Projekt

Här presenterar vi projekt inom innovationsprogrammet SIO Grafen.

Utlysningarna strävar efter att stimulera utvecklingen och utnyttjandet av grafens potential inom ett flertal marknader. Det handlar främst om att påskynda kommersiella tillämpningar inom grafenområdet, vilket kan göras genom förstudier och verifiering för framtagning av demonstratorer.

Projekten syftar också till att öka företagens kännedom om vilka fördelar grafen kan ge inom respektive område, samt sätta realistiska förväntningar på när och hur grafen kan bli del i deras produkter. Projekten utförs i samverkan mellan ett eller flera företag, samt universitetspartners eller forskningsinstitut.

Sök projekt

Här kan du söka bland de projekt som fått projektstöd genom SIO Grafens utlysningar.

Fritext - Du kan söka efter titel, innehåll, år eller projektpartners.



Utlysning - Filtrera efter utlysning, välj en eller flera.



Styrkeområde - Filtrera efter styrkeområde, välj ett eller flera områden.

  • FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (2) 2017

  • Inga projekt har ännu kopplats till denna utlysning.
  • FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (1) 2017

  • GNOME ACA
    ScandiDos, Akzo Nobel, 2DFab och Acreo Swedish ICT
    Kjell Lundgren juli-december 2017 Denna genomförbarhetsstudie syftar till belägga expanderbara polymerpartiklar med grafen och att använda dessa i   i syfte ... Syfte och mål Denna genomförbarhetsstudie syftar till belägga expanderbara polymerpartiklar med grafen och att använda dessa i anisotropt ledande adhesiv (ACA)  i syfte att skapa metallfria ledande adhesiv och stabila kontakter mot grafenelektroder. Målet är att:
    • framställa grafenbelagda expanderabara polymerpartiklar för ACA, med verifierad kontaktresistans
    • öka kunskapen om grafen hos de deltagande företagen - om hur ytor på polymersfärer kan beläggas med grafen, för utveckling av kontakter mot och med grafen
    För att realisera praktiskt tillverkningsbara dosimetervolymer, med hög antalsdensitet av strålningssensorer och minimal sekundärstrålning från metallelement, behövs metallfria adhesiv för flip-chip bonding komponenter. Det finns en stor potential och en konkret efterfrågan på lösningar för att skapa god kontakt mot grafenelektroder. Vid sidan av detta finns en stor potential för metallfria ledande häftämnen.   Planerat upplägg och genomförande Projektets huvudutmaning är att belägga polymersfärer med grafen så att dessa får en ledningsförmåga och att denna ledningsförmåga bibehålls då sfärerna expanderar. En annan stor utmaning är att skapa god och stabil kontakt mellan grafitbelagda partiklar och elektrodmaterial. Modifiering av elektrodytor för att åstadkomma god och stabil kontakt kan behöva utföras i projektet.
  • Grafenbaserade flexibla och återvinningsbara ljuskällor för livsvetenskapliga applikationer
    LunaLEC, Umeå universitet
    Andreas Sandström 1 maj - 15 augusti 2017 För att kunna skala upp tillverkningen av ljuskällorna är det kritiskt att LunaLEC identifierar en lösningsbaserad elektrod... Syfte och mål LunaLEC tillverkar ljuskällor och har idag ett flertal kunder som vill integrera tunna, lätta och billiga ljusfilmer i sina befintliga medicinska produkter. Ljuset stimulerar celler och förkortar behandlingstiden. För att kunna skala upp tillverkningen av ljuskällorna är det kritiskt att LunaLEC identifierar en lösningsbaserad elektrod som kan ersätta den nuvarande metallelektroden, som idag tillverkas genom termisk förångning av aluminium. Denna metod är energiintensiv och långsam och är just nu den flaskhals som förhindrar tillverkning av ljuskällor i större skala, då alla andra tillverkningssteg redan sker med uppskalbar tryckteknik. LunaLEC har tillsammans med Thomas Wågberg tillverkat sulfonerad grafenoxid samt fluorinerad grafen. Därmed har vi identifierat två material som kombinerar hög elektrokemisk stabilitet med hög dispersionsgrad. Dessa grafenmaterial är mycket lovande som elektroder i LunaLECs komponenter, och kan möjliggöra komplett rulle-till-rulle-tillverkning av lysande plastark. Genomförbarhetsstudien syftar till att utvärdera resursbehov för ett 3-årigt projekt och identifiera ytterligare eventuella partners. Detta ger oss ett bättre underlag för hur vi bäst ska genomföra detta kritiska utvecklingsmoment. Genom att vara väl förberedda och ha bra kunskap om vad vi måste uppnå, hoppas vi kunna introducera vår teknologi på marknaden 2020.
  • Grafenförstärkt betong för lättviktsstängsel
    Heda Skandinavien, SHT Smart High Tech, Chalmers tekniska högskola
    Simo Järvelöv 1 maj - 31 oktober 2017 Ett stängsel är vanligtvis konstruerat av stål, trä, cement eller tråd. Viktiga faktorer vid val av staket och material är ... Syfte och mål Ett stängsel är vanligtvis konstruerat av stål, trä, cement eller tråd. Viktiga faktorer vid val av staket och material är säkerhetsplatsen, mått, lokalt klimat, tid och pengar. Krav på prisvärda och mer effektiva stängsel ökar i Sverige på grund av kundernas intresse att sänka kostnaderna och ett ökat intresse av stängsel. På grund av den ständiga prissänkningen på stängselmarknaden, där kvalitet ställs mot priset, finns det ett behov av ständiga innovationer för att kunna förbli konkurrenskraftiga. Bristen på produktutveckling belastar arbetskraften och ger i slutändan sämre totalkvalitet. Målet för denna förstudie är att undersöka möjligheten att använda funktionaliserad grafen för lättviktsstängseltillämpningar för att uppnå mindre materialåtgång, snabbare härdningstid, och lättare konstruktioner, med samma eller förbättrad hållfasthet. Förväntade effekter och resultat Konceptet att använda funktionaliserad grafen i cement förväntas bibehålla prestandan och samtidigt minska vikten och därmed bidra till en ny generation av bättre stängselmaterial. Den svenska byggsektorn kommer att ha nytta av förbättrade grafenbaserade lättviktsstrukturer för ett framtida hållbart byggande.  
  • Polymerer med exponerade grafenkanter: nya antibakteriella material för medicintekniska applikationer
    Dentsply IH/Astra Tech, Chalmers tekniska högskola, 2D fab
    Martin Lovmar 1 juli 2017- 30 juni 2019 Syfte och mål   2Dfab kommer att ta fram grafen av rätt kvalitet, två forskargrupper på Chalmers kommer att dels... Syfte och mål Bakterier – som binder till och bildar biofilm – på medicintekniska produkter är mycket vanligt förekommande och kan både orsaka allvarliga medicinska komplikationer för patienterna och stora ekonomiska konsekvenser för vårdgivarna. Därför vore ett prisvärt nytt material som effektivt kan förhindra att bakterier sätter sig på det, samtidigt som det är säkert för både patienter och miljö, en stor konkurrensfördel för en mängd olika medicintekniska produkter. I detta projekt vill vi kommersialisera vår nygjorda upptäckt att grafenkanter på en beläggning med vertikalt riktad grafen effektivt dödar bakterier. Hela projektet är strömlinjeformat för att ge kortast möjliga väg från den grundläggande upptäckten till en kommersiell produkt.   Planerat upplägg och genomförande 2Dfab kommer att ta fram grafen av rätt kvalitet, två forskargrupper på Chalmers kommer att dels utveckla tillverkningsprocesser för att inkorporera grafen i polymerer och dels utvärdera materialens antibakteriella egenskaper. Wellspect kommer slutligen att använda de nya antibakteriella polymermaterialen för att utveckla nya eller förbättrade medicintekniska produkter.
  • Värmespridare och värmeöverförande element med grafenbaserade filmer för radar och laser
    Saab, SHT Smart High Tech, Chalmers tekniska högskola
    Torbjörn Nilsson 1 maj - 1 november 2017 Syfte och mål Saab designar en demonstrator som liknar en verklig applikation, för att sedan tillverka denna ... Syfte och mål Projektet syftar till att utveckla mekanikdetaljer som fungerar bättre som värmespridare och värmetransporterande än de som idag finns på marknaden. Grafenbaserade filmer ger betydligt högre värmeledningsförmåga än till exempel koppar, vilket möjliggör antingen högre värmeeffekter eller hårdare krympning av elektronik. Saab har ett behov att krympa elektronikbyggsätten för att till exempel öka frekvenser på radararrayer eller göra radarantenner lättare. Vanligtvis används kapslad koppar eller traditionell grafit för detta ändamål. Den högre värmeledningsförmågan hos grafen kombinerat med låg densitet möjliggör bland annat tunna plåtar för värmespridning och böjbara ”straps” för att transportera värme korta sträckor genom luften. Planerat upplägg och genomförande Genomförbarhetsstudien leds av Saab (krav, applikation). Smart High Tech (SHT) AB experimenterar och tillverkar grafenbaserade filmer i olika utföranden. De grafenbaserade filmerna kapslas av tredje part för att sedan karakteriseras med olika termiska mätmetoder av Chalmers tekniska högskola. Saab designar en demonstrator som liknar en verklig applikation, för att sedan tillverka denna demonstrator i ett tänkt FoI-projekt.
  • Lättviktslösningar med grafen – demonstratorprojekt 2017

  • Grafen-förbättrad värmespridare för elektronik
    Kungliga Tekniska Högskolan, Huawei Technologies Sweden, Aninkco
    Jiantong Li sep 2017 - feb 2019 Syfte och mål Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva ...

    Syfte och mål

    Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva kylsystem i nästa generations elektronik, särskilt mobil elektronik, kommunikationsteknik och stor infrastruktur. Cirka 30 % av volymen i nuvarande aluminiumbaserade värmespridare kommer att ersättas med en tunnare grafenbeläggning (endast 10 % volym). På grund av att grafen har hög värmeledningsförmåga och låg massdensitet, kommer de nya värmespridarna att ha en reducerad vikt med minst 20 % och en ökad termisk verkningsgrad med ungefär 40 %. Med hänsyn till utbredningen och den enorma marknaden för mobil elektronik och kommunikationsteknik, kommer lättare och effektivare värmespridare skapa betydande samhälleliga fördelar och ekonomiska värden. Upplägg och genomförande De tre parterna, Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Huawei Technologies Sweden AB och Aninkco AB, kommer att gemensamt utveckla en 3D-skrivteknik för att tillverka grafenbeläggningar på ett effektivt, skalbart och kostnadseffektivt sätt. Aninkco kommer att tillverka miljövänliga grafenbläck i stor skala. KTH skriver grafenfilmer i en unik 3D-struktur för att göra det bästa av grafenets höga värmeledningsförmåga. Huawei kommer att genomföra systematiska datorsimuleringar för att optimera 3D-strukturen och vägleda tillverkningen samt formulera testprotokoll för att karakterisera de slutliga komponenterna.
  • Grafenmodifierade kompositer för långtids- och högtemperaturapplikationer
    Swerea SICOMP, Nexam Chemical, GKN Aerospace Sweden, Woxna Graphite
    Guan Gong Sept 2017 - Feb 2019 Grafenmodifierade hartser kommer att utvecklas för att validera dess potential som ytskydd och/eller som matris i ... Syfte och mål Grafenmodifierade hartser kommer att utvecklas för att validera dess potential som ytskydd och/eller som matris i polymera kompositer inom högtemperatur- och barriärapplikationer. De förväntade förbättringarna i hartset inkluderar:
    • minskad permeabilitet och genomträngning för syre och fukt
    • förbättrad dimensionsstabilitet
    • högre livslängd vid höga temperaturer
    • skräddarsydd processbarhet
    Tillsammans kommer detta att resultera i förbättrade egenskaper och ökad hållbarhet hos kompositer vid långtidsexponering i fuktig miljö och vid höga temperaturer. Planerat upplägg Konsortiet omfattar hela värdekedjan, från kommersiell leverantör av grafit, till slutanvändare/tillverkare. Detta ger projektet bra förutsättningar att utvärdera möjligheten till uppskalning av de utvecklade teknologierna samt den potentiella nyttan av resultaten. Konsortiet omfattar den kompetens som krävs för hartssyntes och modifiering samt tillverkning och karakterisering av (nano) kompositer. Resultaten från projektet kommer att stärka svensk industris konkurrenskraft genom att kompetensen för design och tillverkning av grafenmodifierade kompositer höjs.  Detta öppnar även upp möjligheter för nya produkter och applikationer, inte minst inom flyg och rymd. Fördelarna där skulle bland annat vara förbättrade egenskaper, minskad vikt och lägre underhållskostnader. Projektet kommer att skapa tillväxtmöjligheter för tillverkare av grafit och grafen samt främja FoU och kommersialisering av grafenteknologier i Sverige.
  • Multifunktionell kompositstruktur med hjälp av Grafen
    Saab Aeronautics, Blackwing, Chalmers och 2Dfab
    Linnea Selegård sept 2017 - feb 2019 Grafen, i kombination med kolfiber och epoxi, ska användas för att demonstrera ny funktionalitet för högt påkänd ... Syfte och mål Grafen, i kombination med kolfiber och epoxi, ska användas för att demonstrera ny funktionalitet för högt påkänd kompositstruktur i flygfarkoster. Demonstratorerna är mekaniska förband med fästelement (strukturskarvar) mellan kompositparter. Förbanden konstrueras och tillverkas för förbättrad hållfasthet, skadetålighet och elektrisk ledningsförmåga jämfört med idag använd teknik och är representativa för primära delar av flygplansskrov där 20 % viktbesparing bedöms vara möjlig. Låg vikt möjliggörs av mer effektiva förband (högre tillåtet hålkanttryck), lägre fuktupptagning och förbättrad elektrisk ledningsförmåga i laminaten, vilket minskar behovet av metall för blixtskydd och andra elektriska funktioner som skärmning och stomanslutning. Förproven som gjorts med 5 och 25 µm grafenflagor, dispergerade i flygkvalificerad 2-komponent epoxi, har visat att processen vi använder fungerar väl med avseende på både tillverkning och laminatkvalitet. Planerat upplägg Grafen kommer att användas i våtimpregnerad kolfiberväv med epoxi som innehåller en relativt hög halt av grafenflagor och, där det ger förbättrad funktion, även kolnanorör. Våtimpregnerad väv kombineras i Saabs demonstrator med kolfiber/epoxi prepreg i laminat som dimensioneras och tillverkas enligt den modellering och simulering av hybridkompositmaterial som Chalmers bidrar med. Saab konstruerar och tillverkar laminat och förband som är representativa för nästa generations civila passagerarflygplan. Blackwing har motsvarande aktiviteter representativa för sportflygplan i kolfiberkomposit. Ett lågt tillåtet hålkanttryck begränsar idag kolfiberkompositens användning inom flyg och andra branscher, där sammanbyggda produkter används. Potentialen för grafen kan vara mycket stor.
  • Förstudieprojekt och Forsknings- och innovationsprojekt sommaren 2016

  • Grafen på fartygsskrov för minskad korrosion och påväxt
    SHT Smart High-Tech Aktiebolag
    Lilei Ye 2016-2017 Syftet med projektet är att undersöka möjligheten att utveckla miljövänliga ytbeläggningar för förbättrat skydd mot korrosion... Syfte och mål Syftet med projektet är att undersöka möjligheten att utveckla miljövänliga ytbeläggningar för förbättrat skydd mot korrosion och påväxt på marina strukturer. Att utveckla grafenbaserade ytbeläggningar (GCM) kan leda till en ny färg som förväntas stimulera grafenindustrin och gynna färgbranschen i Sverige. Förväntade effekter och resultat Förväntade ytbeläggningar förväntas ge skydd mot både korrosion och påväxt. Detta innebär att användningen av offeranoder som avger giftiga metalljoner till det marina ekosystemet kan minskas. Vidare kommer en bättre 'anti-fouling'-bottenfärg för fartyg att leda till förbättrad energieffektivitet genom minskad bränsleförbrukning och minskade utsläpp av växthusgaser från sjöfart. Planerat upplägg och genomförande Projektet är en förstudie som omfattar:
    • Att göra en state-of-the-art studie på marina ytbeläggningar
    • Att studera olika grafenmaterial som skulle kunna användas till ytbeläggningsmaterial
    • Att utvärdera den antikorrosiva egenskapen hos grafenbaserade ytbeläggningar och att testa de påväxthindrande effekterna av grafenbaserade ytbeläggningar. Om förstudien ger lovande resultat, kommer vi att fortsätta att ha mer djupgående studier och tester. Grafen baserade färger förväntas ersätta konventionella färger eller ta en stor marknadsandel från beläggningsmarknaden.
  • Nanokolbeläggning
    Applied Nano Surfaces Sweden AB
    Lena Killander 2016-2018 Lågfriktionsbeläggningar är av stort intresse i industriella applikationer där minskad friktion ger fördelar i form av ökad... Syfte och mål Lågfriktionsbeläggningar är av stort intresse i industriella applikationer där minskad friktion ger fördelar i form av ökad verkningsgrad, ökad livslängd och förlängda underhållscykler. Projektets mål är att ta fram en högpresterande lågfriktionsbeläggning baserad på grafen och introducera denna på marknaden. Ett viktigt mål i projektet är att ta fram en demonstrator som visar fördelarna med en grafenbaserad lågfriktionsbeläggning. Under projektets gång förväntas en ökad förståelse kring hur grafen påverkar lågfriktionsbeläggningens egenskaper. Förväntade effekter och resultat Med en grafenförstärkt lågfriktionsbeläggning är tanken att förse marknaden med en högpresterande beläggning som möjliggör produkter med ökad prestanda. En demonstrator kommer att tas fram och goda resultat sprids i form av nyhetsbrev och publikation, via hemsidor och sociala media samt vid mässdeltagande och marknadsaktiviteter. Projektets deltagare får en fördjupad kompetens kring grafenbeläggningars egenskaper. Planerat upplägg och genomförande Beläggningsformuleringen kommer att anpassas till de krav som inhämtas från slutanvändarna och marknad. Verifiering görs i material- och tribologiska tester och återkopplas för utveckling och optimering av beläggningen. Ett optimerat material appliceras på demonstratorn och resultat verifieras i rigg- och fullskaletester. Testresultat analyseras av projektdeltagarna med målsättning att nå en färdigtestad lösning vid projektets slut. Som stöd för marknadsintroducering av beläggningen kommer olika aktiviteter att genomföras i implementeringsfasen av projektet.
  • Saintshield DX3-Bulletproof
    Saintpro AB, 2D fab AB
    Roro Yakoub 2016-2017 Förstudien kommer att genomföras av Saintpro AB och 2D fab AB. Saintpro utvecklar och säljer personlig ... Syfte och mål Förstudien kommer att genomföras av Saintpro AB och 2D fab AB. Saintpro utvecklar och säljer personlig skyddsutrustning, Saintshield DX3-Bulletproof,  i vilka polykarbonater (PC) är en viktig komponent. 2D fab tillverkar grafen som väsentligt kan förbättra egenskaperna hos PC. Målet i förstudien är att göra initiala försök hos Saintpros produktionspartner för att identifiera möjligheter och svårigheter med tekniken samt göra en första översyn av Intellectual Property rights (IP) inom området. Projektet syftar till att gå från 'lab' till 'fab', det vill säga att utnyttja forskningsresultat för att framställa nya bättre produkter. Förväntade effekter och resultat Förväntade effekter och resultat från projektet kommer att gå direkt ut på marknaden i form av förbättrade produkter för Saintpro, via våra etablerade försäljningskanaler. 2D fab får en kund och möjligheter att utveckla materialet mot andra kunder och andra typer av kompositer. Planerat upplägg och genomförande
    • Kontakter och identifiering av lämpliga partners för compounding och testning, exempelvis SP, Swerea och någon inom akademin. Det finns även ett antal potentiella kommersiella partner som ska kontaktas.
    • Skapa ett nätverk av intressenter som kan genomföra ett innovationsprojekt.
    • Framställa grafen med olika oxideringsgrad - initiala försök att blanda grafen i PC med hjälp av melt blending.
    • Test av melt blended  PC i formsprutning, samt mekanisk testning och utvärdering.
    • Första översikt av IP.
  • Utveckling, verifiering och validering av grafenmatris för solenergi- och värmedriven värmepump
    ClimateWell AB (publ), Chalmers Industriteknik (CIT)
    Ulrika Tornerefelt 2016-2018 I detta projekt ska ClimateWell i samarbete med Chalmers Industriteknik (CIT) exploatera grafens termiska egenskaper och ... Syfte och mål I detta projekt ska ClimateWell i samarbete med Chalmers Industriteknik (CIT) exploatera grafens termiska egenskaper och kemiska stabilitet. En ny matris ska utvecklas för den termokemiska värmepumpsteknologin, patentskyddad av ClimateWell. Delmål, utveckling av: Chalmers Industriteknik: Kostnadseffektiv tillverkning av en grafensuspension. ClimateWell: Teknik för tillverkning av sammanhängande grafenflak.  ClimateWell och Chalmers Industriteknik: Efterbehandling för ökad värmeledningsförmågan mellan grafenflaken. ClimateWell: Integrering av salt i grafenmatris. ClimateWell: Ökad effekttäthet med grafenmatris för demonstratorer. Förväntade effekter och resultat ClimateWell har utvecklat en termisk solfångare som kan minska energiförbrukningen med 90 %, samt en komponent integrerad i gasdrivna varmvattenberedare som kan uppnå en energireduktion på 50 %. Ett lyckat resultat ger förbättrad konkurrenskraft i dessa applikationer. Grafensuspension kombinerat med beläggningsmetod kan vara till stor nytta för många andra industrier. Den strategiska betydelsen för Sverige är att ClimateWell kan tillhandahålla en världsunik absorptionsprocess och snabbt leverera ut industriellt tillgänglig teknik till marknaden tack vare redan pågående kundprojekt med stora OEMs. Planerat upplägg och genomförande Projektet kommer att genomföras uppdelat i 5 arbetspaket:
    1. Optimering och utvärdering av grafensuspension
    2. Utveckling och utvärdering av tryckteknik av grafensuspension på cellulosafibersubstrat
    3. Utveckling av härdningsmetod av belagd grafen
    4. Saltintegrering i framtagen grafenmatris samt post-integreringsinspektion
    5. Verifiering och validering av grafenmatris i valda demonstratorer
    Kunskapsöverföring kommer att ske genom att projektgruppen aktivt nätverkar och deltar i workshops som SIO Grafen arrangerar.
  • Förstudieprojekt och Forsknings- och Innovationsprojekt våren 2016

  • Barriärbestrykning av grafen för pappersförpackningar (avslutat)
    BillerudKorsnäs, SP
    Thomas Gillgren 2016 Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande ... Syfte och mål Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande grafenfilm för kartong med förbättrad adhesion, elektrisk ledningsförmåga och barriäregenskaper lämpliga för pappersförpackningar. Planerat genomförande Den täta strukturen hos grafen ger materialet barriäregenskaper, vilket gör det attraktivt i förpackningstillämpningar. Initiala undersökningar har indikerat att det är möjligt att formulera en vattenbaserad dispersion av grafen med bindemedel för utveckling av grafenbeläggning på papper för förpackningsapplikationer. Ett problem som återstår att lösa är att öka adhesionen mellan beläggningen och pappret utan att ge avkall på den elektriska ledningsförmågan eller barriäregenskaperna. Effekter och resultat Ett lyckat resultat skulle utgöra en komponent för att tillverka högteknologiska pappersförpackningar, baserad på vattenbaserad bestrykningsteknik, vilket gör att tillverkningsprocessen blir både miljövänlig och ekonomiskt fördelaktig. Detta kan i förlängningen ge svensk pappersindustri en konkurrensfördel.
    • I studien lyckades vi framställa vattenbaserade grafendispersioner av hög koncentration. Därtill lyckades vi formulera och applicera grafenbaserade bestrykningar för kartong. Mätningar visade att kartong bestruken med grafen hade lägre vattenångtransmission än kartong med motsvarande bestrykning utan grafen. Provernas elektriska ledningsförmåga låg i nivå med den hos liknande prover från tidigare undersökningar.
    • Vi uppfyllde alla uppsatta mål, om än på andra vägar än exakt de vi planerat. Därtill hade vi högt ställda förväntningar vilka vi mestadels lyckades uppfylla. Vi lärde oss mer om hur man dispergerar grafen i vatten.
    • Vi tror på grafen inom vårt tillämpningsområde – pappersförpackningar – och kommer därför att jobba vidare med grafen. Vi tror att vi skulle kunna lansera en grafenbaserad produkt inom en tioårshorisont. För att gå vidare saknar vi främst sådan kunskap som vi inte tror finns än.
     
  • Grafenbaserat korrosionsskydd med antifouling egenskaper för plattvärmeväxlare
    Alfa Laval Lund AB, SP, KTH
    Karin Persson 2016-2017 Syftet med projektet är att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom användning av för... Syfte och mål Syftet med projektet är att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom användning av för ändamålet specialtillverkad grafen och relaterade material (GRM). För att passa olika krävande vattenbaserade tillämpningar bör beläggningen ge korrosionsskydd i krävande marina miljöer upp till 90 °C och samtidigt förhindra påväxt i processvatten från exempelvis livsmedelsindustrin. Förväntade effekter och resultat Beläggning skall vara färdig för validering av Alfa Laval tillsammans med utvalda slutanvändare under 2017-2018. Genom att ersätta titanbaserade värmeväxlare med belagt rostfritt stål kan kostnaderna minskas med 60-70 procent. Marknadsstorleken för kostnadseffektiva belagda plattvärmeväxlare uppskattas till 120 miljoner € per år.
  • Grafenförstärkta betongpålar – industrialisering av funktionaliserad grafen i betong
    Centrum Påle AB, Aarsleff Grundläggnings AB, SHT Smart High Tech AB, Chalmers
    Björn Cullbrand 2016-2017 Detta projekt syftar till att i större skala kunna ta fram prototyper på grafenförstärkta betongpålar samt möjliggöra ... Syfte och mål Detta projekt syftar till att i större skala kunna ta fram prototyper på grafenförstärkta betongpålar samt möjliggöra kommersiell tillverkning av funktionaliserat grafen. Projektet ämnar vidareutveckla tidigare forskningsresultat där små provkroppar med cementpasta påvisat att rätt funktionaliserat grafen kan öka betongens tryckhållfasthet med upp till 50 %. Planerat genomförande Centrum Påle AB, tillverkare av betongpålar koordinerar projektet och SHT Smart High Tech AB utvecklar och tillverkar funktionaliserat grafen tillsammans med två forskningsgrupper på Chalmers Tekniska Högskola med spetskunskaper om grafen respektive betong. Projektet genomförs genom olika aktiviteter inklusive uppbyggnad av pilotskaleanläggning för ytbehandling av grafen; tillverkning och karaktärisering av funktionaliserat grafen; karaktärisering av grafenförstärkt betong; hållfasthet- och beständighetsprovning, livslängdsanalys samt hållbarhetanalys. Resultaten ska dissemineras och exploateras genom olika demonstrationer, presentationer samt vetenskapliga och populärvetenskapliga publikationer. Förväntade effekter och resultat  Genom ökad hållfasthet tillåts tillverkning av lättare och mindre betongkrävande konstruktioner. En lättare konstruktion (påle i det här fallet) blir en billigare produkt då råvaruåtgången av framförallt cement är lägre samtidigt som dyra transportkostnader kan hållas på ett minimum. Starkare och billigare betongkonstruktioner kan på sikt tänkas sänka de genomsnittliga byggpriserna. Desutom står dagens betongindustri för cirka 7 procent av världens CO2-utsläpp och en minskning av utsläppsnivåerna via ett minskat betongbehov är mycket positivt.  
  • Longterm performance monitoring of concrete structures using a novel graphenebased DURAble SENSor (avslutat)
    Thomas Concrete Group, Chalmers, SHT Smart High Tech AB
    Ingemar Löfgren 2016 Projektet skulle utnyttja grafens speciella egenskaper och utveckla nya grafenbaserade sensorer, för att dokumentera och ... Syfte och mål Projektet skulle utnyttja grafens speciella egenskaper och utveckla nya grafenbaserade sensorer, för att dokumentera och verifiera betongens beständighetsegenskaper i konstruktionen, genom att mäta dielektriska egenskaper och resistivitet. Möjligheten att kunna mäta betongens hårdnande och beständighetsegenskaper under bygg- och driftskedet är i dag begränsat på grund av att nuvarande sensorer inte är långtidsstabila. Därför är den vanligaste tekniken att övervaka temperaturutvecklingen under byggskedet och använda detta som en indikation på hållfasthetsutveckling samt att gjuta in elektroder för att mäta korrosionspotentialer. Men ingen av dessa mätmetoder ger någon information om betongens beständighetsegenskaper och hur dessa förändras med tiden. Med en total årsförbrukning på mer än 4,2 miljarder ton, är betong ett av de mest använda materialen och primärt det som används inom byggnation av infrastruktur, vilket gör potentialen för sensorer mycket stor. Planerat upplägg och genomförande I projektet deltar Thomas Concrete Group, Chalmers tekniska högskola (institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap samt institutionen för Bygg- och miljöteknik) och SHT Smart High Tech AB. Utformning av olika sensorer kommer att undersökas för ett erhålla optimal upplösning och långtidsstabilitet. Sensorerna ska gjutas in i färsk betongmassa och mätningar med sensorerna ska göras för att bestämma bindetid och utveckling av porstrukturen i den hårdnade betongen. Mätningar kommer samtidigt att genomföras med andra metoder, för att korrelera med sensorernas mätvärden. Effekter och resultat Det huvudsakliga målet var att utveckla en stabil och beständig sensor för mätning av betongens hårdnande och beständighetsegenskaper under bygg- och driftskedet. Sensorsystemet baseras på fyra elektroder (Wenners fyrapunktsmetod),  där elektroderna består av grafen-modifierad cementpasta vilken har en hög elektrisk ledningsförmåga och god kompabilitet med betong. I studien genomfördes många försök för att hitta den bästa blandningen av grafen och anda fillers, som gav den bästa elektriska ledningsförmågan men som också gav en stabil signal med den lägsta variationen. De elektroder som hade de bästa egenskaperna gjöts in i betong och användes för att mäta hur dess resistivitet förändrades under cementhydratiseringsprocessen. I förstudien har en användbar sensor utvecklats som tros uppfylla de krav som kan ställas på en sådan. Sensorn har påvisats att fungera för mätning av betongens resistivitetsutveckling, vilken har en mycket stark koppling till betongens materialegenskaper och porstruktur. Projektet har gett insikten att funktionella material, som grafen, gör det möjligt att förändra och styra materialegenskaper. Det är till exempel möjligt att radikalt ändra den elektriska ledningsförmågan, så att cementbaserade material kan användas som sensorer. Denna utveckling sker i en rasande takt. Det finns andra som till exempel utvecklat och patenterat grafen-modifierad cement med piezoelektriska egenskaper. I nästa steg är utmaningen att utveckla ett komplett mätsystem, som inkluderar anslutning, strömförsörjning, datainsamling och bearbetning. För denna del finns det behov av partners som arbetar med elektronik och mätsystem.
  • Novel methods to include graphene as a packaging barrier
    Stora Enso, 2D fab AB, Battenfeld Sverige AB, Perstorp AB, RKW Sweden AB, SP, Saving Spaces AB, Tetra Pak AB, Chalmers
    Chris Bonnerup 2016-2017 Projektets mål är att skapa förpackningsmaterial vars grafenbarriärer vida överträffar dagens barriärer trots låg halt... Syfte och mål Projektets mål är att skapa förpackningsmaterial vars grafenbarriärer vida överträffar dagens barriärer trots låg halt. Papper, pappersmassa och förpackningar är viktiga områden för svenskt näringsliv. Grafen har potential att revolutionera dessa områden i och med materialets fantastiska materialegenskaper. Planerat upplägg och genomförande Projektmålet ska åstadkommas genom orientering av nanoflak av grafen till tunna skikt, kombinerat med kristallisering av materialet mellan flaken. Nya metoder tas fram för att åstadkomma orienteringen i både dispersioner och polymersmältor. Tunna, reproducerbara dispersionsbeläggningar med orienterade nanoflak av grafen framställs genom skumning med kontrollerad tjocklek, lamellarkitektur och reologi. Skummet får kollapsa på pappersytan till ett tunt grafenskikt. Före extrudering täcks plastgranulerna med ett ytlager av grafen-nanoflak, och välkontrollerade flödesfält i dysan ger ett tunt, orienterat grafenskikt i centrum av beläggningen. Kristallisering av materialet mellan flaken leder i bägge fallen till ytterligare förbättrade barriäregenskaper. Projektet fokuserar på och utvärderar strukturer som ger höga syrebarriärer, och korrelerar dessa till process och materialparametrar. Beläggningarna utvecklas stegvis för att åstadkomma bästa möjliga barriär med minsta möjliga mängd grafen. Förväntade effekter och resultat Den industriella potentialen är enorm. Visionen är att ersätta aluminiumfolie i förpackningar vilket skulle leda till nya miljövänliga förpackningsmaterial och förbättrad återvinning. Projektet samlar industri, institut och akademi längs hela värdekedjan från råmaterial till färdig produkt.
  • Tillverkning av grafenbaserade komponenter för bio- och kemiska sensortillämpningar på skivskala
    Graphensic AB, Acreo Swedish ICT, Nationellt Forensiskt Centrum, Pamitus AB
    Amer Ali 2016-2017 Målet med det här projektet är att uppvisa högpresterande grafensensorer med transistorer på grafen på kiselkarbid (G-SiC... Syfte och mål Målet med det här projektet är att uppvisa högpresterande grafensensorer med transistorer på grafen på kiselkarbid (G-SiC) för att selektivt kunna detektera enskilda molekyler som begärt av slutanvändaren. Arbetet kommer att fokusera på sensordesign, prestanda, utbyte (yield), kostnad och produktpotential.

    Planerat genomförande I den första fasen i projektet har vi visat förmågan att producera transistorstrukturer av god kvalitet i skivskala, vilket användes för att tillverka glukossensorer med hög känslighet (nM ~ μM). Tack vare det goda resultatet från första fasen av SIO Grafen-projektet har man lyckats fånga intresset från svensk industri. Viktigast är att Pamitus AB, ett svenskt SME, och Nationellt Forensiskt Centrum (NFC) har gått med som partners i konsortiet. Pamitus AB kommer att bidra med elektronik och gränssnitt till sensorer och slutanvändaren och NFC kommer att bidra med specifikation, krav och realtidsverifiering av sensorerna tillverkade genom projektet.

    Planerade effekter och resultat Den gemensamma ansträngningen och komplementerande kompetens inom konsortiet kommer att möjliggöra att ta grafensensorer från labbet till marknaden. Med ett fortsatt stöd av Vinnova är planen att utöka och verifiera sensorer för fler tillämpningar såsom bio- eller kemo-sensorer för forensik, jordbruk och medicin. Vi får då möjlighet att utveckla produkter för fler behov och en betydligt bredare marknad.
  • Vågledarintegrerade grafenbaserade IR-detektorer för optiska gassensorchip (demonstrator)
    SenseAir AB, KTH
    Henrik Rödjegård 2016-2017 Målet med detta projekt är att ta fram vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående ... Syfte och mål Målet med detta projekt är att ta fram vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående grafenmembran för gassensorer från prototyp till demonstrator.
    Planerat genomförande 1) Demonstrera grafenbaserad detektor för infrarött ljus. 2) Karakterisera korskänslighet för exponering av gaser. 3) Överföra kunskap. 4) Bedöma kommersiell potential. Projektet ska ta fram en demonstrator av en grafenbaserad mid-infrarött ljus detektor, vågledarintegrerad på silikon genom att använda en lågkostnadsprocess. Teknologin med integrerade fotoniska kretsar lämpar sig väl för automatiserad högvolymtillverkning.
    Förväntade effekter och resultat Projektet planerar att åtgärda bristen på mid-IR detektorer, som kan integreras med kiselbaserade fotoniska vågledarkretsar i kompakta sensorchip med hjälp av automatiserad högvolymtillverkning. Tänkbara framtida användningsområden för multigassensorer är smarta mobiler och smarta assecoarer. För att möta utmaningen har vi samlat ett team i världsklass, med experterna på gassensorer från SenseAir och experter på kiselfotonik, grafen, och 3D-integration på avdelningarna för Micro- och Nanosystem och Integrerade komponenter och kretsar på KTH.  
  • Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2015

  • Grafen i strålmätning (avslutat)
    ScandiDos AB, Acreo Swedish ICT AB
    Kjell Lundgren ScandiDos AB 2015-2016 Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer då strålar träffar tungmetaller som finns ... Syfte och mål Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer då strålar träffar tungmetaller som finns i ledarbanor och bärarmaterial hos strålningssensorer. Ett sätt att reducera sekundärstrålningen kan vara att ersätta koppar med grafen i ledarbanor på kretskorten. Grafen har en möjlighet att lösa problemet genom sin för organiska material relativt höga ledningsförmåga.   Förväntade effekter och resultat Användningen som åsyftas är i strålningsdetektorer som ingår i kvalitetssäkringssystem för radioterapi som utvecklas och marknadsförs av ScandiDos AB. I en sådan är arrayer av sensordioder monterade på ett antal ortogonalt orienterade kretskort ingjutna i en plastkropp som svarar mot fotonstrålar på ett liknande sätt som kroppsvävnad. Diodarrayen är så tät som möjligt för bästa möjliga upplösning och är dessutom ganska stor, cirka 20×20 cm, varför ledningsdragningen kräver tätt packade smala ledarbanor i en flerlagers kretskortsstruktur. Detta gör också att mängden kopparledare är ganska hög i närheten av dioderna. Att kunna minska mätfel från sekundärstrålning inducerad av koppar i ledarbanor och andra tungmetaller i monterings- och bondningsmaterial är önskvärt. Nya behandlingsmetoder för strålterapi såsom Head&Neck, SRS med flera, använder strålbehandling i alla riktningar. Påverkan på grund av exciterade sekundärelektroner i närliggande material ger olika störande felbidrag beroende på infallsvinkel, vilket ger felaktig total dosmätning. Grafen i kombination med monteringsmaterial med låg massa kan användas för att minska dosfelet i behandlingsområden, och ersätta äldre analog teknik med digitaliserad mätning i realtid, där äldre teknik fortfarande används på grund av riktningsberoendet.   Planerat upplägg och genomförande ScandiDos AB genomför projektet i samarbete med Acreo Swedish ICT AB. Inledningvis utvecklas teststrukturer i vilken grafenytor appliceras nära sensordioderna i en mindre sensorarray. Effekterna på sensordiodernas respons av grafenmaterialets i närvaro utreds. Teststrukturer för tryckta ledarbanor med en ledarbredd och ledaravstånd utvecklas för att utvärdera möjliga designregler med lovande grafenkompositioner. I ovanstående teststrukturer ingår strukturer för att utvärdera strålningsnedbrytning av grafenbaserade material. Möjligheter att minska tungmetaller i material för bondning och ytmontering med hjälp av grafen undersöks. Effekter och resultat Projektet har utvärderat ett grafenbaserat bläck, som ersätter koppar på PCB av flex-typ, för dosimetrisk mätning av stråldos vid behandling av cancertumörer med fotonstrålning. Det tryckta grafenmaterialet testades för viktiga egenskaper såsom minimering av inducerad sekundärstrålning, strålningshärdighet, ledningsförmåga samt möjlighet att kontaktera grafen och sensorer via Anisotropic Conductive Adhesive (ACA). De sammanfattade resultaten visar att grafen kan användas som ledare i strålningsmätning. Som förväntat innebär grafenets låga atomvikt mycket lite interaktion med fotonstrålning, och ger därmed försumbar sekundärstrålning. Vid snabba förlopp, och om långa ledarbanor i grafen används, måste hänsyn tas i mätmetoden till grafenets jämförelsevis låga ledningsförmåga, för att undvika mätfel. Grafenet är tillräckligt strålningshärdigt för applikationen och uppvisar något överraskande en ökande konduktivitet vid hög bestrålning, troligtvis genom förändring av bindningsmaterialet i grafenbläcket. Kontakten fungerade bra mellan koppar och grafen i övergångar mellan ledare. Grafen kan i nuläget ersätta koppar som korta ledare närmast sensorerna. Projektet bedömer experimentet med användningen av grafen som nytt material i en skarp applikation som lyckat. Mätresultat har visat potentialen och nödvändiga förbättringsområden har identifierats. Framförallt vore ett grafenbaserat ACA värdefullt. Sammantaget finns en potential att, med avsedd användning av grafen i applikationen, öka prestandafördelarna gentemot traditionella ledarmaterial, om tryckprecisionen och kontaktering kan förbättras. I applikationer för behandling av "Head and Neck", där riktningsoberoende mätning av strålning är nödvändig, kan detta ge klara marknadsfördelar.
  • Grafenlager för att förhindra kateterrelaterad urinvägsinfektion
    Dentsply IH AB (Wellspect Healthcare), Chalmers
    Martin Lovmar, PhD, Wellspect Healthcare 2015 – 2017 Projektets mål är att utnyttja grafens egenskaper för att reducera risken för kateterassocierad urinvägsinfektion. Genom ... Syfte och mål Projektets mål är att utnyttja grafens egenskaper för att reducera risken för kateterassocierad urinvägsinfektion. Genom att med hjälp av grafen skydda en medicinteknisk produkt från bakterietillväxt.   Förväntade effekter och resultat Sedan Wellspect Healthcare (fd. Astra Tech) introducerade sin LoFric-kateter 1983 har inga större genombrott skett för att reducera risken för kateterassocierade urinvägsinfektioner. Grafens unika egenskaper, såsom hårdhet, böjlighet, elektrisk ledningsförmåga och att det är kemiskt inert, gör att vi förväntar oss att det är lämpat för att skydda en medicinteknisk produkt, såsom en kateter, från bakterietillväxt. Chalmers grafencentrum är världsledande i att producera stora, intakta flak av grafen och genom det här projektet kommer den mikrobiologiska effekten av sådana flak för första gången kunna studeras. Detta ger Wellspect en unik möjlighet att vara först på marknadenmed att utnyttja grafens egenskaper för att reducera risken för kateterassocierad urinvägsinfektion. Det ger också en stark koppling mellan ett företag och Chalmers grafencentrum vilket är positivt för grafenforskningen i Sverige.   Planerat upplägg och genomförande Projektet är ett samarbete mellan Wellspect Healthcare, Chalmers grafencentrum och forskargrupperna som leds av Ivan Mijakovic och Fredrik Westerlund på Chalmers. Wellspect bidrar med sin expertis om den kliniska tillämpningen samt utveckling kommersialisering av den färdiga produkten. Grafencentrum bidrar med stora flak av grafen och forskargrupperna på Chalmers är experter på signalering i bakterier (Mijakovic) samt mikrofluidik och fluorescensmikroskopi (Westerlund).
  • Grafenoxid – ett nytt smörjmedel i industriella tillämpningar (avslutat)
    ABB AB, Uppsala universitet
    Anna Andersson, ABB AB 2015 – 2017 Projektet syftar till att utveckla nya smörjningskoncept baserade på grafenoxid för industriella tillämpningar. Det har ... Syfte och mål Projektet syftar till att utveckla nya smörjningskoncept baserade på grafenoxid för industriella tillämpningar. Det har visats i litteraturen att grafen kan fungera som ett torrt smörjmedel som dramatiskt sänker friktionstal av två metallytor som glider mot varandra. Grafen är dock fortfarande för dyrt för många industriella tillämpningar. Nyligen har vi visat att grafenoxid (GO) kan uppvisa samma smörjningsegenskaper som ren grafen vid högre laster ( >1N). GO kan lätt produceras genom oxidering av grafit och det finns potential att kunna tillverka GO i stora kvantiteter till en låg kostnad. Planerat upplägg och genomförande Projektet kommer att drivas i ett nära samarbete mellan ABB och Institutionen för Kemi, Ångströmlaboratoriet och Biomedicinskt centrum (BMC), samt Institutionen för Teknikvetenskaper (Tribomaterial) vid Uppsala universitet. I projektet kommer vi att: - Utvärdera grafenbaserade material specifikt GO, som smörjande additiv i smörjfetter - Utvärdera GO, som smörjande additiv i Ag-baserade elektriska kontakter - Utvärdera möjligheten att modifiera GO för att ytterligare förstärka smörjande egenskaper i olika applikationer Effekter och resultat Arbetspaket 1: Grafenoxid-modifierade smörjfetter och smörjpastor Grafenoxid (GO), reducerad grafenoxid (rGO) och en specifik gelégrafenoxid (jGO) som utvecklades utvärderades som additiv i litiumkomplex (LiX) och polypropylen (PP) förtjockade fetter. Olika basoljor testades för att optimera dispersionen av GO inom fetterna. En ny basolja (olja A) identifierades, vilken gav väldigt bra GO-dispersion jämfört med nafteniska standardoljor. Fetternas nötningsbeteende vid små vibrationsamplituder (50-200 µm) visade inga signifikanta förbättringar i friktion, kontaktmotstånd eller nötning, jämfört med referensfetterna. Utvärderingen i en fram- och återgående ”ball-on-flat” (stål mot stål och Ag mot Cu) konfiguration (10 mm strykning), igen, visade ingen skillnad i friktionsuppförande mellan fetter med additiv och fetter utan additiv. Ingen signifikant termisk effekt har upptäckts vid de studerade koncentrationerna. Det är tydligt i detta fall att vi inte lyckades med att försöka förbättra den tribologiska prestandan med GO. En mer grundläggande undersökning behövs för att förstå funktionen hos grafenrelaterade material i smörjoljor och fetter, speciellt i råa och mixade smörjningsregimer och vid olika koncentrationer av GO. Arbetspaket 2: Ag-grafenoxidkompositer för glidande kontaktapplikationer Målet var att utveckla nya elektriska kontaktmaterial med förbättrade tribologiska egenskaper (låg friktion och högt nötningsmotstånd) genom att förstärka silver (Ag) med GO-flagor. Utmaningen var att kombinera två vanligtvis motverkande egenskaper: bra tribologiska kombinerat med goda elektriska egenskaper. En effektiv rengöringsmetod, såväl som ett våtmixingsprotokoll utvecklades för att förbättra dispersionen av GO-flakes i Ag-matrisen. Ag:GO-kompositer preparerades med en pulvermetallurgimetod, antingen genom att pressa eller genom pressning och sintring. De tribologiska egenskaperna hos Ag:GO-kompositerna mot ren Ag motyta utvärderades. Testerna visade att inom ett visst koncentrationsintervall kan Ag:GO-kompositer ge upphov till en ovanligt låg torrfriktionskoefficient på cirka 0,07 och samtidigt upprätthålla ett kontaktmotstånd mycket likt ren Ag (figur 1). Friktionssiffrorna kan jämföras med cirka 1.5 för det torra Ag/Ag kontaktparet och cirka 0.2-0.3 för densamma i smort tillstånd. Nötningstakten för Ag:GO-kompositer var signifikant lägre än för ren Ag. Resultaten visar att syftet att åstadkomma en kombination av utomordentliga tribologiska och elektriska egenskaper faktiskt uppnåddes. Materialet sintrades också i kontaktdiskar och löddes på Cu-ledare och testades i verkliga applikationer (en transformatorlindningskopplarbrytare). Utvärdering pågår fortfarande. Den huvudsakliga insikten var hur viktig dispersionen är för den tribologiska funktionaliteten. Både GO-rengöring och det utvecklade pulvermixningsprotokollet är viktiga i denna kontext (Figur 1). Bra dispersion minimerar också behovet av GO. Koncentrationen av GO i Ag-matrisen är väldigt liten, vilket gynnar de elektriska egenskaperna. Ytterligare optimering av sintringsparametrarna krävs fortfarande för att åstadkomma ett kompakt material. Framtidsutsikter: Projektet har i de flesta synvinklarna varit lyckat. Vi har nått åtminstone ett mål, att utveckla ett nytt potentiellt kontaktmaterial. Intresset från affärsenheterna har varit signifikant och en patentansökan han redan skickats in. Ytterligare utvecklingsaktiviteter kommer att fortsätta, och fokus kommer huvudsakligen ligga på att identifiera kostnadseffektiva, skalbara produktionsmetoder. Även tunna filmer övervägs här. Tunna filmer i samma material skulle potentiellt vara ett torrt komplement till smord standard silverplätering, vilket skulle öppna upp för en väsentligt bredare applikationsvidd. Att bilda hållbara partnerskap med råmaterialleverantörer och materialleverantörer (sintringsföretag, pläterare etc.) är nödvändigt för att ytterligare utveckla detta material till en kommersiell produkt. Figur 1 Friktionskoefficient som en funktion av fram- och återgående operationer i en pin-on-disc-set-up vid 5 N belastning och mot en Ag motyta: rent Ag-prov (svart), Ag:GO komposit using as-received GO (blå) och Ag:GO-komposit med GO renggjord med en med rengöringsprocess som utvecklats inom projektet (röd). Det rena Ag-provet stannade efter ca 500 varv på grund av att friktionsgränsen hos provningsutrustningen passerades.
  • Hybridmaterial av grafenoxid och silica-nanopartiklar för vattenrening och andra membranapplikationer (avslutat)
    Chalmers (Teknisk Fysik), ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Biolin Scientific AB och Insplorion AB
    Bengt Herbert Kasemo, Chalmers 2015-2016 Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för ... Syfte och mål Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för membranapplikationer, speciellt vattenrening. Planerat upplägg och genomförande Förstudien involverar fem aktörer, som inte tidigare samarbetat: ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Chalmers (Teknisk Fysik), Biolin Scientific AB och Insplorion AB. Var och en bidrar med speciell expertis, som tillsammans ger projektet en mycket stark 'competitive edge'. GOSiO-membranen byggs upp lager-för-lager med kommersiellt tillgängligt grafenoxid och silicapartiklar från Akzo Nobel. Den kontinuerliga lagertillväxten kommer att analyseras med hjälp av en mikrogravimetrisk metod (QCM-D) och en optisk metod, Nanoplasmonisk Sensing (NPS). Effekter och resultat Projektmålet var att bygga hybridmaterial av grafenoxid (GO) och nanopartiklar (NP), samt göra preliminära applikationstester av sådana ”filter” för vattenrening. Uppbyggnaden av lager-för-lager strukturer av GO och NP av silica (SiO2) var framgångsrikt och har resulterat i en artikel som kommer att sändas in för publikation under våren 2017. Vi påvisade även inbindning av protein (Hb) i filterstrukturen. Det pekar mot en annan applikation än vattenrening, nämligen separation. Filterstrukturens porositet och porstorlek kan varieras genom variation av NP-storleken. Separationsegenskaperna kan varieras kemiskt genom funktionalisering av GO och NP. Målet vad gäller framställning av filterstrukturer uppfylldes. Metoden kan tillämpas generellt på olika GO-kombinationer. Målet att testa på vattenrening nåddes inte. Den viktigaste insikten var att lager-för-lagerstrukturer av GO-NP kan byggas steg för steg och att de erbjuder en stor potential för rening (av vatten och luft) och separation. Projektet bedömer den utpekade riktningen som mycket intressant för olika typer av separation (inklusive vattenrening), men att betydande forskningsinsatser behövs beträffande:
    • kemisk funktionalisering av NP och GO och tillhörande karakterisering
    • variation av porstorlek
    • processteknisk utveckling för snabb och billig tillverkning av strukturerna.
    Vi behöver finna intresserade partner inom vattenrening alternativt separation.
  • iEnergy – Industrialisering av bläckstråletryckteknik med grafen för energilagringstillämpningar (avslutat)
    KTH Royal Institute of Technology, XaarJet AB (Xaar)
    Mikael Östling (KTH) 2015-2016 Målsättningen var att utveckla en effektiv och tillförlitlig bläckstråleteknologi för grafen för att möjliggöra innovativa ... Syfte och mål Målsättningen var att utveckla en effektiv och tillförlitlig bläckstråleteknologi för grafen för att möjliggöra innovativa tillämpningar inom flera områden, till exempel tryckt elektronik, avancerad energilagring, intelligenta förpackningar, liksom biomedicinska tillämpningar och därmed stärka svensk industri. Denna förstudie, iEnergy, syftade till att utveckla en effektiv teknologi för bläckstråleteknik i industriell skala för flexibla superkondensatorer. Planerat upplägg och genomförande Projektet har genomförts i ett samarbete mellan KTH och XaarJet Sweden AB. Genom att göra en effektiv uppskalning av KTH:s nuvarande grafenbläcksteknik i kombination med Xaar’s innovativa printerhuvud, ska industriella tryckmetoder för grafenbläck och massproduktion av flexibla superkondensatorer kunna realiseras, för att förbättra möjligheten att tillverka avancerade energilagringsenheter med både hög energidensitet och samtidigt hög effektdensitet under stort antal laddningscykler, vilket skulle kunna innebär ett genombrott på marknaden för elbilar. Effekter och resultat KTH har skalat upp tillverkningstekniken för grafenbläck och XaarJet har testat bläckens tryckbarhet. Projektet har kunnat demonstrera att KTH’s grafenbläck uppvisar utmärkt stråleprestanda (jetting performance) samtidigt genom de 126 munstyckena på Xaar’s industriskale-printerhuvuden. Motiverade av detta resultat har KTH startat ett bläckföretag, Aninkco AB, för fortsatt utveckling och försäljning av högkvalitetsgrafenbläck. Den verifierade förmågan att kunna bläckstråletrycka med grafen i industriell skala kommer att förbättra vår konkurrenskraft på marknaden och öka vår möjlighet att attrahera fler svenska industriaktörer till att vilja utveckla innovativa applikationer. Den viktigaste insikten i projektet är att vi har förstått skillnaden mellan laboratorievolym och industriell volym för bläckformulering. Vi ser väldigt ljust på framtida applikationer av bläckstråletryckning med grafen. Speciellt förutser vi tryckning för energilagring som väldigt attraktivt. För vårt nystartade företag Aninkco AB, förväntar vi oss att bläckformulering och produktion realistiskt kan vara kommersiellt om 1,5-2 år. För att gå vidare behöver vi eventuellt några fler potentiella slutanvändare med visioner om hur man gör business case.
  • Lösningsbaserad katod för tryckbart ljus (avslutat)
    LunaLEC, Umeå universitet (Thomas Wågberg)
    Andreas Sandström, LunaLEC 2015 – 2016 Syftet med projektet var att framställa en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, ... Syfte och mål Syftet med projektet var att framställa en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, som kan skapa ljus vid en spänning lägre än 6 V. Målet var att de första kunderna skulle få tillgång till ljusemitterande paneler med grafenbaserade elektroder i slutet av 2016. Grafen kan ersätta och eliminera användningen av indiumtennoxid (ITO) och aluminium, vilka kräver återvinning där metallerna tas tillvara. Effekter och resultat LunaLEC har tillsammans med Thomas Wågberg (nano for energy group, Umeå universitet) undersökt möjligheten att använda reducerad grafenoxid (r-GO) i ljus-emitterande elektrokemiska celler (LEC). Reducerad grafenoxid har många bra egenskaper som är viktiga för LEC-teknologi och kan möjliggöra tillverkning av ljus helt från lösningsbaserade metoder. Det skulle göra LunaLECs produkter unika på marknaden. Resultaten visar en förbättring av prestandan tack vare r-GO. Ljusstyrkan och drivspänningen är inom de krav LunaLEC har för kommersialisering, och livstiden har förbättrats. Trots detta är livstiden ändå för kort, och långt från den prestanda som erhålls med ej lösningsbaserade elektroder. Orsaken till detta har identifierats som en materialegenskap hos r-GO, vilket betyder att nya alternativ måste hittas. Projektet har därför även utvecklat ny funktionaliserad grafen med ännu högre elektrokemisk stabilitet och lösbarhet än r-GO, vilket underlättar applicering från lösning. Resultaten är väldigt lovande då detta grafen ger ytterligare förbättringar av prestandan i form av lägre spänning, längre livstid och högre ljusstyrka. Materialet är dessutom mer genomskinligt, vilket är en väldigt viktig egenskap för ljusemitterande komponenter. Projektet har gjort att man kommit närmare fullskalig produktion, men fortsatt utveckling krävs för att grafen ska kunna introduceras i LunaLECs komponenter. Idag är flera projekt igång med målet att ha produkter på marknaden 2020. Vi tror att chanserna att inkludera grafen i dessa produkter är goda, då grafen är ett av de mest lovande materialen för elektrodproduktion i LECs. En prototyp har tagits fram av en ljusemitterande elektrokemisk cell i plastfilm, med en grafenbaserad elektrod, som leder ström och kan lysa. Produkten skulle kunna användas inom medicinområdet.
  • Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen (avslutat)
    APR Technologies AB, Chalmers och SHT Smart High-Tech AB
    Peter Nilsson, APR Technologies 2015 - 2016 Syftet med projektet är att använda grafen för att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor... Syfte och mål Syftet med projektet är att använda grafen för att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor), helt utan rörliga delar som drivs med termisk energi, samt att framställa tunna grafen-aerogel-grafen-laminat. Projektet är en fortsättning på ett tidigare påbörjat samarbete mellan APR Technologies AB i Enköping, Chalmers och SHT Smart High-Tech AB i Göteborg. Målet är att förbättra dagens miniatyriserade kylsystem genom att göra dem mer tillförlitliga och billigare. Effekter och resultat APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad kompressor för kryokylsystem, helt utan rörliga delar, som drivs med termisk energi. Grafenbaserade filmer ses som ett lämpligt material för att en kritisk komponent skall kunna säkerställa kompressorns behov av en internt extremt hög termisk ledningsförmåga. Det är egentligen kombinationen av mycket hög värmeledningsförmåga och möjligheten till en anpassad permeabilitet för gaser som gör grafen till en unik materialkandidat. I projektet har vi tagit ett stort tekniskt kliv framåt för detta. Grafenbaserade filmer har tagits fram av SHT Smart High-Tech och Chalmers, med egenskaper som är bättre än de kommersiellt tillgängliga alternativen. Materialet är nu flexiblare, mer lätthanterligt och har en jämnare tjocklek. Dessa filmer har integrerats med övriga ingående material för att för första gången påvisa gaskompression i en integrerad och seriekopplad kaskad av Knudsenkompressorer. Kompressorn har även itererats samt optimerats genom datorsimulering. Under integrationsarbetet har även nya metoder för att bearbeta aerogelkompositer utvecklats. De uppsatta målen nåddes till 90%. Det praktiska arbetet visade sig mer kostsamt och tidsödande varför målsättningen reviderades. De grafenbaserade filmerna som användes uppfyllde de termiska kraven, men var svåra att hantera. Framtiden för grafen inom detta tillämpningsområde ser ljus ut, men innehåller mer utvecklingsarbete med vidare optimering av alla ingående komponenter. Vi har diskuterat projektet med en potentiell internationell kund, men inte etablerat ett formellt samarbete kring detta.
  • Optimerade multiavstämbara grafenbaserade mikrovågsgeneratorer (avslutat)
    Nanosc AB, Chalmers och Göteborgs universitet
    Fredrik Magnusson Nanosc AB 2015 – 2016 Målet med projektet var att utveckla en demonstrator där substratbiasering och komponentlayout ger både ny funktionalitet och... Syfte och mål Målet med projektet var att utveckla en demonstrator där substratbiasering och komponentlayout ger både ny funktionalitet och bättre prestanda hos grafenbaserade mikrovågsgeneratorer. Förväntade effekter och resultat Projektets idé var att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dem för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Projektet var en fortsättning på det projektet Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer. Den grundläggande idén var densamma som i det pågående projektet och skulle möjliggöra fortsatt utveckling av mikrovågsgeneratorer baserade på de erhållna resultaten. Därutöver skulle projektet demonstrera två väsentliga vidareutvecklingar som dels gäller optimering av komponentgeometrin för att maximera spinnströmmarna, dels gäller ett helt nytt sätt att avstämma frekvensen på mikrovågsgeneratorn. Precis som i det pågående projektet var dessa idéer helt nya och de ledande experterna inom projektet kände inte till någon liknande aktivitet eller ens diskussion någonstans i världen inom sina respektive områden. Om projektmålen uppfylls har projektidén en oerhört stor potential att revolutionera hur bredbandiga (1-100 GHz) mikrovågssignaler kan genereras, moduleras och detekteras i framtida grafenbaserad mikrovågselektronik. Planerat upplägg och genomförande Projektet har letts av Sveriges ledande SMF (mindre företag) inom utveckling av spinntronikkomponenter och har fört samman Sveriges allra starkaste aktörer inom spinnströmmar i grafen (Chalmers) och spinntroniska nano-oscillatorer (Göteborgs Universitet). Projektet genomfördes som ett samarbete mellan de tre aktörerna där samtliga bidragit med sin respektive kompetens inom material, materialkarakterisering, litografi, spinnvågsmätningar, samt mikrovågsmätningar. Effekter och resultat Projektets idé var att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dessa spinnströmmar för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Vi är mycket nöjda med resultaten. Både Co och NiFe har framgångsrikt växts och mönstrats på grafen och deras magnetodynamiska egenskaper har uppmätts med spinnvågsmikroskopet vid Göteborgs Universitet. Chalmersgruppen har också framgångsrikt kunnat visa på substratbiasering som metod för att påverka spinnströmmarna i grafen. De uppsatta målen är till stor del uppfyllda. Projektet har demonstrerat att spinnvågors frekvens och linjebredd kan styras med hjälp av spinnströmmar i grafen samt att spinnströmmar i grafen kan styras genom substratbiasering. De viktigaste insikterna har varit dels att förstå hur våra magnetiska material bäst ska växas på grafen och dels att förstå substratbiaseringens inverkan. Behovet av radiokomponenter inom mikrovågsområdet ökar för varje år, drivet av allt större informationsvolymer över mobilt bredband och trådlösa nätverk, men också av kraftigt växande radartillämpningar inom t ex fordonsindustrin och för militära ändamål. Med grafen har vi möjligheten att både öka uteffekten från mikrovågsgeneratorn samt minska dess strömförbrukning. Därmed ser vi goda möjligheter att lansera en grafenbaserad produkt inom tre till fem år. NanOsc utvidgar sitt forsknings- och utvecklingssamarbete där vi ser behov och möjligheter, t.ex. inom EUs flaggskeppsprojekt för grafen och inom det europeiska spinntroniknätverket The SpinTronicFactory.
  • RF energy harvesting for M2M Communication (avslutat)
    Ericsson AB, Chalmers
    Ulrika Engström, Ericsson AB 2015 – 2016 Förstudieprojektet ska ta reda på om grafen kan fungera som transparenta elektroder för detektion av omgivande högfrekventa... Syfte och mål Förstudieprojektet ska ta reda på om grafen kan fungera som transparenta elektroder för detektion av omgivande högfrekventa radiovågor, likriktning och lagring av energi för försörjning av Machine-to-Machine-kommunikationslänkar (M2M). Vår vision är grafen för ”RF energy harvesting” – en hållbar teknik som kan appliceras på såväl hårda och böjbara ytor (plast, textiler med mera) för omvandling och lagring av energi. Machine-Type Communication (MTC) eller M2M-kommunikation är en viktig del av framtidens Sakernas internet (Internet of Things, IoT). Utbyte av information mellan maskiner spelar redan en stor roll inom automatiserad produktion, men i framtiden även inom energidistribution, medicinsk teknik (hälsa), och smarta hus. För vissa M2M-applikationer är energiförsörjning en stor utmaning. Även om en låg datamängd och datahastighet krävs för att skicka status och information med jämna mellanrum, så behöver vi självhushållande system. Planerat upplägg och genomförande Projektet består av forskare vid Ericsson Research och avdelningen för THz och millimetervågsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Tillsammans har vi kompetens från grafenelektronik, mikrovågsteknik och antennteknik för kommunikationssystem (5G). Under en förstudie på sex månader ska vi studera potentialen med grafen i antenn- och detektortillämpningar med en djupare teknisk analys, som förhoppningsvis ska leda till en projektplan för ett ”proof-of-concept” projekt. Effekter och resultat I och med utvecklingen av Sakernas internet blir maskin-till-maskin-kommunikationssystemen (M2M) allt viktigare och vanligare. Drifttiden är en kritisk parameter för batteridrivna sensorer till M2M-systemen. En möjlig utveckling är att ta tillvara på energin som sänds genom luften i mikrovågsområdet för mobiltelefoner, WiFi-nät med mera och konvertera energin till likström som sedan kan driva olika komponenter. Detta har här utvärderats med (flexibla och transparenta) grafenbaserade antenner och energiomvandlare. Projektet har utfört elektromagnetiska simuleringar av en specifik antenntyp. Även med antagandet att grafenet var likt det bästa som uppnåtts experimentellt, var effektiviteten låg. Den låga effektiviteten i kombination med den relativt låga mängden RF-energi som finns, innebar att endast en liten förlängning av drifttiden kunde uppnås. Teknologin kan framförallt vara intressant för teknologier med väldigt låg energiförbrukning eller för teknologier som sällan sänder data. Resultaten har publicerats i “Feasibility of Ambient RF Energy Harvesting for Self-Sustainable M2M Communications Using Transparent and Flexible Graphene Antennas”, M. Andersson et al.IEEE Access, Vol.4, pp. 5850 – 5857, 2016. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2604078. Målet var att utvärdera genomförbarheten av optiskt transparent grafen (få atomlager), för att användas som antenn och i radiofrekvenskretsar för lågkostnads M2M-tillämpningar, vilket har genomförts. Resultatet var tyvärr en besvikelse från ett grafentillämpbarhetsperspektiv jämfört med vad som initialt förväntades. Den viktigaste insikten i projektet är att grafen fortfarande är några storleksordningar ifrån att kunna användas som antenn och i RF-kretsar i optiskt transparenta tillämpningar. För användningen av grafen inom detta område, förväntar vi oss att det tar 5-10 år innan vi ser den första produkten, vilket också kräver en förbättring inom andra viktiga teknikområden.
  • Svenskt Grafen (avslutat)
    2D fab AB, Woxna Graphite AB
    Sven Forsberg, 2D fab AB 2015 – 2016 Syftet med projektet var att tillverka grafen från svensk grafit. Det sekundära projektmålet var att hitta de tillämpningar... Syfte och mål Syftet med projektet var att tillverka grafen från svensk grafit. Det sekundära projektmålet var att hitta de tillämpningar som är mest lämpliga för svenskt grafen och utifrån det initiera förlängningen av olika värdekedjor mot industriell användning av grafen. Woxna Graphite och 2D fab var huvudaktörer i detta projekt. Effekter och resultat Målet var att tillverka grafen från svensk råvara, samt att bygga värdekedjor som kan ta grafen ut på marknaden. Projektet har visat att det går att tillverka grafen från svensk grafit, men att utbytet blir lågt. Det har varit möjligt att bygga upp flera intressanta värdekedjor för att kommersialisera resultaten. Det primära målet uppnåddes, grafen kunde tillverkas från grafit som kom ifrån Woxna grafitgruva. Utbytet av grafen levde dock inte upp till förväntningarna. Den benchmark som gjordes av olika typer av grafit som råvara, visade tydligt på vikten att välja rätt råvara beroende på vilka egenskaper man vill uppnå. Förbehandling av råvaran före exfoliering är också av största vikt. Utbytet varierade också stort mellan olika typer av grafit. Under 2017 hoppas 2D fab på att lansera en ny familj av ledande tryckfärger. Woxna Graphite, numera Leading Edge Materials (LEM), har beslutat att fokusera sin utveckling av grafit mot energilagringstillämpningar. Det kommer att innebära investeringar innan den går att producera och ligger därför något år fram i tiden. Den batterigrafit som kommer att produceras kommer då också att bli en bra råvara för grafentillverkning. För 2D fab är det viktigt att hitta teknik- och marknadskunskap inom olika applikationsområden, främst inom kompositer och elektriskt ledande tryckfärger. Det görs oftast enklast genom att samarbeta med potentiella kunder. Detta får 2D fab delvis tillgång till via SIO Grafen. För LEM är kompentens och partners inom energilagring av stor vikt.
  • Tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter (avslutat)
    ABB AB, Acreo
    Joachim Schiessling, ABB AB 2015-2016 Syftet med projektet var att i en förstudie undersöka möjligheterna att använda tryckta grafenelektroder i ... Syfte och mål Syftet med projektet var att i en förstudie undersöka möjligheterna att använda tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter. Målet var att förbättra kontrollen av elektrisk belastning samt att effektivisera materialanvändningen. Ledande tunna skikt är vanligt i många högspänningsprodukter. Målet för denna förstudie är att skapa ledande skikt med grafeninblandning för optimerad ledningsförmåga. Tack vare att grafen-flakes har en mycket liten diameter kan jämna elektrodkanter skapas. Det möjliggör en bättre kontroll av elektrisk belastning i apparaten, en nättare design som använder mindre material till en lägre kostnad. Planerat upplägg och genomförande Projektpartners är ABB som tillverkare av högspänningsprodukter och Acreo som är aktiva inom tryckteknik. Prover kommer att tillverkas hos Acreo i Norrköping och elektrisk utvärdering kommer att ske hos ABB Corporate Research i Västerås. Effekter och resultat Studien har visat att tunna ledande skikt kan åstadkommas med tryckbara grafenkompositioner. Tryckresultatet varierar mycket, beroende av typen av bläck. Projektet har undersökt parametrar som påverkar jämnhet i kanter, tjocklek av ytor och ledningsförmågan. Den önskade korrelation mellan kantform och elektrisk utvärdering kunde inte bli verifierad, men det fanns en korrelation mellan ytbehandling och elektrisk utvärdering. Den viktigaste insikten var att utbudet av kommersiellt grafenbläck som passar den tänkta tillämpningen är begränsat. Den elektriska utvärderingen visar på ett nytt användningsområde för grafen; som material i komponenter som befinner sig i höga elektriska fält. Förstudien bör följas upp för att, baserat på resultaten, ytterligare förbättra egenskaperna hos elektroderna, innan tillämpning kan bli aktuell.
  • Värmepumpsdemonstrator med grafenbelagd keramisk matris för ökad effekttäthet (avslutat)
    Climatewell AB, Chalmers Industriteknik, Chalmers
    Ulrika Tornerefelt, Climatewell AB 2015 – 2016 Syftet med projektet var att utveckla en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av en fibermatris för värmepumpar, samt ... Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av en fibermatris för värmepumpar, samt utvärdera och verifiera testresultaten genom verifiering och validering i en demonstrator. Projektmålet var att höja den termiska konduktiviteten inom befintlig teknologi. Vid en ökning av matrisens effekt- och energidensitet jämfört med nuvarande produktapplikationer, kommer Climatewells teknologi att kunna användas i nya slutapplikationer. Projektet tror att en framgångsrik utveckling av en sådan beläggningsprocess är nyckeln till att grafen ska kunna ta sig in i andra industrisegment i Sverige, såsom textilindustrin. Planerat upplägg och genomförande Climatewell AB, bidrar med expertis inom termokemiska system. Chalmers Industriteknik, bidrar med kunskap och erfarenhet inom kolbaserad nanoteknik, och Chalmers, bidrar med den expertis som krävs för att göra korrekta termiska karakteriseringar. Projektet utförs i 5 arbetspaket (work packages): 1. Utveckling av lämpligt grafenbläck (graphene ink) 2. Beläggning av den keramiska fibermatrisen 3. Termisk karakterisering av den belagda matrisen 4. Saltdispergering och post-dispersionsinspektion 5. Testning, verifiering av in-situtestning och validering av den belagda matrisen integrerad i en demonstrator Effekter och resultat Under projektet utvecklades en mycket kostnadseffektiv tillverkningsmetod av grafensuspension. Två olika huvudgrupper av grafenintegration identifierades för utvärdering:
    • Ytbeläggning av fast matrismaterial Ytbeläggningen genomfördes med tre olika metoder: ”dip and dry”, ”soak and dry” samt spray coating. För alla ytbeläggningsförsök enligt ”soak and dry” samt ”dip and dry” på fast matris är det tydligt att penetrationen av grafensuspensionen är mycket viktigt att monitorera. Både ökad termisk och elektrisk konduktivitet uppmättes för den belagda matrisen. Referensprover som inte var belagda uppvisade inte någon konduktivitetsökning. ”Soak and dry”-metoden var den som erhöll mest signifikant konduktivitetsökning. ”Spray coating” behöver optimeras ytterligare för att få en god penetration av grafen in i matrisstrukturen.
    • Integrering av grafen i vätskematris När grafen integrerades i vätskematris förbättrades värmeöverföringsförmågan, jämfört med referens utan grafenintregrering, då temperaturdifferensen mellan primär- och sekundärsidan av värmeväxlaren minskade från ett medelvärde på 6°C till ett medelvärde på 3°C. Under laddning med referenslösning samt grafenintegrerade matrisen erhölls en laddningseffekt på 100 W/°C respektive 167 W/°C, vilket innebär en förbättring på 67 %.
    Vid projektstart var huvudmålen att:
    1. Ta fram en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av ClimateWell Technologys (ClimateWell) nuvarande keramiska matris. En skräddarsydd grafenbläckslösning skulle utvecklas för beläggning av fibermatris samt valda matrismaterial skulle beläggas med grafennanopartiklar (ur den utvecklade grafensuspensionen) för att öka den termiska konduktiviteten i vald matris. Vid projektstarten bestod ClimateWells matris av en keramisk fiber. Detta matrismaterial har nu ersatts av en icke-keramisk fiberstruktur, vilket även introducerades i detta projekt. En kostnadseffektiv tillverkningsmetod av en skräddarsydd grafensuspension har utvecklats varefter två grafenbeläggningsmetoder har utvärderats (fast substrat samt vätskematris). Termisk konduktivitetsökning erhölls för både fibermatris samt vätskematris.
    2. Utvärdera och verifiera de resultat som erhölls då de utvalda beläggningsmetoderna genomfördes på valda substrat. Utvärdering av termisk konduktivitet för den belagda fasta matrisen har genomförts med Sheetresistance-mätningar och SEM-bilder. Karakteriseringen ockulärbesiktigades med optiskt mikroskop och elektrisk konduktivitet mättes. Utvärdering av termisk konduktivitet av vätskematrisen genomfördes genom att mäta värmeväxlartemperaturer på primär- och sekundärsida. All utvärdering genomfördes enligt plan.
    3. Integrera, verifiera och validera i demonstrator Under utvärderingen av beläggningsteknikerna, med avseende på ökad konduktivitet, visade det sig att ökad fokus behövde läggas på efterbehandling av fibermatrisen innan saltet kunde dispergeras. Ytterligare härdningstester genomfördes efter ”dip and dry coating”. I samband med att en lämplig härdningsmetodik för AlOx-fibermatrisen togs fram så uppvisade de utvalda demonstratorprojekten problematik med AlOx-fibern. Att påbörja dispergeringsförsök med en fibermatris som uppvisade problem i slutapplikationen var inte i enlighet med projektets huvudmål. Beslut togs att ett demonstratorprojekt med vätskematris skulle väljas eftersom saltdispergering då kunde genomföras enligt väl inarbetade metoder. Verifieringskörningar genomfördes i en prototyp byggd i 25% skala. Validering i fullskaleprototyp har inte kunnat genomföras beroende på att ny demonstrator valdes. Validering kommer att genomföras utanför projektet under Q4 2016-Q3 2017.
    De viktigaste grafenrelaterade insikterna innefattar vikten av nätverkande mellan olika kompetenser inom grafenforskningen. För att få en helhetsbild måste förståelse och konvergens upparbetas både inom suspensionsframtagning, karakterisering samt integrering. ClimateWell fortsätter att prioritera arbetet med grafenintegrering i sina komponenter i samarbete med de upparbetade kontakterna i projektet. Fokus kommer ligga på tillverknings- och efterhärdningsprocessen. Den första storskaliga prototypen beräknas köras fullt ut under Q3 2017. De expertisområden ClimateWell ser som fokusområden innefattar beläggning av grafen, inkluderande efterbehandling (värmehärdning), samt integrering av grafen i salt.
  • Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2014

