden också styra och skräddarsy vilken typ av ultratunna material vi vill tillverka, säger Jonas Björk.

Polymeriseringen sker i vakuum vilket säkerställer att materialet inte blir förorenat. Den färdiga polymerfilmen klarar sig dessutom utanför vakuumet vilket är en fördel för framtida användningsområden. Markus Lackinger tror att det finns många tänkbara tillämpningar.

– Det mest uppenbara användningsområdet för materialet är filter eller membran. Men det kan också vara något helt annat och tillämpningar som vi inte har en aning om idag kan dyka upp, kanske av en slump. Det är tjusningen med grundforskning, säger Markus Lackinger. 

Forskningen finansierades av tyska forskningsstiftelsen, Vetenskapsrådet och regeringens strategiska satsning Avancerade funktionella material vid Linköpings universitet. Beräkningarna utfördes på Nationellt superdatorcentrum vid Linköpings universitet.


Vill du läsa artikeln? Klicka här!


Källa: Linköpings universitet


Tipsa en vn Skriv ut



PFAS-fritt smörjmedel från ROCOL certifierat enligt NSF 537, distribueras av G A Lindberg för säker och hållbar livsmedelsproduktion i Sverige.
PFAS-fritt smörjmedel från ROCOL certifierat enligt NSF 537, distribueras av G A Lindberg för säker och hållbar livsmedelsproduktion i Sverige.

Ny global standard lanseras – G A Lindberg introducerar certifierade PFAS-fria smörjmedel

G A Lindberg distribuerar ROCOLs PFAS-fria smörjmedel – först I världen med NSF 537-certifiering


ROCOL har som första tillverkare i världen erhållit...

Läs mer
Flamkontroll
FANUC's new robot M-800/60-20B with 60 kg payload

Cutting, welding, milling and drilling with new high-precision FANUC robot

FANUC’s new, second-generation M-800/60-20B is a high-accuracy robot with 60 kg payload...

Läs mer
Massagolvo ch industrigolv.

Massagolv och industrigolv – hållbara golvlösningar för tuffa miljöer

I verksamheter där slitaget är stort, kraven på hygien höga och sä...

Läs mer


Hexagon lanserar AEON – en humanoid robot för industriellt bruk

Saabs spanings- och ledningsflygplan GlobalEye

Saab redo att erbjuda GlobalEye till Kanada

Saab meddelade idag på den kanadensiska försvarsmässan CANSEC att bolaget stå...

Läs mer
Den dubbeldämpande lösningen

Nu lanserar MAQ vibrationsdämpande verktyg för fräsning - STMD tekniken
överlägsen även inom fräsning

MAQ, det svenska ingenjörsföretaget bakom STMD™ (Self-Tuning Mass Damper), lanserar...

Läs mer
Mobil Pyrotec HFD-U 46 – FM Global Approval Standard 6930-godkänd hydraulvätska för säker drift i brandkänsliga och miljökritiska områden.

Mobil Pyrotec HFD-U 46 – Brandsäker hydraulvätska med FM Global Approval Standard 6930 för krävande industrimiljöer

G A Lindberg är distributör i Sverige och erbjuder teknisk support för Mobil Pyrotec...

Läs mer

Skyddar ni er från farliga partiklar och ämnen på arbetsplatsen?

Se till att skydda er på arbetsplatsen. Finns det stark lukt, mycket damm eller ångor...

Läs mer


Hydroscand lanserar TruckVac – flexibel materialtransportslang

Hydroscand presenterar TruckVac – en mångsidig slang framtagen för att möta...

Läs mer


Mest lästa











BK Services


solidmakarna

ifm electronic ab

Villiam Petersen tandhjulsfabriken

JM Indutech

SK Licenssvets

Brady

AIF  Avinf

smarthook






Alron

Decksafe

REFAB

Aircoil

Prosmart

Proco Services

MPC

Relek
Unica Media AB © 2014
Org.nr 556961-2624
Unica Media AB
Hammarby Fabriksväg 23
120 30 Stockholm

Kontakt
info(at)unicamedia.se
Annonsering
annons(at)unicamedia.se