FRIDAY, JUNE 18 2021
Följ oss i sociala medier

LATEST NEWS

- News from the industry

Nytt ljus över tillverkningen av ultratunna polymerer

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.

Artikeln: On-surface photopolymerization of two-dimensional polymers ordered on the mesoscale Lukas Grossmann, Benjamin T. King, Stefan Reichlmaier, Nicolai Hartmann, Johanna Rosen, Wolfgang M. Heckl, Jonas Björk, Markus Lackinger Nature Chemistry 2021 doi: 10.1038/s41557-021-00709-y

Kontakt
Jonas Björk, biträdande universitetslektor, 013-28 25 61, jonas.bjork@liu.se

LATEST NEWS

- News from the industry
6/10/2021
VBN Components får genombrottsorder från amerikanska försvaretFC Maskin har sålt ytterliggare 1 Mitsubishi trådgnist!ABB PixelPaint vinner prestigefulla IERA-priset för innovation och entreprenörskapGeomatikk lanserar GeoDig, appen för gräventreprenörerKAMIC Group förvärvar Talema Group, en global tillverkare och leverantör av magnetkomponenterGasellföretag inom V/A köpte unik Manitou teleskoplastare från Scantruck ABStörre möjligheter för årets nyexaminerade – ingångsjobben ökarTillverkare av akustik­lösningar vill öka trivsel med nytt sortiment av färgerSvenska företag bland de mest utsatta för cyberangrepp
6/9/2021
Robusta miniatyrtryckgivareAdvanced Engineering Göteborg flyttar mässan till 19–20 april 2023ABB lanserar ny skräddarsydd digital övervakningstjänst för prediktivt underhåll av transportbandHögskolan Väst digitaliserar och utvecklar utbildning inom elektriska fordonUltraplatt bakgrundsbelysningAttraktiv kontorsmiljö lockar efter pandeminElektronikmässan Göteborg flyttar till 2023Cisco tar steget in i fram­tiden med nya Webex SuiteNCC bygger ut vattenkraftverk i Skellefteå
6/8/2021
ifm tilldelas: Årets fabrik 2020Ny teknik och rätt personal är utställaren Hygaps framgångsfaktorer Spara pengar med noggrann CIP-övervakningBli certifierad ventilations­montör – på nätetFrån smarta komponenter till Industry 4.0 Hur kan stål bidra till ett hållbart samhälle?MTRX inleder samarbete med EuropcarMångmiljonsatsning med fossilfri ånga till Örtofta sockerbruk utanför Eslöv ger betydande klimatfördelarGunnebo Fastening lanserar - Nytt koncept Ny förpackningFlexibel och enkel att installera - det nya operatörsassistanssystemet ifm mateMats Norberg ny vd för SwerockDana Lim anställer säljexpert för att stärka närvaron i SverigeÅrets Tjänstebilsbarometer från LeasePlan
6/7/2021
Schneider Electric levererar automationslösning till svenska exportföretaget PrimozoneKonfigurera givarparametrar via en app med BluetoothSoftronic bygger upp nytt specialistområde inom IT-arkitekturVi bygger hållbarhet, tillsammans - Saint-Gobain Sweden ABSmidmek fortsätter sin satsning - My Becker ny projektchefOOF Group och Eleiko Group bildar joint venture och uppför 18 700 m² logistik i HalmstadMowida förenklar livet i fastighetsbranschenMoa hjälper Solör att arbeta än mer klimatsmart i Vilhelminaifm trotsar Coronaviruskrisen
6/4/2021
Större ytor i Tyskland tack vare ökade affärsvolymerSMC lanserar retardationskontroll som alternativ till stötdämpareVolvo förbättrar och utökar utbudet av hybrid­grävmaskinerSyntronic tillverkar kretskort med nitrogen från Atlas CopcoPlåt- och ventbranschen lanserar lärlingspremie för företagSchunk Rota THW3FlixMobility expanderar i Sverige, får ny investerare och backas med 650 miljoner dollarSvenskt företag i framkant inom PVD-coatingDavids Volvo är gjord av legobitarParkers högpresterande flänssystem får en ny certifiering för marina tillämpningarSvenskt HealthTech-bolag skapar coronafria miljöer
6/3/2021
Har du också sett fördelen med IO-Link?Serviceteknikern Emma gillar att vara ute i fältCertifierad ballåsning till Western BalvagnarHögre upplösning med nya boost-serienMicke stärker upp servicen av Merlo i Stockholms­områdetSmidig integration med kompletta verktygssystemABB stärker satsningen på att minska koldioxid­utsläppenEnormt intresse för 3D-printad elsparkcykelBosch lanserar ergonomiska excenterslipar för proffsEndress+Hauser utmanar den traditionella industrin
Advertisements