  • Förstudie på Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen (avslutat)
    APR Technologies AB, Chalmers Bionano Systems Laboratory, SHT Smart High-Tech
    Peter Nilsson, APR Technologies AB 2014 – 2015 APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk... Syfte och mål APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk energi. Grafenbaserade filmer undersöks som kritiska delar där extrem termisk prestanda behövs tillsammans med en kontrollerad permeabilitet. Första målet med detta projekt var att ta fram ett lämpligt material, grafen i form av HOPG (Highly ordered pyrolytic graphite) och karakterisera dess termiska och gaspermeabla egenskaper i provuppställning. Andra målet var att integrera grafenmaterialet med kompressorns andra nyckelmaterial.   Effekter och resultat Projektet som var en förstudie identifierade ett antal materialval, underleverantörer, lämplig konstruktion/design av system baserat på testresultat och simuleringar, samt möjliga bearbetningsmetoder för ingående delar. Det framkom en del nya svårigheter men samtidigt verifierades även möjligheterna till att använda grafenbaserade filmer som en kritisk del i tillämpningen.   I utvecklingsarbetet av en kryokompressor utan rörliga delar har en testuppställning för kompressorcellsutvecklingen byggts och uppdaterats. SHT har tagit fram grafenbaserade filmer utefter kravställning från APR och dessa har utvärderats både på Chalmers och hos APR. Anpassningen av grafenmaterialet så att den kritiska kombinationen av värmeledning och permeabilitet kan uppnås har visat sig möjlig genom att försök med mikroperforerade grafenbaserade filmer gav fungerande resultat.   De termiska egenskaper för filmerna validerades på Chalmers, men utvärdering i APRs kompressorcell visar att värmeledningsförmågan för en 20-40μm tjock film inte är tillräcklig när den sitter monterad tillsammans med bland annat aerogelkomposit. Nya simuleringar och referensmätningar gjorda med bearbetad aluminium som värmeledare visar att vi kommer behöva tjockare grafenbaserade filmer, och nästa steg är att utvärdera sådana. Integration av grafenfilm och aerogelkomposit har visat sig fungera så vi kommer kunna fortsätta arbetet med dessa typer av material, ett nytt problem vi stött på är dock aerogelkompositens begränsade tålighet mot höga temperaturer varför vi nu även tittar på aerogelkompositer med rätt egenskaper, som även tål högre temperaturer.   Projektet som var en förstudie identifierade svårigheter och verifierade möjligheterna, och fortsätter i en genomförandefas tack vare vidare finansiering från Vinnova, som pågår till sista november 2016.
  • Grafen som barriär i förpackningsmaterial (avslutat)
    SP Food and Bioscience (tidigare SIK, Institutet för Livsmedel och Bioteknik AB), Stora Enso, Chalmers
    Mats Stading och Niklas Lorén 2014 – 2015 Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer.  Målen med ... Syfte och mål Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer.  Målen med projektet var att:
    1. Göra en litteraturstudie kring grafens användning i förpackningsapplikationer och dess interaktioner med cellulosa.
    2. Identifiera möjliga sätt att använda grafen i förpacknings- och cellulosaapplikationer.
    3. Bestämma olika basala fysikaliska egenskaper hos grafen som är viktiga i förpackningsapplikationer såsom egenskaper i polymersmälta, dispersionsbeläggningar och flockuleringsegenskaper.
    Effekter och resultat I projektet har exfolierade grafit nanoplatelets (xGnP) utsatts för skjuvspänning och ultraljud för att framställa grafenflagor. Litteraturstudien visar att grafen, om det appliceras på rätt sätt, starkt kan bidra till minskad permeabilitet av luft och vattenånga i barriärmaterial. Dispersionsegenskaperna av xGnP och hur olika koncentrationer av XGnP påverkar syrepermeabiliteten utvärderades i dispersionsbeläggningar bestående av biopolymer. Skjuvningen, dragningsförhållandet och ytarean av xGnP, var parametrar vars påverkan på syrepermeabiliteten undersöktes genom extrudering av grafen – långkedjig förgrenad polyetenfilm av nanokompositer. Fördelningen av grafenflagor undersöktes med optisk mikroskopi. Resultaten i de första försöken visar att det är möjligt att producera polymerfilmer och beläggningar baserade på grafen (xGnP) som reducerar permeabilitet för syre med en faktor upp till 10 (för extruderad film). Det finns dock en mängd utmaningar att lösa innan grafen kan kommersialiseras och bli gångbar som barriär i förpackningar. En av huvudutmaningarna är att fastställa mängden och fördelningen av grafen i filmerna tillsammans med filmernas övergripande struktur, vilken är nära förankrad i egenskaperna för dispersionen och kompabiliteten mellan grafen och det omgivande materialet. Ytterligare en utmaning är att optimera mängden grafen som behövs i filmerna för att reducera permeabiliteten av syre. Effekterna av olika emulgeringsmedels påverkan på blandningens egenskaper har utvärderats. Resultaten visar att blandningens stabilitet ökar med ökad koncentration av emulgeringsmedel. Såväl försöken som litteraturstudien i projektet visar att funktionalisering av grafen (exempelvis grafenoxid) förmodligen blir en nyckelfråga för att framgångsrikt kunna applicera grafen i barriärmaterial. Andra utmaningar är produktion av grafen i tillräckligt stora mängder till konkurrenskraftiga priser, tillgång till rent grafen, effektiva metoder att exfoliera xGnP (om det används som källa för grafen), och metoder att applicera grafenbarriärer i produktionslinjen samt potentiella säkerhetsaspekter med nanopartiklar. Avslutningsvis så behövs mer forskning för att ta itu med ovan nämnda utmaningar och därmed kunna möjliggöra användningen av grafen som barriär i förpackningsmaterial.
  • Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer (avslutat)
    NanOsc AB, Chalmers
    Fredrik Magnusson, NanOsc 2014 – 2015 Demonstrera och optimera spinnströmsfokusering i grafen. Demonstrera användning av optimerad spinnströmsfokusering i grafen... Syfte och mål Demonstrera och optimera spinnströmsfokusering i grafen. Demonstrera användning av optimerad spinnströmsfokusering i grafen i spinntroniska oscillatorer. Projektets idé är att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dessa spinnströmmar för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Projektidén en oerhört stor potential att revolutionera hur bredbandiga (1-100 GHz) mikrovågssignaler kan genereras, moduleras och detekteras i framtida grafenbaserad mikrovågselektronik.   Effekter och resultat Projektet hade som mål att demonstrera, förstå, och optimera spinnströmsfokusering i grafen och sedan använda detta grundläggande fenomen för att aktivt styra den ferromagnetiska resonansen i nanomagneter för framtida frekvensstyrning hos spinntroniska oscillatorer baserade på grafen. I projektet har vi demonstrerat att vi kan växa våra magnetiska material på grafen med bibehållna magnetodynamiska egenskaper. Vi kan även mönstra våra magnetiska material när dessa växts på grafen. Vi har för första gången demonstrerat att vi aktivt kan styra den ferromagnetiska resonansen hos nanomagneter på grafen när dessa absorberar spinnströmmar som genererats genom att leda in spinn-polariserade strömmar i grafen från närliggande magnetiska elektroder. Den ferromagnetiska resonansen kan kontrolleras både vad gäller avstämbarhet i frekvens och dess linjebredd. Vi har därför goda indikationer på att vi kan styra spinnvågsdämpningen i nanomagneter på grafen vilket är första steget mot att sedan kunna driva magnetiska oscillationer i liknande nanomagneter. Detta nu experimentellt demonstrerade fenomen kommer därför att ligga till grund för våra spinntroniska oscillatorer.  
  • Graphene-based Coatings for Heat Exchangers (avslutat)
    SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB (AlfaLaval Lund AB, KTH)
    Karin Persson, SP 2014 – 2015 Målet med projektet var att undersöka grafen som rostskydd för värmeväxlare. Syftet var att utveckla en multifunktionell ... Syfte och mål Målet med projektet var att undersöka grafen som rostskydd för värmeväxlare. Syftet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för värmeväxlare med hjälp av väl dispergerad GRMs (Grafen eller likande material) som: leder värme och ger utmärkt korrosionsskydd av rostfritt stål. För användning av plattvärmeväxlare (PHE) i krävande miljöer såsom saltvatten, behöver det utvecklas värmeledande kostnadseffektiva beläggningar för rostfritt stål. Denna typ av beläggning kan senare överföras till andra sektorer där värmeledning behövs exempelvis komplext formade aluminiumkonstruktioner som ofta används i kylning av elektronik.   Effekter och resultat Det huvudsakliga målet var att utveckla ett GRM-baserat, värmeledande, korrosionsskydd för plattvärmeväxlare av rostfritt stål i saltvattenapplikationer. Materialen som användes i projektet var kommersiellt tillgängliga grafenbaserade material och organiska bindemedel med god effekt för korrosionsskydd av rostfritt stål. Flera olika tillvägagångssätt utvärderades:
    • grafta (ympa) polymer från grafenoxid
    • använda kommersiell grafenoxid i vattendispersion
    • dispergera kommersiellt grafenbaserat material direkt i bindemedel
    Projektet kom att i slutändan fokusera på att dispergera kommersiella GRM i bindemedel, och att utvärdera korrosionsskyddet av beläggningarna. Resultaten visade tydligt att tillsatts av grafenbaserade material kan avsevärt förbättra korrosionsskydd för rostfritt stål i aggressiva miljöer. Dessa korrosionsskydd måste nu optimeras för att få fram en kommersiell produkt för plattvärmeväxlare av rostfritt stål.   Några lärdomar är: a) det finns både för- och nackdelar med att använda grafenpulver och fördispergerad grafen(oxid). Det vill säga att dispergera grafen själv ställs mot att bli av med lösningsmedlet (vatten) när man använder färdigdispergerad grafen(oxid). b) valet av grafenprodukt samt hur det dispergeras är a och o för ett lyckat resultat när det gäller ytskikt. c) utvecklingen av nya grafenprodukter som finns på marknaden går mycket snabbt. Vissa leverantörer har gedigen egen kunskap och kan ge rekommendationer, men det är bra att jobba med en stor grupp som har möjlighet att ha egen erfarenhet, bra kontakter och översikt över det relevanta forskningsfältet.   Se pressinformation från SP > (20141209)
  • IR-Kameleont: Grafen för styr- och tryckbara kompositmaterial (avslutat)
    Acreo Swedish ICT AB, Linköpings universitet och Saab
    Björn Norberg 2014 – 2015 Projektets syfte var att studera hur grafen och ledande polymerer kan användas för att skapa kompositmaterial som är ... Syfte och mål Projektets syfte var att studera hur grafen och ledande polymerer kan användas för att skapa kompositmaterial som är styrbara och tryckbara, för exempelvis kamouflage. Projektet omfattade marknads- och materialstudier samt prototyptillverkning.   Effekter och resultat Patentundersökningen och litteraturstudien, visade att forskningsområdet elektrokromism med grafen i kamouflage är väldigt ungt och få relevanta dokument hittades. Det finns ett stort antal företag som säljer grafen och marknaden växer snabbt. I detta projekt hade vi kontakt med ett par av dem för att studera olika tekniker för att använda grafen.   En innovativ metod för konstruktion av elektrokroma prototyper, med och utan grafen, utvecklades för att studera prestanda på prototyperna. Överföring av multilagers CVD-grafen till polyethylene har gjorts. Mätning av IR-reflektans och IR-transmission hos CVD-grafen på polyolefiner har genomförts. Multilagers CVD-grafen på nickel har överförts till polyolefiner. Ytorna hos det överförda grafenet var tillräckligt för spektroskopiska mätningar.   Projektet har ökat kunskaperna kring grafen och hur grafenkompositer kan skapas med tryckteknik. Projektet har även innefattat fysiska tester av grafen/polymerkompositer med avseende på vissa specifika karakteristika.   Läs mer: Pressmeddelande från Saab > (20150806)
  • Produktion av grafen på kiselkarbid för sensorer (avslutat)
    Graphensic AB, Lindmark Innovation AB, Linköpings universitet
    Amer Ali, Graphensic AB 2014 – 2015 Grafen på kiselkarbid utgör en möjlig plattform för olika sensorer (särskilt gas- och biosensorer). För att realisera ... Syfte och mål Grafen på kiselkarbid utgör en möjlig plattform för olika sensorer (särskilt gas- och biosensorer). För att realisera tillämpningarna så krävs en förståelse för den elektriska karakteristika som industriellt producerat material har. I projektet har aktörer samverkat med målet att industriellt kunna producera grafen på kiselkarbid i waferstorlek, och för detta verifiera val av kontakter och mätteknik för elektrisk karakteristika på materialet. Projektets aktörer sträcker sig från akademisk forskning och forskningsinstitut till industri. Projektet har etablerat ett samarbete mellan dessa som har långvarig karaktär. Effekter och resultat Graphensic har tillsammans med Linköpings universitet producerat grafenbaserade gassensorer med lovande resultat för ett flertal gaser som är av intresse vid mätning av luftkvalitet. Resultaten uppnåddes genom att skalbara depositionstekniker för tunna filmer användes, där grafen täcktes med nanopartiklar av metall och metalloxid. Parterna arbetar fortsättningsvis mot att mer ingående undersöka hur nanopartiklars fördelning/deposition påverkar sensorns prestanda och hur partikeldimensionen, oregelbundenhet och täckning kan kontrolleras vid produktion av större ytor av grafen i waferstorlek. Graphensic har även sökt patent för en grafenbaserad sensorutrustning. Inom denna förstudie har Acreo genom olika metoder karakteriserat material i waferstorlek för att säkerställa dess noggrannhet. Resultaten visar tydligt att Graphensics process för att framställa grafen har mognat och att materialet är homogent i större ytor än tidigare. Lindmark Innovation AB (Lindmark) har utvecklat en mätteknik för att elektriskt karakterisera ytresistansen hos grafen på kiselkarbid i waferstorlek. Med hjälp av denna har Graphensics material jämförts med grafen som producerats med andra metoder. Lindmark har även jämfört olika kontakteringsmetoder genom att mäta dess brusnivåer, vilka påverkas av materialval och kontakttyp. De preliminära resultaten av mätningarna visar att grafen på silikonkarbid har den lägsta brusnivån inom den här komparativa studien och är det mest stabila över tid. Framåt så arbetar Lindmark med att utveckla en kontaktfri metod för snabb och icke-invasiv karakterisering av de elektriska egenskaperna för grafen på kiselkarbid i waferstorlek. I framtiden så siktar parterna på att tillsammans producera utrustning för kommersiellt bruk.
  • Vågledarintegrerade grafenbaserade IR-detektorer för optiska gassensorchip (avslutat)
    Kungliga Tekniska Högskolan, KTH Skolan för elektro- och systemteknik, Senseair AB
    Kristinn Gylfason KTH, Forskare Micro- och nanosystem 2014 – 2015 Utveckling av grafenbaserade fotodetektorer för infrarött ljus för användning i optiska gassensorer. Projektmålen var: 1... Syfte och mål Utveckling av grafenbaserade fotodetektorer för infrarött ljus för användning i optiska gassensorer. Projektmålen var: 1) Kunskapsöverföring 2) Integrering av grafen för IR-detektorer i gassensorer 3) Evaluering av prestanda 4) Evaluering av den kommersiella potentialen   Effekter och resultat Projektet har lagt grunden för ökad förståelse av grafens potential för IR-detektering genom experiment med prototyper. Projektparterna har delat kunskap under projektets gång genom diskussioner om design och resultat, och genom skrivande av patent och en ansökan för uppföljningsfinansiering. KTH har utvecklat en ny tillverkningsprocess för frihängande kiselvågledare ovanpå vilka grafendetektorer kan integreras. Prestandan för frihängande kiselvågledare med integrerade platina-emittrar och detektorer har utvärderats. Den kommersiella potentialen har utvärderas. Utvecklingen har gjorts av vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående grafenmembran, för användning i optiska gassensorchip. Framtagning av frihängande kiselvågledare har genomförts och de första prototyperna har utvärderats med integrerade ljuskällor och detektorer i platina. Eftersom utvecklingen av processen för frihängande kiselvågledare tagit något längre tid än planerat, har integrering av grafen inte kommit så långt som planerat, men vid förstudiens slut är alla bitar på plats för att påbörja det arbetet.

Med stöd från: