Forskarna har utvecklat ett hållfast och lätt material som efterliknar pärlemor och lämpar sig för industriell produktion
22.03.2010
Inom forskargruppen för molekylmaterial vid Aalto-universitetets institution för teknisk fysik har man i samarbete med VTT och Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm som första lyckats tillverka ett lätt men mekaniskt hållfast nanokompositmaterial som efterliknar pärlemor och lämpar sig för industriell produktion.
Man tror att materialet kommer att möjliggöra nya tillämpningar till exempel inom telekommunikationen, luft- och rymdindustrin och i samband med trafikmedel.
Musslan har fascinerat materialforskare redan länge, eftersom pärlemorskiktet inne i skalet är mekaniskt hållfast men samtidigt lätt. Det nya materialet består liksom pärlemor av lager av icke-organisk skiffer som limmas ihop med polymer och spontant bildar en hård struktur. Det nya konceptet som baserar på materialets spontana självorganisering möjliggör en omfattade, lätt och förmånlig produktion av materialen t.ex. med hjälp av pappersmaskintekniker, genom målning och spridning.
Forskningsgruppen för molekylära material under ledning av doktor Andreas Walther och akademiprofessor Olli Ikkala tillämpade materialens s.k. självorganisering i utvecklingen av nanokompositmaterialet.
– Vi har forskat i materials självorganisering redan länge. När det gäller självorganisering är det så att säga inkodat i strukturenheterna hur de ska organisera sig. Ett bra exempel är proteinerna som finner sin plats och struktur automatiskt, säger Andreas Walther och Olli Ikkala.
Olika slag av nanokompositer har undersökts i omfattande utsträckning i världen, men materialens egenskaper har vid tidigare försök förblivit långt i från det som man ville åstadkomma eller så har materialen inte lämpat sig för stora produktionsprocesser.
Många praktiska tillämpningar med hållfast och lätt struktur
Det nya materialet har väckt ett stort intresse, eftersom man tror att det tack vare sina egenskaper kommer att vara lämpligt i många viktiga tillämpningar. Det nya materialet är lätt, styvt (elasticitetsmodul 45 GPa) och hållfast (brotthållfasthet 250 Mpa). Dessutom förhindrar det gaser från att tränga igenom och håller värme mycket väl. Materialet utvecklades först med stöd av finansiering från Finlands Akademi och den fortsatta utvecklingen sker i samarbete med UPM som också har lämnat in en patentansökan för hela produktfamiljen.
– Vi tror att materialet kan lämpa sig t.ex. som skal till telefoner och bärbara datorer eller som mekaniskt skyddslager i de rullbara monitorer som man håller på att utveckla, säger Ikkala.
Senare, när materialets egenskaper och processningen utvecklas vidare torde man kunna utnyttja det också i konstruktionerna av trafikmedel. I fråga om tillämpningarna handlar det bland annat om luft- och rymdindustrin men också allmänt om konstruktionslösningar inom trafik. Med hjälp av lätta men hållfasta material kan man minska energiförbrukningen inom trafiken. Materialet kan också användas som värmesköld mot hetta, vilket kunde vara väsentlig inom rymdindustrin.
De bästa strukturerna finns i naturen
Det nya materialet är ett utmärkt exempel på biomimetik inom vilken man efterliknar materialstrukturer som finns i naturen.
– Materialforskarna lär sig mycket av naturens underbara strukturer. I naturen har materialen bildats under miljarder år och endast de bästa ha bevarats i evolutionen. Goda exempel på synnerligen hållbara men lätta strukturer är förutom musslan även silke, tänder, ben och horn, säger Walther och Iikkala.
Resultatet har publicerats i tidskriften Nano Letters (DOI: 10.1021/nl1003224)
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl1003224
och har väckt stort internationellt intresse,
t.ex. http://www.technologyreview.com/computing/24828/page1/.
Närmare information:
doktor Andreas Walther
Andreas.Walther [at] tkk [dot] fi, 050 5113192
akademiprofessor Olli Ikkala
Olli.Ikkala [at] tkk [dot] fi, 050 4100454
Institutionen för teknisk fysik, Molekylmaterialen
