Stabila dispersioner av grafen och nanocellulosa för framtida kompositmaterial

Syfte och mål

I denna studie ska genomförbarheten för stabila dispersioner av grafen i vatten undersökas, där grafen stabiliseras med hjälp av nanocellulosa. Målet är att ta fram dispersioner med maximerad relativ andel grafen mot nanocellulosa samt maximerad torrhalt av stabiliserad grafen.

Nanocellulosa har visats kunna dispergera/stabilisera material i vatten som annars inte är vattendispergerbara. I tidigare studier har flerlagersgrafen dispergerats med nanocellulosa och genererat material med mycket intressanta egenskaper, bland annat med hög termisk/elektrisk ledningsförmåga och låg hygroskopicitet. Fålagersgrafen har ännu inte studerats i kombination med nanocellulosa. Vår hypotes är att de materialegenskaper som har uppnåtts med flerlagersgrafen kan förbättras ytterligare med fålagersgrafen samt med optimering av dispersionerna. Nanocellulosa är förnyelsebart, bionedbrytbart och relativt billigt.

Det förmodas att kombinationen grafen-nanocellulosa kommer att generera biobaserade och möjligen även bionedbrytbara elektriskt/termiskt ledande filmer med goda barriäregenskaper. Dessa filmer skulle vara högintressanta som barriärfilmer, aktiva filmer i smarta förpackningar, elektriskt ledande filmer i tunnfilmstransistorer och i solceller samt som komponenter i energilagringssystem (batterier och kondensatorer). De många möjliga tillämpningarna visar på den stora potentialen hos kompositmaterial av grafen-nanocellulosa, och då materialet förmodas kunna ersätta många av dagens metall- eller fossila polymerbaserade material, minskas dessutom miljö/klimatpåverkan av dessa material avsevärt.

Abstract in english

Stable dispersions of graphene and nanocellulose for future composite materials
In this study, the feasibility of stable dispersions of graphene in water will be investigated, where graphene is stabilized by using nanocellulose. The goal is to produce dispersions with the maximum relative proportion of graphene against nanocellulose as well as the maximum dry matter content of stabilized graphene. Nanocellulose has been shown to disperse/stabilize material in water that is otherwise not water-dispersible. In previous studies, multilayers of graphene have been dispersed with nanocellulose and generated materials with very interesting properties, for example high thermal/electrical conductivity and low hygroscopicity. Fewlayers of graphene have not yet been studied in combination with nanocellulose. Our hypothesis is that the material properties achieved with the multilayer graphene can be further improved with the fewlayers of graphene as well as optimization of the dispersions. Nanocellulose is renewable, biodegradable and relatively inexpensive. It is believed that the graphene-nanocellulose combination will generate biobased and possibly even biodegradable electrically/thermally conductive films with good barrier properties. These films would be highly relevant as barrier films, active films in smart packaging, electrically conductive films in thin film transistors and in solar cells as well as components in energy storage systems (batteries and capacitors). The many possible applications demonstrate the great potential of graphene-nanocellulose composite materials. As the material is supposed to replace many of today's metallic or fossil polymer-based materials, the environmental/climate impact of these materials is significantly reduced.

Utlysning:
Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen – våren 2018

Projektpartners: RISE Innventia, RISE och BillerudKorsnäs

Projektledare: RISE Innventia

E-mail: andreas.fall@ri.se

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: 15 maj - 14 nov. 2018

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: