Sedan starten 2014 har SIO Grafen finansierat över 180 projekt. Över 200 organisationer har varit involverade, nästan 50 procent av dessa är små och medelstora företag.
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.
Styrkeområde - Filtrera efter styrkeområde, välj ett eller flera områden.
Samverkan för kommersiella tillämpningar av grafen våren 2022
-
Användning av grafenförstärkt skummaterial för brusdämpningsapplikation
Volvo Technology, Chalmers, SHT
Flavio Presezniak, Volvo Technology Juni 2022 - mars 2023 Sammanfattning Kostnader förknippade med grafentillämpningar har minskat drastiskt under de senaste åren. Detta ökar intresset att öppna dörrarna för studier […]Sammanfattning
Kostnader förknippade med grafentillämpningar har minskat drastiskt under de senaste åren. Detta ökar intresset att öppna dörrarna för studier av nya användningsområden, till exempel hur grafen kan användas i akustiska material. De akustiska materialen som används nuförtiden har vissa begränsningar såsom sämre absorption av brus vid låga frekvenser, att man behöver öka materialens tjocklek för att få bättre prestanda och materialens termisk motstånd med maxtemperaturer runt 100C.
Det föreslagna projektet vill förutsättningslöst utforska de potentiella fördelarna med att använda grafen i akustiska material. Genom att kombinera grafen och skummaterial kan man skapa ett material med förbättrad ljudabsorption som klarar höga temperaturer och har låg vikt. Projektet kommer ta fram nya akustikmaterial och testa dessa för att i nästa steg gå vidare till projekt om karakterisering, optimering och tillämpningar.
-
Biobaserad grafenbeläggning för anodmaterial i litiumjonbatterier (GraphAnode)
RISE, Granode Materials
Illia Dobryden, RISE Augusti 2022 - december 2022 Sammanfattning Ett uppladdningsbart litiumjonbatteri (Li-ion) är en viktig avancerad teknik i många tillämpningar som kräver mycket hög energi- och effekttäthet. […]Sammanfattning
Ett uppladdningsbart litiumjonbatteri (Li-ion) är en viktig avancerad teknik i många tillämpningar som kräver mycket hög energi- och effekttäthet. Denna teknik är nödvändig för framtidens miljömässigt hållbara och digitaliserade värld och har stor betydelse för bärbar elektronik, elverktyg och hybrid-/elfordon. Anodmaterialet i sådana batterier är en avgörande del som möjliggör elektriskt strömflöde i kretsar och således reversibel absorption och emission av litiumjoner från katodmaterialet samt lagring av litiumjonerna i laddat tillstånd. Stabila biobaserade stärkelse-grafen- och nanocellulosa-grafendispersioner kommer att tillämpas för att ytmodifiera grafit och kiselbaserade anoder via kommersiellt tillgängliga procedurer för att öka deras prestanda. Grafen är nyckelkomponenten i detta projekt för att förbättra den elektriska ledningsförmågan, termiska stabiliteten och kapaciteten för anodmaterialen. Det finns stor teknisk potential att utveckla tillvägagångssätt för en biobaserad grafenbeläggningsprocedur av kol- och kiselanodmaterial. Dessa nya anoder med förbättrad prestanda kan erbjuda stora möjligheter för kommersiell implementering eftersom grafitanoder redan är mycket kommersiellt genomförbara. Detta projekt har en stark koppling till flera globala mål i agenda 2030, såsom ”Hållbar energi för alla”, ”Hållbar industri, innovationer och infrastruktur”, ”Hållbara städer och samhällen” och ”Bekämpa klimatförändringarna” via minskning av bensin och fossilbaserade material med hjälp av nya energilagringslösningar genom implementering av 2D-material och biobaserade resurser med stor betydelse för industrin. -
Grafen-nanoprickar för hållbar tillverkning av ljuskomponenter i medicintekniska produkter
LunaLEC, Umeå universitet
Christian Larsen, LunaLEC Juli 2022 - mars 2023 Sammanfattning Projektets mål är att utveckla en billig och hållbar tillverkningsprocess för ljusemitterande elektrokemiska celler (LECar) för medicintekniska produkter. För […]Sammanfattning
Projektets mål är att utveckla en billig och hållbar tillverkningsprocess för ljusemitterande elektrokemiska celler (LECar) för medicintekniska produkter. För att nå dit så kommer vi i det här projektet att ersätta de fossil-baserade emittermaterialen, som är nuvarande state-of-the-art i LECar, med grafen-nanoprickar (GNPs). GNPs kan syntetiseras från bio-baserade råmaterial med en enstegs-reaktion och reningsprocess som resulterar i betydligt mer energi- och resurs-effektiv tillverkning jämfört med konventionella emittermaterial som typiskt kräver flera steg av både syntetisering och rening. GNPs är även lösliga i flera gröna och förnyelsebara lösningsmedel vilket innebär att vi kommer kunna substituera bort användningen av fossila lösningsmedel under tillverkningskedjan. Projektet kommer att fokusera på tillämpningar inom medicinsk teknik där behandling av diverse åkommor sker med hjälp av ljus. En möjlig tillämpning är behandling av gulsot som årligen drabbar 84 miljoner nyfödda världen över och som botas genom exponering från blått ljus. Med vår billiga tillverkningsmetod skulle enkla ljusemitterande filtar kunna bli tillgängliga för fler, och behandling skulle kunna ske i hemmet i stället för på sjukhuset. Krav på sterilitet för medicinska behandlingar gör dessutom att återanvändning av produkter inte alltid är lämpliga. En hållbar industriell tillverkningsprocess är därför väldigt relevant för sådana applikationer för att minimera den negativa påverkan på både miljö och arbetare. Vi ser därför att projektet är förenligt med flera Agenda 2030 mål gällande icke-toxisk (mål 3.9), energieffektiv (mål 7.3) och resurseffektiv (mål 9.4, 12.2, 12.4, 12.5) tillverkning. -
Grafencellulosa-komposit för elektrodapplikationer (GCC)
Mittuniversitetet, Holmen och RISE Processum
Christina Dahlström, Mittuniversitetet Sammanfattning Cellulosa är en av de ingående komponenter som används i de grafenkomposit-elektroder som nu produceras och demonstreras i storskaliga […]Sammanfattning
Cellulosa är en av de ingående komponenter som används i de grafenkomposit-elektroder som nu produceras och demonstreras i storskaliga pilotförsök i ett av SIO Grafens finansierade testbäddsprojekt. Initiala försök har visat att den i elektroden ingående cellulosa komponenten kan bytas ut mot bättre varianter för att förbättra kostnaderna vid elektrodtillverkningen. Denna förstudie söker därför att prova ut dessa alternativa cellulosamaterial och utvärdera deras kostnadspotential i ett elektrodsammanhang. Projektet stödjer SIO Grafens vision genom att stödja teknikutveckling för att säkerställa en ny basindustri inom gröna energiapplikationer där grafen är en ingående komponent i dess produkter. Visionen kring vår testbäddsplattform är att återanvända Sveriges pappers- och massaindustri, dess rulle-till-rulle-teknologi samt kompetens och på så sätt skapa en ny basindustri i Sverige med ett övertag inom grön energi. Elektroderna som tillverkas använder grafen som sin aktiva och viktigaste komponent. Det har visat sig att grafens kombination av hög elektrisk ledningsförmåga och stor ytarea gör materialet mycket lämplig inom elektrodsammanhang. Projektets långsiktiga potential kan sammanfattas kring behovet av dessa elektrodmaterial. Det uppskattade marknadsvärdet motsvarar 500 miljarder euro på årsbasis med ett årligt behov motsvarande 300 000 ton grafenkompositelektroder. -
Grafenoxidbelagda fiber för bättre kemisk beständighet hos glasfiberarmerad plast
RISE, Grafren, Ineos Composites och Simona Group
Love Pallon, RISE Juni 2022 - mars 2023 Sammanfattning Glasfiberarmerad plast, GAP, används i väldigt stor utsträckning inom kemisk och processindustri. Materialet fungerar utmärkt i ett stor antal […]Sammanfattning
Glasfiberarmerad plast, GAP, används i väldigt stor utsträckning inom kemisk och processindustri. Materialet fungerar utmärkt i ett stor antal miljöer och är i många sammanhanget ett utmärkt val där en lång förväntad livslängd finns. Däremot fungerar GAP mindre bra i kemiska miljöer där fluorvätesyra (HF) används, vilket även gäller vid låg koncentration (<10%). En koncentrationsnivå som är vanlig både inom processen för betning av stål samt vid tillverkning av gödsel. Särskilt känsligt är glasfibern som snabbt etsas bort vid kontakt med HF. Däremot har tidigare studier visat att kolfiber har god beständighet mot HF. I projektet kommer grafenoxid (GO) beläggas på ett antal vanliga fibermattor och vävar för att utvärdera GO:s möjlighet att öka den kemiska beständigheten mot HF hos fibrerna. De fibervävar med måttlig beständighet mot HF som existerar idag är tunga, oflexibla och opraktiska att jobba med och används därför i begränsad utsträckning. En förbättring av den kemiska beständigheten mot HF hos mer lättanvända fibermaterial vore således ett stort lyft för hela branschen. Det skulle leda till konstruktion med längre livstid och en mer effektiv materialanvändning, det i enlighet med mål 9 i Agenda 2030. Arbete kommer att genomföras i laboratoriet genom exponering i HF av fibrer, GAP-laminat och GAP-laminat med PP-liner. Projektgruppen består av RISE, Grafren AB, Ineos och Simona. -
Graphiti – adsorbenter med cellulosa och grafen i förebyggande konstbevaring
Chalmers tekniska högskola, Adsorbi
Romain Bordes, Chalmers tekniska högskola Augusti 2022 - maj 2023 Sammanfattning Luftföroreningar i inomhusmiljöer är ett växande problem där den bästa lösningen på marknaden är aktivt kol, vilket i många […]Sammanfattning
Luftföroreningar i inomhusmiljöer är ett växande problem där den bästa lösningen på marknaden är aktivt kol, vilket i många miljöer inte är tillräckligt effektivt. Detta är ett stort problem inom konst- och kulturarvbevaring där konstverk utsätts för föroreningar och därmed degraderar sig själva. Detta innebär kostsamma restaureringar, eller i värsta fall att föremål går förlorade. Inom EU projektet APACHE har Chalmers utvecklat en lösning för förebyggande bevaring inom konst och kulturarv i form av cellulosa/kisel-adsorbenter som ska kommersialiseras av företaget Adsorbi AB. Syftet med projektet är att introducera grafen i det adsorberande material för att:- Förändra ytegenskaper för att kunna fånga fler typer av gaser, och
- Underlätta skalning av framtida produktion genom att lättare kontrollera porstorleken av materialet.
-
Konceptvalidering av en gassensor baserad på MoS2 med hexagonala hål
Smena Catalysis, Chalmers tekniska högskola, RISE
Patrik Bjöörn, Smena Catalysis Juni 2022 - mars 2023 Sammanfattning Smenas unika halvledande 2D-material baserat på MoS2 har den mycket lovande egenskapen att dess elektriska egenskaper förändras som funktion […]Sammanfattning
Smenas unika halvledande 2D-material baserat på MoS2 har den mycket lovande egenskapen att dess elektriska egenskaper förändras som funktion av koncentrationen av vissa specifika gaser men är okänsligt för mycket annat, t ex fukt och temperatur. Flertalet vetenskapliga publikationer visar på unika egenskaper för MoS2 som gassensor för bl a H2, NO2 och NH3. Det går också att tillverka miniatyriserade sensorer som använder mycket lite energi. Kombinationen av dessa egenskaper skulle vara banbrytande och ha mycket stor kommersiell potential på en marknad som överstiger 1 miljard euro. Under vintern och våren 2022 har affärsutvecklande aktiviteter och kontakt med potentiella kunder visat på ett stort intresse, men vi har saknat konkreta resultat som bevisar att materialet är lämpligt gassensor.
Syftet med detta projekt är därför att generera en första konceptvalidering av Smenas MoS2 som gassensor. Materialet kommer att tillverkas på två olika sätt, och dess grundläggande sensoregenskaper utvärderas sedan i en testutrustning för vätgassensing. Inom detta projekt testas vätgas eftersom vi bedömer att vätgasekonomin kommer att växa starkt de kommande åren. Målet är att ta materialet till TRL3 och generera presentationsmaterial inklusive beskrivning av materialet och konkreta och relevanta mätdata som kan användas som avstamp för vidare produktutveckling, att visa upp för potentiella kunder och samarbetspartners samt även gentemot investerare.Som färdig gassensor för både H2, NO2 och NH3 så bidrar vi konkret till två SDG, främjande av tillgång på grön energi (SDG 7, subgoal 7.3) och förbättring av luftkvalité för främjande av människors hälsa (SDG 3, subgoal 3.9).
-
Millimetervågbaserat grafen som möjliggör trådlös kommunikation
SafeRadar Research Sweden, Chalmers Industriteknik, Högskolan i Halmstad och Raytelligence
Lars Pettersson, SafeRadar Research Sweden Augusti 2022 - mars 2023 Sammanfattning Projektets mål är att utvärdera om grafen har potential att tävla med vanligt använda elektriskt ledande material som koppar, […]Sammanfattning
Projektets mål är att utvärdera om grafen har potential att tävla med vanligt använda elektriskt ledande material som koppar, guld, aluminium och silver på substrat som kretskort. Idén är att försöka höja toleransen jämfört med dagens kretskort och erhålla hög tolerans och låg kostnad. Till exempel tunnfilm har bra toleranser, men är mycket dyra att tillverka. Om projektet är framgångsrikt så kommer det få en stor påverkan på hela industrin som använder högre frekvenser över 20 GHz. Millimetervågs kretsar, fordonsindustrin, 5G och framtidsteknologier som till exempel 6G kommer att påverkas starkt om man kan implementera denna teknik. Projektet kommer innehålla litteraturstudier, design av testkretsar, mätning av dessa samt sammanfattning av resultaten i en rapport. -
Utveckling av förbättrade termiska gränssnittsmaterial för elektronik och kraftmodulkylning
SHT Smart High-Tech, Chalmers tekniska högskola, Talga Resources,
Tongchang Zhou, SHT Smart High-Tech Juni 2022 - mars 2023 Sammanfattning Det växande intresset för efterfrågan på grafenförbättrade produkter inom applikationsindustrierna inklusive elektronik, energilagring, kompositer och beläggningar och biomedicinsk teknologi, […]Sammanfattning
Det växande intresset för efterfrågan på grafenförbättrade produkter inom applikationsindustrierna inklusive elektronik, energilagring, kompositer och beläggningar och biomedicinsk teknologi, kommer sannolikt att påskynda den snabba tillväxten av industrin i denna bransch. Målet med förstudien är att utveckla nya grafenförstärkta termiska gränssnittsmaterial (TIM) med användning av olika typer av högkvalitativa och billiga grafenråmaterial och verifiera prestanda för elektronikkylningstillämpningar. Vi använder Talgas grafenråvaror, en lokal svensk grafenleverantör för att ytterligare göra innovativa grafenförstärkta termiska gränssnittsprodukter på SHT Smart High-Tech AB (SHT). Projektpartners: Talga AB:s fokus i denna studie är att skräddarsy grafenmaterialförsörjning för att möta SHTs krav. Talga kommer att producera och leverera olika former av grafenmaterial (varierande i renhet, kemisk funktionalisering och antal lager) för studien. SHT har rollen att koordinera och använda Talgas grafen för att producera olika termiska gränssnittsprodukter för elektronikkylningstillämpningar. Chalmers tekniska högskola bidrar till mikrostrukturell och termisk karakterisering och analys av grafenmaterial och av SHT TIM. Projektet syftar också till att hitta och bilda ett starkt intressentnätverk bland slutanvändarna för fortsatt forskningsarbete för ett större projekt om positiva resultat erhålls. Strategiska projekt 2022
-
Färdplan bioteknik & 2D-material
RISE, Chalmers Industriteknik
Karin Persson, RISE Augusti 2022 - mars 2023 Syfte och mål Projektets mål är att ta fram en färdplan för SIO Grafens styrkeområde Bioteknik, med färdplanen som en […]Syfte och mål
Projektets mål är att ta fram en färdplan för SIO Grafens styrkeområde Bioteknik, med färdplanen som en integrerad del i den nya "Innovationsagenda Grafen och 2D-material" samt kopplad till SIO Grafens effektlogik. I och med genomförandet av projektet kommer alla SIO Grafens sex styrkeområden ha en färdplan.Förväntade effekter och resultat
Projektet förväntas producera en förankrad färdplan för styrkeområde Bioteknik som ger förutsättningar för att ytterligare stärka området och bidra till att utveckla det svenska ekosystemet för 2D-material.Planerat upplägg och genomförande
Val av projektledare- Utlysning av projektledarskapet (augusti 2022)
- Utvärdering av inkomna ansökningar (september 2022)
- Nulägesanalys aktörer och aktivitet
- Vision och mål
- Förslag på aktiviteter
-
Förstudie Hållbarhetsanalys av Grafen
IVL Svenska Miljöinstitutet, RISE
Tomas Rydberg, IVL Svenska Miljöinstitutet November 2022 - maj 2023 Syfte och mål Syftet och målet med förstudien är att tillsammans med tillverkare lägga grunden för ett mer ingående arbete […]Syfte och mål
Syftet och målet med förstudien är att tillsammans med tillverkare lägga grunden för ett mer ingående arbete kring hållbarhetsfrågor och metoder baserat på inhemska förhållanden.Förväntade effekter och resultat
Förbättrad förståelse för hållbarhetsaspekter cradle-to-gate hjälper de enskilda företagen att göra sin produktion och sina material mer ekologiskt, socialt och ekonomiskt hållbar. Detta bidrar till att göra företagen mer attraktiva för investerare och styrka deras konkurrenskraft internationelltPlanerat upplägg och genomförande
Projektet består av sex delaktiviteter:- Litteraturgenomgång hållbarhets analyser för grafen.
- Workshop 1, Schematisk mappning cradle-to-grave tillsammans med tillverkarna, för utvalda tillämpningar;
- Workshop 2, typ Open Space, för att välja tillämpningar och utförligt diskutera hållbarhetsaspekter:
- Gap-analys m a p behov av hållbarhetsanalyser och kunskap för olika tillämpningar.
- Workshop 3, Återkoppling med företag för att presentera och förfina gap-analysen.
- Avrapportering, bildande av konsortium och författande av huvudprojektansökan.
-
Fortsättning: 2D graduate network
Linköpings universitet, Chalmers, Luleå tekniska universitet
Jens Ericsson, Linköpings universitet December 2022 - december 2023 Syfte och mål Syftet är att fortsätta arbetet med det nationella nätverk för yngre forskare inom 2D-material som inleddes med […]Syfte och mål
Syftet är att fortsätta arbetet med det nationella nätverk för yngre forskare inom 2D-material som inleddes med en förstudie november 2021 till oktober 2022. I förstudien undersöktes behov och lämpligt format för ett sådant nationellt nätverk. Initiativet har fått positivt gehör från både deltagande yngre forskare och seniorer inom akademi och industri vilket tyder på att det finns intresse och behov. I och med detta projekt konsolideras nätverket.Förväntade effekter och resultat
Det är strategiskt viktigt för Sverige att värna om unga forskare. Ett aktivt nätverk inom ett gemensamt område skapar möjligheter till tvärvetenskapliga utbyten och samarbeten, som på så sett breddar involverade yngre forskares perspektiv och potential och därmed bidrar till hållbar utveckling av Svensk grafeninnovation. Genom utbyten mellan unga forskare kan grupperingar inom både akademi och industri länkas via projekt som föds från interaktion inom nätverket. Vid slutet av 2023 siktar vi på att ha fler än 10 involverade lärosäten och fler än 40 medlemmar i nätverket.Planerat upplägg och genomförande
Projektet handlar om kunskapsspridning, utbyte av idéer, och att konsolidera en nationell struktur som främjer samverkan mellan unga forskare gentemot grafeninnovation. Vi organiserar månatliga digitala möten och en årlig workshop där unga forskare lär sig om varandras brett spridda projekt inom området, samt utforskar synergier. Inom nätverket möter yngre forskare aktiva inom 2D-material i Sverige även industri och kan bekanta sig med industriella intressen och hinder inom 2D-material. 2023 ordnas en tvådagarskurs med fokus på svensk grafeninfrastruktur. -
Industriella introduktionskurser 2D-material
Chalmers Industriteknik med stöd av ytterligare parter från SIO Grafens ekosystem
Johan Ek Weis, Chalmers Industriteknik Juni 2022 - april 2023 Syfte och mål Det finns många möjligheter att skapa bättre och helt nya produkter med grafen och andra 2D-material. Även […]Syfte och mål
Det finns många möjligheter att skapa bättre och helt nya produkter med grafen och andra 2D-material. Även om många nu har arbetat med materialen i Sverige så kan kännedomen om möjligheterna och kunskapen om materialen förbättras. Syftet med det här projektet är att ta fram industriella introduktionskurser om 2D-material för att underlätta för fler personer att lära sig och inspireras för att sedan kunna ta fram nya innovationer.Förväntade effekter och resultat
Eftersom fler kommer få möjlighet att lära sig om 2D-material och deras potential förväntar vi oss att projektet på sikt kommer leda till att fler personer och organisationer engagerar sig i området och undersöker sina möjligheter till nya innovationer.Planerat upplägg och genomförande
Flera korta kursmoduler inom olika områden kommer tas fram. Dessa kommer sedan vara tillgängliga online för intresserade parter att titta på när de vill. -
Utvärdering av metoder för att mäta grafen i luft
Sahlgrenska universitetssjukhuset, Chalmers Industriteknik
Håkan Tinnerberg, Sahlgrenska universitetssjukhuset November 2022 - november 2023 Syfte och mål Målet med projektet är att ta fram data för att utvärdera hur befintliga tekniker för partikelmätning fungerar […]Syfte och mål
Målet med projektet är att ta fram data för att utvärdera hur befintliga tekniker för partikelmätning fungerar (eller inte) för att monitorera olika former av grafen i luft. Det övergripande syftet är att göra det möjligt att ta fram underlag för riskbedömning av grafen i arbetsmiljön.Förväntade effekter och resultat
Att frågetecken om hur man arbetar arbetsmiljösäkert med grafen har visat sig vara ett hinder för utökande av grafen-användning har konstaterats i flera rapporter från SIO Grafen. Det har också utlysts speciella medel för att arbeta med arbetsmiljöaspekter inom området. När vi bättre kan mäta och bedöma exponeringen så är det också lättare att från början designa framtida användningsscenarion på ett arbetsmiljösäkert sätt.Planerat upplägg och genomförande
Tillsammans med SIO Grafen, Chalmers Industriteknik och Chalmers diskuteras vilka grafenmaterial som ska undersökas på ett aerosollaboratorium i Tyskland. Vi aerosoliserar upp till 8 olika grafen-material och mäter med olika tillgängliga partikelinstrument. När projektet är slut så kommer vi veta vilket eller vilka instrument som är lämpliga för att använda för att monitorera grafenmaterial i luft. Vi kommer också att veta eventuella mätfel som dessa instrument kan ge för att därifrån kunna förstå exponering och eventuell risk vid yrkesmässig exponering för grafen. Samverkan kring kommersiella tillämpningar med grafen, 2021
-
Bildanalys av grafen genom maskininlärning
Chalmers Industriteknik, 2D fab, Chalmers, Grafren
Lilei Ye, Chalmers Industriteknik Mars - november 2022 Sammanfattning Vi strävar efter att tillhandahålla en allmän karakteriseringsteknik som är lämpad för stor skala, med låg kostnad och som […] Sammanfattning Vi strävar efter att tillhandahålla en allmän karakteriseringsteknik som är lämpad för stor skala, med låg kostnad och som möjliggör noggrann och kvantitativ utvärdering av grafenflagor. Detta kommer att uppnås genom att kombinera det senaste automatiserade optiska mikroskopet och metoder för maskininlärning. Grafen har en enorm potential i många tillämpningar, men innan grafen kan uppfylla denna potential måste storskaliga och reproducerbara produktionsprocesser utvecklas. Grafenflagor står i dag för den stora majoriteten (> 85 % enligt olika marknadsanalyser) av marknaden. De används ofta som förstärkningsmaterial i kompositer, batterier, beläggning och filter. Svenska leverantörer av grafenflagor arbetar hårt för att skala upp sin produktionsvolym. En viktig lucka är avsaknaden av in-line karakteriseringsmetoder för kontroll av produktionsprocesser och kvalitet med hjälp av labbinstrument som fungerar i stor skala och med låg kostnad. I detta projekt kommer vi att tackla denna utmaning genom att använda det automatiserade optiska mikroskopet och maskininlärning för att analysera grafenflagorsmorfologi. En sådan metod är mycket önskvärd för producenter av grafenflagor eftersom det kan öka kvalitetskontrollen av volymproduktionen. Detta förstudieprojekt omfattar litteraturundersökning, bildinsamling med automatiserat optiskt mikroskop och bildanalys med korrekta algoritmer för bearbetningsinlärning. Slutligen kommer resultaten att utvärderas för framtida utvecklingsinriktning och industriella tillämpningar. -
Cementbaserad grafenförstärkt ytbeläggning med bornitrid 2.0
Lanark, Akademiska Hus, Chalmers, RISE och SHT Smart High-Tech
Lars Nilsson, Lanark februari 2022 - februari 2023 Sammanfattning Bornitrid (hBN) har nyligen väckt stort intresse hos forskare på grund av dess unika fördelar – hög mekanisk hållfasthet, […] Sammanfattning Bornitrid (hBN) har nyligen väckt stort intresse hos forskare på grund av dess unika fördelar - hög mekanisk hållfasthet, stor yta per volymenhet och sammanlänkade struktur. Dessa egenskaper bidrar till att förbättra olika egenskaper såsom vidhäftning, elasticitet och draghållfasthet. Den genomförda genomförbarhetsstudien av förstärkt cementbaserad ytbeläggning har visat att funktionaliserad hexagonal bornitrid eller tillsats av "vit grafen"ger ytbeläggningen likvärdiga flytbarhets- och böjningsegenskaper, bättre vidhäftning och bättre motståndskraft mot kloridinträngning samt utan missfärgning. Som en fortsättning på projektet är syftet med detta projekt att ytterligare förbättra den kemiska sammansättningen och strukturen hos hexagonal bornitrid. Syftet är också att demonstrera möjligheten att använda storskalig tillverkning för tillämpningar av hBN-förstärkta 2D-material i cementbaserade ytbeläggningar för bygg-, byggnads-och väggmålningsapplikationer i större skala i en verklig byggnadsmiljö. Dessutom kommer vi att jämföra vår produkt med befintliga kommersiella färgsystem. Lanark är projekt-och kommersialiseringskoordinator för användningen av slutprodukten i byggbranschen. SHT Smart High-Tech är tillverkare av storskalig hBN. Chalmers kommer att göra den mikrostrukturella kemiska och mekaniska karakteriseringen av hBN. RISE tillhandahåller den erforderliga testningen av slutprodukten samt jämförelsen med en befintlig kommersiell produkt. Skanska och Akademiska Hus deltar aktivt i planeringen och utvärderingen av hBN och projektet för att säkerställa de rätta förutsättningarna för tillämpning i en långsiktig användning inom ramen för ett demonstrationsprojekt. -
Dioxinsensor till låg kostnad
Linköpings universitet, Envic-Sense
Jens Eriksson, Linköpings universitet mars - augusti 2022 Dioxiner är en grupp extremt toxiska och svårnedbrytbara ämnen. Tillåtna nivåer är 0,1-0,5 ng/l vatten, EU. De lagras i fettvävnad […] Dioxiner är en grupp extremt toxiska och svårnedbrytbara ämnen. Tillåtna nivåer är 0,1-0,5 ng/l vatten, EU. De lagras i fettvävnad hos organismer och anrikas genom näringskedjan. Dioxin bildas vid ofullständig förbränning. Det är angeläget att kraftvärmeverk körs vid så hög verkningsgrad som möjligt. Idag mäts CO-halt som mått på ofullständig förbränning. Ett sätt att optimera verkningsgraden och samtidigt minska utsläpp av miljögifter som dioxiner är att mäta halten av dioxin. Detta görs inte idag då billiga och kontinuerliga mätmetoder saknas. Tidigare har Linköpings universitet i en mindre studie stöttad av SIO Grafen framgångsrikt visat att det är fullt möjligt att detektera dioxin med en sensor baserad på epitaxiell grafen, högren enkristallgrafen på kiselkarbid. Denna genomförbarhetsstudie syftar till att utröna om den av Linköpings universitet utvecklade dioxinsensorn är möjlig att utveckla och använda i ett mätinstrument. Vid ett lyckat projekt kommer vi att ha visat grafens unika möjligheter att kunna användas i billiga, extremt känsliga sensorer för effektivare förbränning och energiutvinning. Syftet med denna genomförbarhetsstudie är att uppnå TRL 3 ”konceptvalidering”. Vi ska ha genomfört en bedömning av kostnader för en färdigutvecklad produkt och dess marknadsmässiga potential, identifierat nödvändiga aktörer för att kunna ta fler steg i värdekedjan samt etablerat samverkan med ytterligare en eller två parter. -
Elektriskt ledande kompositmaterial för additiv tillverkning med pulverbädd
Mittuniversitetet, 2D fab, Wematter
Henrik Andersson, Mittuniversitetet April 2022 - juni 2024 Sammanfattning Industriell tillverkning med ”Additive Manufacturing” (AM) växer snabbt och genom att utveckla ett elektriskt ledande material med hjälp av […]Sammanfattning
Industriell tillverkning med "Additive Manufacturing" (AM) växer snabbt och genom att utveckla ett elektriskt ledande material med hjälp av grafen kommer företag att få en fördel inom produktutveckling och produktion. Målet är att utveckla ett sådant material med hjälp av grafen. Vi kommer att använda oss av "Powder Bed Fusion", AM-teknologin som är den dominerande på den industriella marknaden. Grafen är ett utmärkt materialval för kompositmaterialet då det är gynnsamt och miljövänligt material med en hög elektrisk ledningsförmåga. Forskningsfrågorna som kommer att besvaras i projektet är:- Hur man funktionaliserar grafenmaterialet för att förbättra smältblandningen.
- Hur man uppnår pulverflytbarhet för att få ett material som är lämpligt att använda i AM-maskinerna.
- För att hitta den elektriska perkolationströskeln kommer detta i form av grafenfyllning.
- Att undersöka hur man selektivt gör GO ledande med laserbearbetning i AM-maskinen.
- För att ta reda på vilken elektrisk konduktans som kan uppnås med bibehållen materialstyrka.
-
Fiberoptik med grafen
RISE, Fibercore och Höganäs
Åsa Claesson, RISE februari - oktober 2022 Nanokompositer med grafen och andra 2D-material i polymerer har, när de används som ytbeläggningsmaterial, visat sig kunna ge exceptionella mekaniska, […] Nanokompositer med grafen och andra 2D-material i polymerer har, när de används som ytbeläggningsmaterial, visat sig kunna ge exceptionella mekaniska, elektriska och termiska egenskaper. Hög elektrisk och termisk ledningsförmåga och förbättrad mekanisk prestanda är två egenskaper som potentiellt kan vara relevanta när de används på optiska fibrer. I detta projekt kommer vi applicera nanokomposit-beläggningar på optisk fiber, undersöka hur beläggningens egenskaper kan möjliggöra nya sensorkoncept eller förbättrad prestanda i några valda användningsområden, samt bedöma den kommersiella potentialen för de identifierade tillämpningarna. Ett lyckat projekt skulle lägga grunden till nya, innovativa produkter inom fotonik, möjliggjorda av grafen eller andra 2D-material. Kanske ännu viktigare är att projektet indirekt kommer att möjliggöra nya lösningar inom industrin när fibersensorer kan användas i ett bredare spektrum av applikationer. Båda dessa möjliga resultat bidrar till att stärka effekten av det svenska grafen-ekosystemet. -
GAIA – Grafenapplikation i industriell anläggning
Chalmers Industriteknik, Chalmers Tekniska Högskola, LayerOne, Provexa Technology, Provexa Ytbehandling, RISE IVF
Sofia Öiseth, Chalmers Industriteknik Mars 2022 - mars 2025 Sammanfattning Tänk om det fanns möjlighet att enkelt kunna visa industrin vad ytbehandling med tillsatt grafen kan göra för deras […] Sammanfattning Tänk om det fanns möjlighet att enkelt kunna visa industrin vad ytbehandling med tillsatt grafen kan göra för deras produkt? Tänk om det gick att göra realistiska körningar i liten skala? Med en flexibel pilotanläggning för elektrolytisk ytbeläggning skulle nya tillämpningar enkelt kunna visas och prövas. Inget förklarar en process eller produkts förträfflighet bättre än en bra demonstrator. Syftet med projektet är att bygga och driftsätta en flexibel pilotanläggning med möjlighet till produktion i mindre skala av någon eller några av de grafenbaserade processer Provexa Technology för närvarande utvecklar. Däri ingår att överbrygga de utmaningar som finns vid uppskalning, kontinuerlig drift och underhåll av en kemisk process. Det skulle också ge förutsättningarna för engagerad utvärdering och dialog med potentiella kunder, vilket ger underlag till en affärsmodell för ytterligare uppskalning. Tillsats av grafen i ytbehandlingar baserade på metall eller polymer utförs för att uppnå förbättrade egenskaper rörande elektrisk ledningsförmåga, korrosionsskydd eller mekaniska egenskaper. Efterfrågan på bättre lösningar för ledande korrosionsskydd finns redan i t.ex. fordons- och batteribranschen. Elektrifieringstrenden kommer leda till att denna efterfrågan tilltar ytterligare. I projektet ingår två forskningsdelar; utveckling av metoder för att kunna mäta grafenhalt i produktionsbad, och funktionalisering av grafen för specifika tillämpningar. Konstruerandet av pilotanläggningen innefattar projektering, installation och affärsutveckling. Produkt- och processverifiering är andra aktiviteter, samt kommunikation av projektets framåtskridande till grafenaktörer och adekvat industri. ➡️ Läs pressmeddelandet om projektet här! -
GrafCoat 2: Grafenbaserad extrusionsbeläggning för kartong
RISE Innventia, 2D fab, Holmen Iggesund Paperboard, RISE
Andreas Fall, RISE april - november 2022 Sammanfattning Målsättning med projektet är resurseffektivt nyttjande av grafen inom biobaserade extrusionsbeläggningar på kartong för användning inom livsmedelsförpackningar. Tillsatsen av […] Sammanfattning Målsättning med projektet är resurseffektivt nyttjande av grafen inom biobaserade extrusionsbeläggningar på kartong för användning inom livsmedelsförpackningar. Tillsatsen av grafen är ansedd att förbättra egenskaperna hos beläggningensbarriären med det långsiktigamålet att kunna konkurrera och byta ut dagens fossilbaserade beläggningar. Detta skulle bidra till Sveriges målsättning om att vara ett av världens ledande länder inom omställningen till en biobaserad ekonomi. I det pågående projektet GrafCoat-1 har tensidfria grafen-termoplastiskstärkelse kompositer tillverkats och värmepressats till filmer. Resultaten visar att grafentillsatsen förbättrar barriäregenskaperna hos materialet, vilket verifierar GrafCoat-konceptet. Dock är förbättringen av grafenet mindre än förväntat, varvid vi önskar fortsätta att utveckla konceptet i GrafCoat-2. Dessutom var de framtagna kompositerna spröda och svåra att värmepressa till tunna filmer, vilket också avses att optimeras i GrafCoat-2. Minskad sprödhet skulle inte bara förbättra processbarheten utan pressning till tunnare filmer skulle även ge ett mer homogent material samt förmodligen även en högre grafenorientering. Båda skulle förbättra materialets barriäregenskaper. I GrafCoat-2 kommer vi också att studera och optimera vidhäftningen av filmerna till kartong, samt utvärdera egenskaperna för kartong som har laminerats med grafenbiopolymer-filmerna. Om de laminerade kartongproverna ger lovande resultat ämnar konsortiet att söka en fortsättning på GrafCoat för att utföra pilottester i Holmensfaciliteter med deras pilot-extrusionsbeläggare. -
Grafen i hållbara limmer för förnyelsebara material
2D fab, BIM Kemi, DS Smith, Ikea, SCA, Sveriges lantbruksuniversitet och Tetra Pak
Britta Andres, 2D fab April 2022 - september 2024 Hållbarhet är en allt viktigare konkurrensfaktor och företag upplever starka krav på att övergå till hållbara material. I många produkter […] Hållbarhet är en allt viktigare konkurrensfaktor och företag upplever starka krav på att övergå till hållbara material. I många produkter används olika typer av limmer och hårdare krav vid användning av skadliga fossilbaserade limmer driver innovationsutvecklingen mot biobaserade limmer. Biobaserade limmer som förbättras med grafen har förutsättningar att förbättra egenskaperna vilket gör att de kan ersätta fossilbaserade limmer. Målet med projektet är att med grafen utveckla förnyelsebara limmer till förpackningar, sugrör och träpaneler till möbler som verifieras i operativ miljö. Syftet är att ta tillvara den potential som finns för att använda grafen i limmer för hållbara material. I projektet kommer stärkelse- och cellolusabaserade limmer utvecklas till demonstratorerna. Resultat från att blanda 2D fabs grafen med stärkelsebaserat lim har visat på mycket goda förbättrade mekaniska egenskaper och möjliggjort att produktionen av wellpapp kan köras 30 % snabbare samt med lägre tryck och lägre temperatur vilket minskat energiförbrukningen. De positiva resultaten innefattar: • Limfogen stärks • Limmet torkar snabbare • Mindre lim behöver användas • Fukthalten i kartongen eller papperet reduceras Dessa resultat har verifierats i operativ produktion i fabriker som tillverkar wellpapp tillverkad av returpapper. I projektet kommer hela värdekedjan från råvara till slutprodukt att ingå för att säkerställa gemensamt kunskapsutbyte och goda förutsättningar för utveckling av demonstratorerna. Hållbar limning av cellolusabaserade material är av stor relevans för den svenska industrin eftersom företagen efterfrågar förbättrade materialegenskaper, ökad produktivitet och ökad hållbarhet. -
Grafenbaserat additiv för resurseffektiv, stark och frostbeständig betong
HIPOR Materials, 2D fab, GRAFOAM, Gunnar Prefab, RISE, SweRock
Farid Akhtar, HIPOR Materials April 2022 – mars 2025 Sammanfattning Med avstamp från tre tidigare förstudier vill vi nu skala upp tillverkning av ett nytt grafenbaserat additiv för betongindustrin. […]Sammanfattning
Med avstamp från tre tidigare förstudier vill vi nu skala upp tillverkning av ett nytt grafenbaserat additiv för betongindustrin. Additivet har en potential att stärka betongen samt göra den frostbeständig med signifikant lägre tillsats av cement. Additivet, innehållande grafen, har också potential att stärka frostskyddet för recept där svensk cement till del byts ut mot importerad cement, flygaska eller slagg. Den här nya och helt unika teknologin kommer vara en viktig del i Sveriges utmaning att klara cementförsörjningen framåt. Demonstratorprojektet kommer också verifiera tidigare labbresultat i fullskaliga fältstudier. Projektet kommer i samarbete med industrin att genomföra ett antal större delprojekt i vilka det nya additivet kommer att användas i betongtillverkningen. Den tillverkade betongen kommer utvärderas med avseende på styrka, sprickbenägenhet och frostbeständighet. Även en livscykelanalys kommer att genomföras. Varje delprojekt kommer att redovisa projektresultat även ur en hållbarhetsaspekt, med cement- och koldioxidreduktion i fokus. Projektets konstellation är designad för vidareutveckling, uppskalning och tillverkning av tillsatsmedlet, samt tillverkning och utvärdering av betong tillsammans med betongproducenter och beställare i olika delprojekt. Projektet kommer starkt bidra till att vi kan nå målen i Agenda 2030, särskilt målen för minskat resursutnyttjande och reducerade utsläpp av koldioxid. Det yttersta målet med projektet är att ta ny grafenbaserad teknologi från labb- och pilotskala till uppskalad tillverkning och nytta för svensk industri. -
Grafenkamouflage med avancerad vikt och funktionella egenskaper (G-CAM)
Saab Barracuda, Engtex och Grafren
Johan Jersblad, Saab Barracuda mars 2022 - februari 2025 Sammanfattning Elektriskt ledande textilier är av stor betydelse i flygindustri, energi och försvar. Vikt är en avgörande egenskap för prestanda […] Sammanfattning Elektriskt ledande textilier är av stor betydelse i flygindustri, energi och försvar. Vikt är en avgörande egenskap för prestanda av system, komponenter och element. Traditionella metallkomponenter är välkända ledare, men de är tunga, stela och korrosionskänsliga, vilket gör dem svåranvända och ibland till och med förbjudna i visa tillämpningar. Däremot kan tvådimensionella kolstrukturer erbjuda överlägsen ledningsförmåga. De är lätta, starka och kemiskt stabila. Grafren har nyligen utvecklat en unik process för grafenbeläggning av textil bestående av enbart grafen och vatten (inget bindemedel), vilket gör det möjligt att belägga textil och kontrollera ytresistansen i ett brett område från 10 MOhm/ruta till 100 Ohm/ruta till rekordlåga nivåer av 2-4 gram per kvadratmeter textil. I tidigare projekt har Saab Barracuda tillsammans med Grafren genomfört en realiserbarhetsstudie och bekräftat i laboratorium att grafenbelagd textil har potential för att användas som radarabsorbent (TRL4). I detta projektet kommer vi att tillverka mindre prototyper och verifiera teknologin i en relevant omgivning (TRL6), genomföra de nödvändiga karakteriseringarna av prototypen som ett system och till slut tillverka en fullskaleprototyp av ett kamouflagenät, baserat på grafen, och demonstrera dess prestanda i en typisk operativ miljö (TRL7). -
Integration av 2D-material för högvolymstillverkning av halvledare
In2great Materials, AMO GmbH, KTH Royal Institute of Technology
Arne Quellmalz, In2great Materials April 2022 - mars 2025 Sammanfattning Tvådimensionella material (2D-material) med en tjocklek på ett fåtal atomer har förutsättningar för att revolutionera viktiga tillämpningsområden inom sensorteknik, […] Sammanfattning Tvådimensionella material (2D-material) med en tjocklek på ett fåtal atomer har förutsättningar för att revolutionera viktiga tillämpningsområden inom sensorteknik, fotonik och elektronik. I dag saknas dock bra tekniker för att integrera materialet i storskalig produktion i halvledarfabriker. Utan en sådan teknik kommer 2D-material inte att användas utanför akademin och därmed inte kunna leverera på sin stora potential. Vår teknik utgör en lovande lösning på detta problem eftersom den endast utnyttjar utrustning och processer som redan finns tillgängliga i halvledarfabriker. Vår bedömning är att nyttjandet av existerande tillverkningsverktyg och deras leveranskedjor är en förutsättning för att den pris-och riskkänsliga halvledarindustrin ska anamma en integrationsmetod för 2D-material. Målet med projektet är att utveckla och verifiera vår teknik för integration av 2D-material med konventionella halvledarsubstrat till den grad som krävs för produktionslinjer i halvledarfabriker. I ett längre perspektivär aktiviteterna i projektet viktiga steg mot tillämpning av 2D-material i funktionella komponenter, optoelektronik och logikkretsar–innovationer som kommer att vara av strategisk betydelse för svenska teknikföretag i framtiden. -
Ny grafenförstärkt kylteknik för 5G-tillämpningar
SHT Smart High-Tech, Huawei Technologies Sweden, KTH
Murali Murugesan, SHT Smart High-Tech Mars 2022 - augusti 2023 Sammanfattning IKT-systemen fortsätter att bli mer kompakta, mer funktionella och kraftfullare. Detta leder till högre värmeflöden och gör det svårare […] Sammanfattning IKT-systemen fortsätter att bli mer kompakta, mer funktionella och kraftfullare. Detta leder till högre värmeflöden och gör det svårare att hålla temperaturen på optimal nivå under drift. Målet med projektet är att utveckla och verifiera effektiviteten av grafenförstärkt kylningsteknik med grafenbelagda skumbaserade vekstrukturer för tillämpningar av ICT 5G trådlösa radioprodukter. Grafenskummet är designadt och tillverkadt via patenterad teknologi som kan erbjuda extremt stort ytvolymförhållande för effektiv värmeöverföring. Målet är att öka och förbättra kylprestandan med en faktor på 50 % när det gäller sänkning av korsningstemperaturen. Den föreslagna tekniken ger en stor potential att minska energiförbrukningen samtidigt som den bibehåller samma prestanda och på så sätt bidrar till ett hållbart samhälle. Om det lyckas kommer detta projekt att ha en enorm inverkan på mängden grafenmaterial som används och på energiförbrukningsaspekten. Detta förslag involverar Huawei Technologies Sweden, Kungliga Tekniska Högskolan och SHT Smart High-Tech (SHT). SHT kommer att vara projektkoordinator och ansvara för övergripande förvaltning, design, tillverkning och karakterisering av de grafenskumförstärkta vekstrukturerna med överlägsen värmeledningsförmåga och kompressibilitet och dess bindningsprocesser till substratet såväl som den övergripande mikrostrukturen och mekaniska karakteriseringen. KTH kommer att fokusera på termisk karakterisering baserat på deras unika tre-omega-teknologi. Huawei kommer att ansvara för generell prestandaspecifikation, testuppsättningsdesign och ge idéer och riktlinjer för testning och utföra systemnivåkarakterisering. Detta projekt är ett 18 månader långt innovationsprojekt som startar 2022-03-01. -
Slagtåliga kompositmaterial (HIR-Comp)
RISE, Grafren, Linköpings universitet och POC Sports
Mats Bergvall, RISE mars 2022 - februari 2023 Sammanfattning Skyddsutrustning för sport är ett område som är mycket känsligt för vikt och mekanisk prestanda hos de använda materialen. […] Sammanfattning Skyddsutrustning för sport är ett område som är mycket känsligt för vikt och mekanisk prestanda hos de använda materialen. Även en liten förbättring av prestanda och viktreduktion kan vara avgörande, inte bara för bättre idrottsprestationer, utan också avgörande för idrottarnas säkerhet eller till och med överlevnad. För vintersport är hjälmen en grundläggande skyddsenhet som vanligtvis utsätts för planerad såväl som oväntad mekanisk påverkan. I detta projekt kommer vi att studera lämpligheten för nya kompositmaterial med förbättrad slaghållfasthet / minskad vikt för användning i hjälmtillverkning. Detta kommer att realiseras via nanointegration av grafen i glasfibermaterialet: på grund av den innovativa metoden för grafenbeläggning där fibrerna i materialet beläggs med små kvantiteter grafen, har påvisats dessa kan absorbera och sprida slagkraftenergi. Ett antal prover kommer att förberedas och testas och resultaten kommer att utvärderas med avseende på deras kommersiella potential för sportapplikationer, men även med tanke på andra industrisegment, såsom transport, rymd och flyg. Resultatet av detta projekt ämnar bli en tydlig plan för ytterligare FoU -projekt för vidare idéutveckling till en kommersiell produkt, med en klar inriktning mot ytterligare industrisegment och aktörer där lösningen kan introduceras inom en snar framtid. -
Validering av demonstrator för vattenkraft
Luleå tekniska universitet, Fortum, Skellefteå Kraft, Statkraft, Sustainalube, Trelleborg och Vattenfall
Nazanin Emami, Luleå tekniska universitet april 2022 - mars 2025 Självsmörjande, nötningsbeständiga kompositlager med grafen och 2D-material Sammanfattning Syftet med projektet är att tillverka och validera semi-industriell prototyper av nyutvecklade […]Självsmörjande, nötningsbeständiga kompositlager med grafen och 2D-material
SammanfattningSyftet med projektet är att tillverka och validera semi-industriell prototyper av nyutvecklade självsmörjande lager med grafen- och 2D-material för vattenkraftsmaskiner. För Kaplanturbiner är det viktigt med design för minimal oljeläckagerisk och bra långtidsfunktion - flera decennier. Rörliga mekanismer i Kaplanturbiners löphjul har lager vars friktions- och nötningsegenskaper samt lastbärande förmåga är av central betydelse för långtidsfunktion, tidigare forskningsresultat indikerar att implementering av grafen- och 2D-material kan förbättra dessa egenskaper markant. Förbättrade egenskaper hos lagren ger ökad livslängd på både lager och övrig mekanism, vilket är miljövänligt och sparar pengar. Det ger i slutändan en säkring av konkurrenskraften med en oljeläckagesäker design som kan börja ta större marknadsandelar även utanför Norden.
Nya grafen-baserad polymer kompositer med olika grafen- och 2D-material kommer att valideras i en specialdesignad tribometer med platta mot platta-kontakt för att utse bästa kandidaten för tillverkning av slutlig prototyp av testlager. All tillverkning av lager- och testmaterial med grafen- och 2D- material kommer ske hos lagertillverkare, något som ger en bra kompetensöverföring från forskning till industri.
Testförhållanden kommer att utformas tillsammans med slutanvändare och leverantörer. Valda grafen-baserad lager kommer provas och jämföras andra kommersiella lager. Projektets parter gör att positiva testresultat kommer att medföra en effektiv introduktion av grafen till lagermarknaden.
-
Verifiering av långtidsegenskaper hos grafenbaserade textiltrycksensorer
RISE IVF, Grafren
Ting Yang Nilsson, RISE Februari 2022 - februari 2023 Sammanfattning Detta projekt syftar till att undersöka potentialen hos grafenbaserade textila trycksensorer i ett antal utvalda produkter inklusive sjukhusmadrasser, rullstolsdynor och […]Sammanfattning
Detta projekt syftar till att undersöka potentialen hos grafenbaserade textila trycksensorer i ett antal utvalda produkter inklusive sjukhusmadrasser, rullstolsdynor och olika möbler och relaterade tillbehör. Förmågan hos dessa typer av produkter att erbjuda en gynnsam tryckfördelning är av stor betydelse, både ur ett komfort- och hälsoperspektiv. Genom att övervaka trycket mellan en användare och kontaktytan kan skadliga och/eller okomfortabla tryckförhållanden lättare upptäckas och förhindras (t.ex. genom att byta ut produkten till en mer lämplig eller initiera en positionsändring). Sådana funktioner ger därför stora potentiella fördelar, både för användaren (hälsa och komfort) och producenterna (konkurrensmässiga och därmed kommersiella fördelar). Grafenbaserade sensorer erbjuder flera fördelar jämfört med alternativa sensormaterial inklusive stor designflexibilitet, kostnadseffektivitet och miljövänlighet. Innan sensorerna kan användas i verkliga tillämpningar måste dock deras egenskaper utvärderas ytterligare. I synnerhet måste noggrannhet och tillförlitlighet under lång tids användning kvantifieras i de avsedda tillämpningarna. Detta kommer att göras både i labbförhållanden och under verkliga användarförhållanden i de avsedda applikationsmiljöerna. En särskild projektuppgift är att hitta möjliga tillämpningar för olika nivåer av noggrannhet efter långvarig användning. Konsortiet består av: grafensensortillverkare, ett elektronikkonsultföretag, ett testinstitut och partners med produktapplikationer. Efter ett framgångsrikt projekt är planen att fortsätta utvecklingen av verkliga applikationer med integrerade sensorer, i ett efterföljande projekt. Hinder och utmaningar för grafeninnovationer, 2021
-
Hållbart kolalternativ för grafenproduktion (GRowUP)
Grafren, Chalmers, Chalmers Industriteknik
Sofia Öiseth, Chalmers Industriteknik November 2021 – juni 2022 Resultat Tänk om vi kunde göra grafen utan att använda orört fossilbaserat kol från grafitgruvor? Detta projekt adresserade utmaningen att […] Resultat Tänk om vi kunde göra grafen utan att använda orört fossilbaserat kol från grafitgruvor? Detta projekt adresserade utmaningen att få tillgång till icke-fossilbaserad råvara för grafenproduktion i en cirkulär ekonomi. Vi har undersökt möjligheten att använda uttjänta elektriska fordons (EV) batterier som en alternativ kolkälla för grafentillverkning. Projektet innefattade undersökningar av livscykeln för EV batterier, nuvarande återvinningsstrategier, tillgång på uttjänta batterier, tillgängligt kol, nödvändig teknik och intervjuer med potentiella framtida användare för att ta reda på krav och intresse. Genom att undersöka och sammanställa information från experter, litteratur, patent och intervjuer har vi dragit slutsatsen att det finns ett stort intresse och att idén har potential att realiseras. I nuläget hanteras grafitinnehållande material från EV batterier mestadels som avfall och bränns för återvinning av vissa metallkomponenter. En omställning till alternativa processer är dock möjlig och innebär även att fler ämnen kan tas till vara för återanvändning i nya produkter. Nästa steg är praktiska experiment för att undersöka egenskaperna och kvaliteten hos batterigrafen samt en livscykelbedömning av grafen som producerats av återvunnen jämfört med nybruten grafit. För att gå vidare vore det bra att även inkludera batteritillverkare och återvinningsbolag i framtida projekt. Informationen från projektet sammanställdes i en rapport som även inkluderar en hållbarhetsguide för grafenproducenter. En digital workshop för att sprida resultat och diskutera området genomfördes 24 maj med 35 deltagare. Vidare spreds informationen genom ett SIO Grafen webbinar (1 juni) och via anslag på sociala medier. ➡️ Läs pressmeddelande om projektet här! -
Standardisering, en väg för grafen till marknaden
Chalmers Industriteknik, Bright Day Graphene, Grafren, Graphensic, Graphmatech, LayerOne, RISE och Svenska institutet för standarder - SIS
Åsalie Hartmanis, Chalmers Industriteknik november 2021 – november 2023 Svenskt standardiseringsarbete kopplat till grafen har pågått i ett par år, men det är fortfarande väldigt få aktörer som aktivt […] Svenskt standardiseringsarbete kopplat till grafen har pågått i ett par år, men det är fortfarande väldigt få aktörer som aktivt deltar i arbetet. För att kunna påverka utvecklingen behöver Sverige ta en aktiv del i det internationella standardiseringsarbetet. Det överordnade målet med projektet är att undanröja ett av hindren för innovation för grafen och relaterade 2D-material genom att påverka, implementera och generera standarder baserat på grafenindustrins behov. Vi vill skapa förutsättningar för kvalitetssäkrad produktion av grafen och 2D-material I Sverige och Norden och därigenom stärka konkurrenskraften på den internationella marknaden. En bredare användning av standarder för kvalitetssäkring gör att användarna får det lättare att hitta rätt material och kvalitet för respektive tillämpningsområde. I projektet avser vi:- Öka engagemanget för standardisering ytterligare i hela grafens värdekedja
- Väsentligen bidra till det internationella arbetet genom att kommentera standardiseringsförslagoch skapa standardförslag utifrån de nationella prioriteringarna
- Stärka Sveriges påverkan på internationell standardisering inom ISO genom ökat samarbete med Graphene Flagship och inom Norden.
-
Testbädd – beläggning av grafenkompositer med ”rulle-till-rulle”-teknik
Mittuniversitetet, Mondi och UMV
Nicklas Blomquist, Mittuniversitetet november 2021 – november 2023 För att lyckas med övergången till ett fossilfritt samhälle, nå 100% förnybar elproduktion och uppnå målet för hållbar utveckling måste […] För att lyckas med övergången till ett fossilfritt samhälle, nå 100% förnybar elproduktion och uppnå målet för hållbar utveckling måste fokus läggas på gröna energimaterial och processer. Grafen och grafenkompositer är lovande material inom ett brett spektrum av energitillämpningar och betydande framsteg har gjorts inom forskningsområdet. Idag kan grafen produceras i vatten i stor skala med exfolieringsteknik och användas med biobaserade bindemedel i kompositer för t.ex. energilagringsapplikationer. På grund av materialets geometri och komplexa reologi är det dock utmanande att bestryka grafenkompositer i en konventionell roll-to-roll-process med tillräcklig skikttjocklek. Vi tror att många grafeninnovationer kommer att baseras på grafenkompositer bestrukna på stora ytor av en mängd olika substrat och för att kunna ta steget, från forskning i laboratorieskala till demonstration av pilotproduktion och sedan vidare till produkt- och produktutveckling, behövs en testbädd för bestrykning av grafenkompositer med storskaliga tekniker. Baserat på våra forskningsresultat från de senaste åren och tillsammans med pappersindustrin vill vi nu anpassa befintliga pilotanläggningar för pappersbestrykning till testbäddar för beläggning av grafen och grafenkompositer. Detta kommer att göras genom provbestrykningar, utveckling av bestrykningsutrustning, utvärdering och anpassning av substrat samt utveckling av karaktäriseringsmetoder för storskaligt bestrukna grafenkompositer. Testbädden kommer vara tillgänglig för alla och detta är ett viktigt steg för att göra grafen till ett svenskt styrkeområde och göra det möjligt för grafen att stödja övergången till ett hållbart samhälle. -
Underlätta vägen för grafenbaserad produktinnovation – översikt över testbäddar och infrastruktur
RISE, Linköpings universitet, MEVA Energi, Megger Sweden, Nordic Electronic Partners
Ting Yang, RISE november 2021 – november 2023 Detta projekt identifierar behovet av att kartlägga testbäddar och infrastrukturer i Sverige för att möjliggöra enklare åtkomst för företag i […] Detta projekt identifierar behovet av att kartlägga testbäddar och infrastrukturer i Sverige för att möjliggöra enklare åtkomst för företag i olika faser av grafeninnovation. Detta projekt identifierar också behovet av bredare utbildning inom grafenområdet och att utnyttja fallstudier från testbäddar för att inspirera företag med begränsad kunskap om grafen att nyttja materialet i sin innovation eller att göra om sina produkter och produktionsprocesser för en mer biobaserad cirkulär ekonomi. Projektet syftar till en testbäddsdatabas för anslutning till SIO Grafen programmet och RISE plattformen för att stödja sektorer som kan dra nytta av testbäddarna. Detta projekt avser även ge en öppen doktorandkurs vid Linköpings universitet för att förse doktorander och forskare med grafenkompetens bättre inblick i de industriella positionerna. Kursen är öppen för andra lärosäten och industrin i syfte att vidareutbilda R&D personal för grafeninnovation. Den resulterande databasen kommer att utgöra en referenspunkt för frågor som rör standardisering och arbetssäkerhet. Workshops/konferenser med studiebesök på utvalda testbäddar och demonstration av resultat från fallstudier i projektet kommer ytterligare stärka svensk industri och även internationella länkar i värdekedjan med en uppdaterad resurs som främjar synergistisk utveckling av grafeninnovation. -
Utveckling av metoder för exponerings- och riskbedömning för yrkesmässig hantering av material i grafenfamiljen
Sahlgrenska Universitetssjukhuset, 2D fab, Chalmers, Chalmers Industriteknik och Lunds Universitet
Håkan Tinnerberg, Sahlgrenska Universitetssjukhuset november 2021 – november 2023 Det finns idag en osäkerhet rörande riskbedömningar för hantering av grafen då data om hälsoeffekter och exponering är sparsam. Grafen […] Det finns idag en osäkerhet rörande riskbedömningar för hantering av grafen då data om hälsoeffekter och exponering är sparsam. Grafen har en biologisk effekt som är beroende både på form av grafen och på antalet kollager. Det saknas idag metoder för att mäta exponering. Alternativa generiska metoder för riskbedömning av nanomaterial finns tillgängligt som internetbaserade riskbedömningsverktyg, men dessa är inte fullt utvärderade. Syftet med projektet är att utveckla metoder för att kunna mäta exponeringen, kvantitativt och kvalitativt, för grafen i luft och på ytor och att utvärdera när och hur modelleringsverktygen kan användas. Väl karaktäriserad grafen (Raman, SEM och XPS; från Chalmers och 2D-fab)kommer att analyseras med ett termisk-optisk analysinstrument (TOA) där organiskt/elementärt kol (OC/EC) vaporiseras vid olika temperaturer. Med TOA-instrumentet förväntar vi oss att kunna styra när olika varianter av grafen vaporiseras, vilket ger möjlighet för kvantitativ och kvalitativ analys. Tidigare studier har visat att kolnanorör vaporiseras skilt från annat elementärt kol. Utifrån detta kommer vi utveckla metoder för att mäta grafen i luft och på ytor och dessa kommer att appliceras i två miljöer där grafen hanteras. Parallell provtagning i luft kommer att genomföras med andra tekniker för att utvärdera när de kan fungera som proxy för grafen-exponering vilket underlättar för företag att göra egna bra exponerings- och riskbedömningar. Vidare kommer vi att för de två miljöerna utvärdera riskbedömningsverktygen. Projektet kommer i att ge bättre underlag för riskbedömning för grafen vilket underlättar preventiva rekommendationer. Kommunikation från projektet kommer att ske löpande och via en avslutande workshop. Förberedelseprojekt, våren 2021
-
Förberedelse energilagring med porösa grafenstrukturer
Bright Day Graphene
Emma Angehed, Bright Day Graphene 12 juli – 15 december 2021 Resultat I detta projekt har vi sökt efter passande projektpartners för att vidareutveckla användandet av grönt grafen i energilagring. Vi […] Resultat I detta projekt har vi sökt efter passande projektpartners för att vidareutveckla användandet av grönt grafen i energilagring. Vi har tidigare gjort en genomförbarhetsstudie kring att skapa porösa grafenstrukturer för användning som elektrodmaterial i batterier och superkondensatorer. Målet med detta projekt var att skapa ett nytt projekt för att fortsätta utvecklingen av resultaten vi fått. Inom ramen för projektet har vi skapat en komplett projektbeskrivning för ett demonstratorprojekt tillsammans med de projektpartners som vi bildat ett projektkonsortium med. Projektkonsortiumet består utav Ligna Energy AB (LE), Bright Day Graphene AB (BDG) och RISE Bio and Organic Electronics. I genomförbarhetsstudien studerade vi hur våra porösa grafenstrukturer kunde användas både i superkondensatorer och i batterier och vi ville skapa ett projektkonsortium där vi kunde arbeta vidare med båda spåren. Initialt hade vi som mål att hitta två partners; ett batteriföretag och en superkondensatortillverkare att bilda projektkonsortium med, men eftersom Ligna Energy tillverkar både batterier och superkondensatorer så kan vi vidareutveckla båda spåren tillsammans med dem. Vi har också valt att fortsätta samarbeta med RISE Bio and Organic Electronics som vi har arbetat tillsammans med i genomförbarhetsstudien. Vårt samarbete hittills har fungerat mycket bra och de besitter kompetens och utrustning som är viktiga för projektet. Huvudmålet för det demonstratorprojektet som vi ansökt med i utlysningen, SIO Grafen: Samverkan kring kommersiella tillämpningar med grafen, är att vidareutveckla BDGs porösa grafen och använda det för att dema effektiva, miljövänliga, biobaserade batterier och superkondensatorer i ett system för IOT-Solceller. I förberedelseprojektet utfördes även en nyhetsgranskning kring de porösa grafenstrukturerna för att säkerställa att vi har Freedom to Operate. Nyhetsgranskningen visade att det finns mycket gjort på området och att vårt sätt att bygga porösa strukturer finns publicerat sedan tidigare. Slutsatsen blev därför att vi inte kommer kunna patentera detta, men att de publicerade artiklarna inom området ändå ger oss Freedom to Operate. Vi hade även som del av detta projekt att ta fram ett projektavtal. Det målet är ännu inte slutfört, men vi har påbörjat arbetet. Vi är mycket nöjda med projektet och bortsett från att projektavtalet inte hann bli helt klart är samtliga mål vi hade uppfyllda. Det finns en stor potential i våra porösa grafenstrukturer och i Ligna Energy har vi hittat en perfekt partner för att kunna kommersialisera batterier och superkondensatorer som blir både mer effektiva och mer hållbara. Ligna Energy och Bright Day Graphene har samma mål att använda lignin som en hållbar källa för att skapa grön energilagring med större andel hållbart material än de som finns på marknaden idag. -
Förberedelseprojekt inför GAIA – Grafen Applikation i Industriell Anläggning
Provexa Technology, Chalmers Industriteknik, Provexa AB, RISE
Anders Skalsky, Provexa Technology Augusti – december 2021 Resultat Projektet syftade till att göra en förstudie som underlag för en ansökan till Vinnova om att bygga en demonstratoranläggning […]Resultat
Projektet syftade till att göra en förstudie som underlag för en ansökan till Vinnova om att bygga en demonstratoranläggning för grafeninnehållande elektrodeponeringsprocesser, baserat på två pågående utvecklingsprojekt. Provexa Technology tog i detta arbete hjälp av RISE-IVF och Chalmers Industriteknik. Utmaningar och behov av kompetensförstärkning identifierades, vilket utmynnade i åtta arbetspaket i ansökan, inkluderande sex olika projektparter, samt en stark referensgrupp av potentiella kunder. Projektets huvudmål var att skaffa underlag för att skriva en väl underbyggd ansökan för ett demonstratorprojekt i Vinnovas decemberutlysning 2021 inom SIO grafen, vilket lyckades. En viktig insikt under projektet var att grafeninnehållande ytbeläggningar skulle kunna användas för elektromagnetisk skärmning för att skydda människor och elektronik från elektromagnetisk strålning. Genom det beviljade demonstrationsprojektet kommer Provexa Technology bygga upp en flexibel pilotanläggning för att möta de utmaningar uppskalning medför och snabbt komma i gång med mindre kommersiell produktion. Anläggningen beräknas vara i drift 2025. ➡️ Läs pressmeddelandet om projektet här! -
Grafen för resurseffektiva gummimaterial
2D fab, Pro&Pro
Magnus Larsson, 2D fab 1 augusti – 10 december 2021 Resultat Förberedelseprojektet har utvecklat värdekedjan från råvara till slutprodukt och återvinning samt analyserat marknadspotentialen för företagen för att använda grafen […]Resultat
Förberedelseprojektet har utvecklat värdekedjan från råvara till slutprodukt och återvinning samt analyserat marknadspotentialen för företagen för att använda grafen i tätningar och däck. Analysen visade att de bästa förutsättningarna för demonstratorprojektet är att fokusera på grafen i tätningar av EPDM gummi. Projektet visade också på ett stort mervärde med att även inkludera återvunna tätningar i demonstratorprojektet, där grafen kan användas för att uppnå de materialegenskaper som behövs för att tillverka nya tätningar. De uppsatta målen har uppnåtts. Ett starkt företagskonsortium bestående av 2D fab, Roxtec och EcoRub har etablerats till det kommande demonstratorprojektet med goda förutsättningar att utveckla en demonstrator i form av en gummitätning med grafen. Vår analys av marknaden visar på en mycket stor potential och volym för den valda tillämpningen för samtliga i värdekedjan. I projektet har även miljöaspekter studerats som visar på att grafen har möjlighet att bidra till ökad hållbarhet genom ökad resurseffektivitet och återvinning. En övergripande planering för det kommande demonstratorprojektet har också genomförts. En viktig insikt i projektet är att resultaten av att blanda in grafen i gummimaterial är mycket beroende av vilka gummimaterial som används och hur inblandningen görs. Detta var också en viktig faktor vid utvärderingen och val av inriktning på demonstratorprojektet. Bilden nedan visar grafen i gummimaterial vid bra inblandning där grafenet binder till gummimaterialet. Det finns goda förutsättningar att använda grafen i gummimaterial och det finns redan idag ett fåtal kommersiella nischade produkter där grafen ingår. I framtiden bedömer vi att grafen kommer användas för att förbättra materialegenskaperna på många produkter av gummi och genom demonstratorprojektet kommer den första gummitätningen med grafen att vara lanserad inom tre år. Vi har de partners och den expertis som vi behöver för att gå vidare i demonstratorprojektet. Roxtec har mycket stor erfarenhet och kunskap av att utveckla nya produkter baserade på nya gummiblandningar där även nanomaterial ingår vilket tillsammans med 2D fabs kunskap om grafen och Ecorubs kunskap och teknologi för återvinning av EPDM finns goda förutsättningar att inom några år utvecklat en kommersiell tätning innehållande grafen som är lanserad på den globala marknaden.
-
Grafen i hållbara limmer
2D fab, Pro&Pro
Britta Andres, 2D fab augusti – december 2021 Resultat Förberedelseprojektet har fördjupat kunskaperna om att använda grafen för att utveckla hållbara limmer som används för att limma förnyelsebara […]Resultat
Förberedelseprojektet har fördjupat kunskaperna om att använda grafen för att utveckla hållbara limmer som används för att limma förnyelsebara material av cellolusa. Genom projektet har ett starkt företagskonsortium som innefattar hela värdekedjan från råvara till slutprodukt etablerats. Det planerade demonstratorprojektet kommer att, med grafen, utveckla förnyelsebara limmer till tre demonstratorer i form av en förpackning av wellpapp, ett hållbart sugrör och träpaneler till möbler. Projektet har även analyserat marknadspotentialen för aktörerna i värdekedjan och slutsatsen är att det finns en stor marknadsmässig potential med att använda grafen i limmer för företagen för att minska kostnaderna genom effektivare produktion och förbättra produkterna genom förbättrade produktegenskaper. Analysen av värdekedjan har också visat på den mycket starka drivkraften att använda grafen för att öka hållbarhetsprofilen genom att kunna ersätta giftiga fossilbaserade limmer med förnyelsebara stärkelse och cellolusabaserade limmer, exempelvis för limning av träpaneler. Förberedelseprojektet uppfyllde de uppsatta målen. Projektet har uppnått det övergripande målet att utveckla värdekedjan, etablera ett starkt företagskonsortium och utveckla projektförslaget för demonstratorprojekt för grafen i hållbara limmer. Demonstratorprojektet har nu ett mycket starkt företagskonsortium bestående av IKEA, SCA, SLU, BIM-kemi, 2D fab, DS Smith och Tetrapak vilket skapar mycket goda förutsättningar för det planerade demonstratorprojektet. Den viktigaste insikten i projektet var förståelsen av hur viktigt hållbarhet är för företagen och de möjligheter som grafen har för att bidra till ökad hållbarhet och resurseffektivitet inom värdekedjan. Framtiden för grafen inom detta tillämpningsområde ser väldigt ljus ut. Med de resultat som vi har från att använda grafen i stärkelsebaserade limmer och de tester som är gjorda på andra cellulosabaserade limmer finns goda förutsättningar för företagen att kunna lansera flera nya produkter baserade på grafen inom två år. Förberedelseprojektet har säkerställt att vi har de partner och expertis som vi behöver för demonstratorprojektet. SLU tillsammans med deltagande företag har tillgång till nödvändig kompetens, ekonomiska resurser och utrustning som behövs för det fortsatta arbetet. Deltagande företag har också etablerade marknadskanaler och goda förutsättningar att lansera produkter med hållbara limmer med grafen för en global marknad. -
Gröna kontakter
Graphmatech
Mamoun Taher, Graphmatech Augusti 2021 – december 2021 Syfte och mål Värdekedjan kartlades och flera (nya)partners identifierades. Partners roller och hur/var Graphmatech (GMT) passar in i värdekedjan klargjordes. […] Syfte och mål Värdekedjan kartlades och flera (nya)partners identifierades. Partners roller och hur/var Graphmatech (GMT) passar in i värdekedjan klargjordes. Vi fick en bra bild av vad alla aktörer/partners vill åstadkomma samt marknadens framtida behov. Behovet av industrirelevant data samt hur vi kunde lösa och dela framtida IP sågs som viktiga punkter, och strategier togs fram. Möjliga projektpartners tillfrågades och det framkom då tydligt att denna typ av DEMO-projekt inte var aktuellt för alla. Utan det bestämdes att istället kommer processerna fortsätta på andra sätt. Resultat och förväntade effekter Värdekedjan för Ag/Gr kompositer kartlades: (i) affärsroller för nyckelpartnerna; definierades och säkerställdes att alla partners hade samsyn (ii) ökad datagenerering; löses genom att alla bidrar enligt sin kompetens enl. industriella standarder (iii) IP-området; behovet av strategier i linje med varje partners kartlades (iv) partner för ett komplett utbud; flertalet olika intresseägare samt partners kartlades Detta har skapat en grund för GMT att kunna etablera partnerskap inom området och vi är nu i en mycket bättre position nu för att forma framtiden för dessa material. Upplägg och genomförande Projektet initierades av GMT med existerande projekt och partners i åtanke. Efter dialog med dem, samt några nya partners kunde vi få en klarare bild av värdekedjan, förstå motiven samt lägga upp möjliga vägar framåt. Det framgick att inte alla hade samsyn om i vilken form fortsatta utveckling skulle bedrivas så vi beslutade att inte gå vidare i Vinnovafinansierad form. En slutsats av detta är att förberedelse projektet var nödvändigt för att komma fram till den insikten, och samtidigt gav den oss mycket bättre kontakter, flera möjliga partners och olika alternativa vägar framåt. -
Ultralätta, mjuka grafen-textilvärmare som andas (Grapheat)
Grafren, Coxa Carry, Interactive Wear
Erik Khranovskyy, Grafren 1 augusti – 1 december 2021 Resultat Detta projekt var en förberedande aktivitet för vårt framtida demonstratorprojekt, med målet att sammanföra det framtida konsortiet som representerar […]Resultat
Detta projekt var en förberedande aktivitet för vårt framtida demonstratorprojekt, med målet att sammanföra det framtida konsortiet som representerar de separata länkarna i värdekedjan för tillverkning och kommersialisering av grafentextilvärmare. I detta projekt har vi tillsammans med partners identifierat och formulerat värdeförslaget för vår uppfinning – grafenbelagda textilier. Baserat på värdeerbjudandet har vi undersökt marknaden och identifierat de mest lovande segmenten, där vår grafentextilvärmare kan bidra mest. Inom varje potentiellt segment har vi identifierat de aktörer som kan vara mest intresserade av att använda vår teknologi och implementering av grafentyg i framtida produkter. Vi har sedan kommunicerat med dessa potentiella kunder och klargjort de problem, förväntningar och befintliga utmaningar som de ser för en potentiell kommersialisering av vår grafentextilvärmare. Baserat på denna information har vi valt ut flera aktörer från olika segment, som potentiellt skulle vara mest intresserade av den vidare gemensamma produktutvecklingen inramad som demonstrationsprojekt och bjudit in dem till konsortiet. Därmed uppfylldes det första målet om att få partnerna till konsortiet. Vi har också kopplat oss till företagen som skulle kunna tillhandahålla den kompletterande (ibland konkurrerande) expertis som krävs för fullskaligt ett demonstrationsprojekt. Slutligen har vi ansökt med partnerna om det fullskaliga demonstrationsprojektet, med syfte att demonstrera tre olika produkter inom sport- och utomhussegmentet. Den viktiga fråga vi har identifierat för alla potentiella tillämpningar av uppvärmning av grafentyg är att strömkällan alltid är en fråga för erforderlig prestanda, kapacitet och drifttid. Vikten av strömkällor och batteri är extremt viktig, liksom att den allmänna elektrodens integrationsdesign är avgörande för att uppnå framgångsrik acceptans av den potentiella produkten hos slutanvändaren. Vi jobbar vidare och förväntar oss att de första produkterna, som har högsta MRL och TRL, når marknaden redan 2022 eller under början av 2023. Frågorna om certifiering och säkerhet kommer att bli mycket viktiga för massproduktion och användning av produkterna på en global skala. Att lösa dessa frågor kommer att kräva nytt partnerskap och ny expertis som vi kommer att skaffa oss inom kort. Genomförbarhetsstudier SIO Grafen, våren 2021
-
Flexibel grafentrycksensor för kompressionsterapi
RISE, Grafren
Ting Yang Nilsson, RISE 14 juni – 15 november 2021 Resultat Projektet har genererat resultat i form av: 1) En lista med medicinska och kliniska krav från konsultföretaget Tryck or […]
Resultat
Projektet har genererat resultat i form av:
1) En lista med medicinska och kliniska krav från konsultföretaget Tryck or treat AB,
2) Textilsensorer som tagits fram och förbättrats av Grafren AB, samt
3) Mätningar och bedömningar av RISE IVF AB som visar att textilsensorn har stor potential att mäta trycket under bandage/strumpor för kompressionsterapi på ett korrekt sätt, och att förhindra trycksår. Resultaten bidrar till att utforska och utveckla grafens kommersiella applikationspotential i bärbara medicintekniska produkter och att ytterligare komplettera konsortiet för vidare utvecklingsplaner.
I projektet har tre arbetspaket (enligt ovan) genomförts av projektpartnerana. Vi har bedömt att grafrentextilsensorn också har potential att tillverkas till låg kostnad, vara återanvändbar och återvinningsbar för en cirkulär ekonomi.
Projektet har uppnått de planerade målen. Vi verifierade att grafentextilsensorn inte bara var bra för kompressionsterapi utan också visade stor potential för att förhindra och bedöma risken för kompressionssår, något som kommer att gynna sårvården ännu mer än att bara ge en behandling. Baserat på dessa resultat har vi nått produktproducenter för steg 2-projektansökan för utveckling prototyper i kommersiella applikationspotential i bärbara medicintekniska produkter.
För att verifiera produktionsmöjligheterna för den riktade produkten har vi fler partners i olika länkar i värdekedjan för att gå med i steg 2-ansökan. I medicinska tillämpningar kan produktprototypen produceras inom 1-2 år eller längre, men för att passera den medicinska regleringen för kommersiell produktion eller patientanvändning bedömer vi att det kan dröja ytterligare 1 eller 2 år.
-
GrafCoat: Grafenbaserad extrusionsbeläggning för kartong
RISE, 2D fab, Holmen Iggesund Paperboard
Andreas Fall, RISE juni – maj 2022 Resultat Grafen tillsattes till termoplastiskstärkelse (TPS) för att generera en termoplastisk biopolymer-grafen komposit med goda barriäregenskaper. Den långsiktiga målsättningen är […]Resultat Grafen tillsattes till termoplastiskstärkelse (TPS) för att generera en termoplastisk biopolymer-grafen komposit med goda barriäregenskaper. Den långsiktiga målsättningen är ett material för extrusionsbeläggning av kartong till livsmedelsförpackningar. Grafeninblandningen medförde stora förbättringar i materialets barriär mot vattenånga (uppemot 98 procent). Efter en del optimering erhölls även material med goda termoplastiska egenskaper, vilket möjliggjorde att de kunde värmepressas till tunna och homogena filmer. De initiala mätningarna av materialens barriäregenskaper är mycket lovande, men en mer komplett karaktärisering krävs. Fokus i denna genomförbarhetsstudiehar varit på minskad permeans mot vattenånga (WVTR). Även karaktärisering av syrgasbarriär samt känslighet mot fukt behövs genomföras. Gällande materialens termoplastiska egenskaper blev dessa till slut goda och tunna homogena filmer kunde tas fram genom värmepressning. Detta visade sig vara svårare än trott och en hel del optimering av både materialframtagning och värmepressningsprotokollet krävdes. Men, slutgiltiga goda resultatet indikerar att extrusionbeläggning är möjligt. För beläggning behövs dock även god vidhäftning av filmerna på kartong. Detta hann inte utvärderades i denna projektfas. Sålunda kommer extrudering och vidhäftning vara av största fokus i den redan beviljade nästa fas av projektet. En fascinerande insikt i projektet var att även en mycket liten grafentillsats (1 procent) kunde ge en så stor förbättring i barriäregenskaper (94 procent). Detta lovar gott inför fortsatt utvecklande av konceptet. Vi har nu fått ett fortsättningsprojekt och efter det är konceptet förhoppningsvis redo att utvärderas i pilot-skala. Vid positivt utfall kan konceptet vidareutvecklas och vara redo för introduktion på marknaden inom uppskattningsvis 3 till 5 år. För relevant vidareutveckling mot industrialisering behövs konsortiet kompletteras med en storskalig leverantör av termoplastiskstärkelse, en konverterare samt en behovsägare. -
Grafen i amorfa metaller för förbättrad effektivitet i komponenterna i elfordon – G-Ame
Swerim, Exmet, Graphmatech, Inmotions
Irma Heikkilä, Swerim Juni 2021 – april 2022 Resultat Det finns ett stort intresse av att utveckla nya materiallösningar för passiva komponenter till elektriska motorer. Ett viktigt forskningsområde […]Resultat
Det finns ett stort intresse av att utveckla nya materiallösningar för passiva komponenter till elektriska motorer. Ett viktigt forskningsområde i denna applikation är utveckling av metoder som möjliggör ökning av den elektriska resistiviteten av komponentmaterialen jämfört med vad som är möjligt idag. En optimal komponentprestanda åstadkoms genom en kombination av magnetiska och elektriska egenskaper. I detta projekt utvecklades fyra funktionaliserade grafen-varianter för att öka den elektriska resistiviteten i en amorf metallegering. Intensiva defekter bildades i strukturen av grafen. Amorfa pulverpartiklar belades med de funktionaliserade grafenpartiklarna och solida provkroppar tillverkades för karakteriseringar. Den elektriska resistiviteten av en amorf metallegering ökades inte till en önskad nivå med hjälp av grafen-tillsatserna. De magnetiska egenskaperna behövde justeringar. Projektet har demonstrerat att även en mycket grovt försämrad grafenstruktur är inte tillräckligt för att åstadkomma en märkvärdig ökning av den elektriska resistiviteten i metallmatriskomponenterna. Resultaten visar att funktionaliserat grafen har en endast begränsad förmåga att agera som insulator på metallpartiklar. Det rekommenderas inte att fortsätta utvecklingsaktiviteterna mot en slutprodukt eftersom inte tillräckligt stora effekter kan åstadkommas. Projektgruppen var sammansatt av nödvändiga kompetenser och slutanvändarexpertisen var värdefull i utvärderingen av resultaten. -
Grafenförbättrad bindemedelsfri katodformulering för nästa generations litiumjonbatterier (GraFREE)
RISE, Graphmatech
Anwar Ahniyaz, RISE augusti 2021 – april 2022 Resultat Syftet har varit att utveckla en bindemedelsfri elektrod för mer hållbara litiumjonbatteri-tillämpningar genom att kombinera funktionaliserad grafen (Aros® grafen), […] Resultat Syftet har varit att utveckla en bindemedelsfri elektrod för mer hållbara litiumjonbatteri-tillämpningar genom att kombinera funktionaliserad grafen (Aros® grafen), litiumjärnfosfat, kortkedjig tvärbindare och mjukgörare. Flera metoder och grafenbaserade material testades och bland dem undersöktes fyra olika tillvägagångssätt ytterligare. Den första upptäckten indikerar att när Aros grafen används är det möjligt att erhålla en fristående elektrod från en vattenbaserad formulering med en metod med lösningsmedel och gjutning. Den utvecklade fristående filmen innehåller funktionaliserad grafen (Aros grafen), litiumjärnfosfat (LFP), tvärbindare och mjukgörare. Med detta nya tillvägagångssätt och implementering av modifierad grafen eliminerades både fluorpolymeren (PVDF) och det giftiga organiska lösningsmedlet (NMP) från den traditionella slurry-baserade elektrodtillverkningsprocessen, helt i linje med den mer hållbara metoden. Emellertid visade preliminär data att de framställda filmerna som producerats på detta vis blev för spröda för att användas i den konventionella elektrodtillverkningsprocessen. Därför behövs ytterligare optimering av filmens mekaniska och elektrokemiska egenskaper. -
GRECO – Green Earth, Clean Oceans
Chalmers, Glenntex, HEAD Sports
Jan Swenson, Chalmers Juli 2021 – mars 2022 Med projektet undersöks en ny infallsvinkel på återvinning av polyetylentereftalat (PET) efter konsumentanvändning. En nyligen framtagen typ av funktionaliserad grafen, här kallad ”nanolim”, kommer […] Med projektet undersöks en ny infallsvinkel på återvinning av polyetylentereftalat (PET) efter konsumentanvändning. En nyligen framtagen typ av funktionaliserad grafen, här kallad ”nanolim”, kommer att användas för att binda nyproducerad PET med postkonsument-PET som i detta fall består av plastavfall uppsamlad från den svenska västkusten. Genom att använda denna nya teknik kan återvunnen PET med hög hållfasthet och hög seghet produceras med minskat beroende av att använda nyproducerad PET. Därigenom kan en återvunnen PET-nanokomposit produceras med följande karaktäristik:- Förbättrade mekaniska egenskaper, vilket bidrar till ökad prestanda hos en slutprodukt.
- Minskade bearbetningsenergier, vilket bidrar till minskad klimatpåverkan under produktion.
- Högre återvinningsbarhet, vilket kan bidra till bättre cirkulär användning.
-
Ny generation grafenbelagda textilier för försvarsapplikationer
Saab Barracuda, Grafren
Johan Jersblad, Saab Barracuda Juni 2021 – december 2021 Resultat Elektrisk ledande textil är ett viktigt material i flera försvarsprodukter. Traditionellt tillverkas dessa genom beläggning med elektriskt ledande polymerer […]Resultat
Elektrisk ledande textil är ett viktigt material i flera försvarsprodukter. Traditionellt tillverkas dessa genom beläggning med elektriskt ledande polymerer eller med konduktiva garner. Grafen, med dess extrema elektriska ledande förmåga, är ett mycket intressant material för att åstadkomma elektrisk ledningsförmåga. Speciellt eftersom det krävs mycket små mängder grafen jämfört med traditionella ledande pigment. I projektet identifierades de produkter där grafen skulle kunna utgöra en stor förändring av produktens egenskaper. Elektriskt ledande textil ingår i flera produkter hos Saab Barracuda och resultaten kan appliceras i samtliga. Textil belades med grafen med Grafrens unika beläggningsteknologi. Initialt studeras olika renhetsgrad av grafenlösningar för att studera dess påverkan på ledningsförmågan. Vidare studerades hur mängden av grafen påverkade den elektriska ledningsförmågan. Proverna analyserades och den elektriska ledningsförmågan uppmättes på Saab Barracuda. Mycket tidigt i projektet erhölls positiva resultat med hög elektrisk ledningsförmåga vid mycket låga tillsatser av grafen. Grafrens beläggningsteknologi medgav också att bindemedel kunde uteslutas då grafen uppvisade mycket hög vidhäftning mot den textila fibern. De tillverkade prototyperna uppvisade mycket lovande resultat. Det finns flera områden som måste optimeras i framtida projekt. En nyckel till framgång är förmodligen att arbeta mer med den underliggande textilen för att optimera den för grafenbeläggning vilket innebär fördjupat arbete med textiltillverkare. Vidare är det viktigt att få ner priset på grafen och att industrialisera tillverkningsprocessen på ett kostnadseffektivt sätt innan nya produkter kan presenteras. -
Smarta packningar med grafen: Övervaka egenskaper med virvelströmsensor
RISE, 2D fab, Trelleborg
Stacy Trey, RISE 16 augusti 2021 – 13 maj 2022 Resultat Det är av ökande intresse för många branscher att digitalt koppla samman tätningsmaterial så att tätningsmaterialets skick kan bestämmas […]Resultat
Det är av ökande intresse för många branscher att digitalt koppla samman tätningsmaterial så att tätningsmaterialets skick kan bestämmas utan att behöva inspektera det visuellt. Den här typen av idéer finns inom den akademiska världen men har inte förverkligats i praktiken. Virvelströmsavkänningsteknik kan användas för att upptäcka förändringar i kemiska och fysikaliska egenskaper hos gummi som innehåller kimrök, till exempel i tätningsmaterial. Tillsats av grafen i stället för en del av kimrök påverkar inte ledningsförmågan, men kan förbättra de mekaniska egenskaperna och motståndskraften mot förvrängningar på grund av snabb dekompression eller allmänt åldrande i gummitätningar som används i kritiska industrier. I detta arbete har projektets mål uppfyllts. En litteraturstudie genomfördes, där det konstaterades att lite har gjorts kring användningen av virvelströmsteknik för att övervaka gummis egenskaper med åldrande. Vi fann att oavsett provets resistivitetsnivå kunde en virvelströmsrespons erhållas för alla gummiprover. Det fanns en ökande virvelströmssignal i proverna med ökande mängder kimrök/carbon black (CB) fram till den punkt där perkolationsnivån hade uppnåtts. Det fanns ingen signifikant ökning av virvelströmssvaret när CB ersattes med ökande mängder grafenflingor, vilket innebär att materialets perkolationsnivå inte påverkades nämnvärt av att CB ersattes med grafenflingor. Ersättningen av extremt små viktprocent grafenflingor för CB i etylenpropendienmonomer (EPDM)-formuleringen gav ökade mekaniska egenskaper. Men ökande nivåer av grafenflak ger lägre hårdhet och lägre tryckhållfasthet. Efter åldrande var virvelströmssignalerna starkare, möjligen på grund av provets komprimering och ökade perkolationsvägar. Virvelströmssignalen kunde korreleras till en förändring av EPDM-materialets egenskaper. Man drog slutsatsen att blandningsmetoden för grafen i polymeren före vulkanisering skulle kunna exfolieras i framtiden för att ge en större inverkan på egenskaperna med tillsats av grafen. Det finns sannolikt en stor potential för grafen att användas som en additiv med hög slagkraft för att förstärka gummimaterial, men arbetet med exfoliering av grafenflingorna i polymermaterialet måste utforskas. Det är också mycket troligt att virvelströmsteknik kan användas som en känslig metod för att avgöra när tätningsmaterialets egenskaper har förändrats så mycket att de måste ändras för att minska risken för fel. Den första produkten kan komma inom 2-3 år. I framtiden kommer vi att försöka engagera slutanvändare som kan vara intresserade av denna teknik för att förbättra de mekaniska egenskaperna med grafen och använda virvelströmsteknik för att övervaka och kvantifiera egenskapsförändringar vid användning. Vi vill också att ett företag som arbetar med virvelströmsteknik ska ingå i konsortiet så att utvecklingen kan ske på detta område. ➡️ Läs pressmeddelandet här! -
Starkare och mer hållbar betong – resistent mot frysning-tining
HIPOR Materials, 2D fab, Nouryon, RISE, SweRock
Farid Akthar, HIPOR Materials Juni – december 2021 Två typer av råvaror är i fokus i detta projekt; grafen och termoplastiska mikrosfärer. Båda typerna av produkter har potential […] Två typer av råvaror är i fokus i detta projekt; grafen och termoplastiska mikrosfärer. Båda typerna av produkter har potential att öka hållfastheten för frysning-tining-resistent betong och minska mängden cementklinker som används i produkten. Minskning av cementklinker i betong har stor inverkan på koldioxidutsläppen. 2D fab har det senaste året skalat upp produktionen av grafen från pilot till fullskalig produktion och ytterligare produktutveckling är nyckeln till att optimera för användning i cementtillämpningar. Termoplastiska mikrosfärer (Expancel) har nyligen gjorts kommersiellt tillgängliga för användning i större skala i cementmaterial och applikationer. Aktuella publikationer beskriver Expancel Microsheres som den bästa tillgängliga tekniken för produktion av frys-tin (F/T)-resistent betong. Detta specifika SIO Grafen-projekt syftar till att vidareutveckla, utvärdera och finjustera grafenprodukter med avseende på kompatibilitet med cementpasta, produktstabilitet och kostnadseffektivitet i cementhaltiga material. Tillsatseffekten från grafen och Expancel-mikrosfärer på materialegenskaper hos cementprodukter kommer att utvärderas. De två komponenterna har aldrig utvärderats tillsammans i cementtillämpningar och kan ge synergistiska effekter på materialegenskaper såsom frys-/upptiningsbeständighet, vattenbeständighet och hållfasthetsegenskaper. Efter avslutat projekt kommer konceptet att vara klart för uppskalnings- och kommersialiseringsprojekt. Potentiellt resultat är att erbjuda teknik för nya starkare byggmaterial och att minska användningen av cementklinker i frostbeständig betong, vilket kommer att stödja Agenda 2030 och specifikt mål 9.4 och 9.5. -
Supersonisk sprutning av grafen – MXene-baserade ledande slitstarka beläggningar för elektrifiering
KTH, ABB
Jiantong Li, KTH Aug 2121 – maj 2022 Resultat I detta projekt har vi utvecklat och optimerat supersoniska sprutprocesser för att tillverka 2D-materialbaserade ledande slitstarka beläggningar på metallsubstrat […]Resultat
I detta projekt har vi utvecklat och optimerat supersoniska sprutprocesser för att tillverka 2D-materialbaserade ledande slitstarka beläggningar på metallsubstrat för potentiella industriella elektrifieringsapplikationer. Flera typer av beläggningsmaterial, bestående av ren grafen, ren MXene, den mekaniska blandningen av grafen/kopparpulver och kopparbelagda grafitpulver (CCG), har överljudssprutats på koppar- eller stålsubstrat för att bilda enhetliga beläggningar med tjockleksintervall från 10 till över 100 mikron. Totalt har ett 50-tal prover preparerats och testats. Resultaten visar att beläggningar av ren grafen eller MXene uppnår mycket låg friktion men också hög elektrisk kontaktresistans. Däremot har de bästa grafen/koppar-kompositbeläggningarna uppvisat avsevärt reducerad friktion (friktion med koefficient ~0,2, nästan fyra gånger lägre än ren koppar) och samtidigt jämförbar elektrisk kontaktresistans med ren koppar. Huvudmålet med projektet är att undersöka möjligheten att använda ledande 2D-material (grafen eller MXene) för att minska friktionen hos "rörliga" metallkontakter i elektrifieringsprodukter utan att uppenbart öka deras elektriska kontaktresistans, för att möjliggöra tillverkning av avancerade elektrifieringsprodukter med förlängd livslängd och jämförbar elektrisk prestanda. I detta projekt har vi tillverkat minst två typer av grafen/koppar eller CCG/koppar kompositbeläggningar som uppvisar friktion som är cirka 3-4 gånger lägre än ren koppar och som samtidigt bibehåller liknande elektrisk kontaktresistans. Deras låga friktion och låga elektriska kontaktresistans har uppfyllt kraven för vissa applikationer från industripartnern. Därför har projektets huvudmål uppfyllts. Som förväntat kan grafen och MXene avsevärt minska friktionen hos metallbeläggningar. Men rena grafen- eller MXene-beläggningar lider av hög elektrisk kontaktresistans och dålig slitstyrka. När grafen blandas med kopparpulver i en riktig sammansättning är det möjligt att samtidigt minska friktionen, förbättra slitstyrkan och behålla det låga elektriska kontaktmotståndet. För nu har vi tydligt sett löftet om överljudssprutade ledande slitstarka beläggningar för elektrifieringstillämpningar. En av de mest kritiska frågorna är dock den dåliga reproducerbarheten. Det beror sannolikt på den okända inverkan av 2D-materialen på sprutprocessen. Så det krävs fortfarande avsevärda forskningsinsatser för att ytterligare förstå sprutbeteendet och rätt materialsammansättningar för applikationerna. Vi räknar därmed med att det tar minst 5 år innan den första produkten produceras baserat på de överljudssprutade 2D-materialbeläggningarna. För att föra fram beläggningsprocessen behövs minst en partner till som kan leverera storskaliga tillförlitliga grafenbläck med hög ledningsförmåga och lämpliga reologiska egenskaper. ▶️ Läs pressmeddelande om projektet här! Strategiska projekt 2021
-
Förstudie nätverk för att främja samverkan och utbyten mellan doktorander och svenska grafenaktörer
Linköpings universitet, Chalmers, Luleå tekniska universitet
Jens Eriksson, Linköpings universitet december 2021 - november 2022 Syfte och mål Syftet med denna förstudie var att undersöka behov av, och lämpligt format för, ett nationellt nätverk som […]Syfte och mål
Syftet med denna förstudie var att undersöka behov av, och lämpligt format för, ett nationellt nätverk som sammankopplar yngre forskare aktiva inom 2D-material i Sverige med varandra och med svensk industri i området. Efter en initial kartläggning av potentiella medlemmar har nätverket i nuläget cirka 30 medverkande unga forskare, och vi har arrangerat två digitala möten och en lunch till lunch workshop som hölls i Linköping, med 25 deltagare, varav fem industrirepresentanter. I och med att ett aktivt nätverk är igång anser vi att huvudmålet är uppfyllt.Resultat och förväntade effekter
Det är tidigt att bedöma effekter då flera avsedda utfall ligger längre fram i tiden, men positivt gehör för initiativet från både deltagande yngre forskare och seniorer inom akademi och industri tyder på att det finns intresse och behov. Vi hoppas nu att nätverket för yngre forskare inom 2D-material byggs vidare i ett nytt strategiskt projekt. Formatet finns på plats och vi tror att många samarbeten och innovationer faller ut innan SIO Grafen är över 2026. Arbetet framöver kommer riktas mot att konsolidera initiativet, samt söka lösningar för fortsatt aktivitet efter 2026.Upplägg och genomförande
Under förstudien utfördes först en kartläggning av forskare aktiva inom ämnet i Sverige, baserad på bibliometri och utifrån SIO Grafens aktörslista, vilket har legat till grund för att identifiera potentiella medlemmar. Efter två digitala möten arrangerades en workshop i Linköping 27 - 28 oktober, där presentationer från yngre forskare varvades med presentationer från industrin. Vi eftersträvar industrinarvaro då ett syfte är att yngre forskare ska bekanta sig med de industriella hindren inom området och hur deras projekt och kompetens kan vara till nytta för svensk industri. -
Innovationstävling – Entreprenörskap inom grafen och andra 2D-material
Programkontoret SIO Grafen
Jon Wingborg, SIO Grafen november 2021 - december 2022 Projektet har två syften; att öka förståelsen för hur grafen och andra 2D-material kan bidra till den hållbara omställningen och […] Projektet har två syften; att öka förståelsen för hur grafen och andra 2D-material kan bidra till den hållbara omställningen och att inspirera till entreprenörskap inom grafen och andra 2D-material. Syftet adresseras genom att genomföra en innovationstävling riktad till småföretag, doktorander och personer som nyligen disputerat (”post-doc”). De vinnande bidragen genomförs inom ramen för projektet. Resultatet av projektet blir en innovationstävling med tre till fyra vinnare av ett bidrag på mellan 150 000 och 200 000 kr. Vinnarna kommer få realisera en forskningsbaserad idé för kommersialisering av grafen som bidrar till omställningen till ett hållbart samhälle. Projektet kommer bidra till SIO Grafens effektlogik genom att öka medvetandet om hur grafen kan bidra till omställningen till ett hållbart samhälle, skapa förutsättningar för nya företag inom grafen och andra 2D-material och skapa förutsättningar för att öka andelen kvinnliga grafenentreprenörer. -
Svenskt hållbart grafen
Programkontoret SIO Grafen
Sophie Charpentier, SIO Grafen april 2021 - december 2023 Syfte och mål Projektets mål är att visa på grafens potential genom att skapa projekt som minskar eller eliminerar hinder […]Syfte och mål
Projektets mål är att visa på grafens potential genom att skapa projekt som minskar eller eliminerar hinder inom områdena: demonstration av grafen i applikationer, standardisering och karakterisering, arbetsmiljö och säkerhet, cirkulära flöden, testbäddar och kompetensförsörjning.Förväntade effekter och resultat
Projektet skapar finansieringsmöjligheter genom att erbjuda tre extra utlysningar i SIO Grafens portfölj under perioden 2021-2023. Programkontoret koordinerar, skapar synergieffekt mellan projekt och kommunicerar potentialen för grafen.Planerat upplägg och genomförande
Inriktning och ramar för utlysningarna kommer att definieras. Planen är att kartlägga utmaningsområden och stödja konsortier som söker projekt i utlysningen. Medverkan i nationellt och internationellt standardiseringsarbete kommer att stödjas samt synergier mellan projekt för att stimulera kunskapsutbyte skapas. Workshoppar som stöd i konsortiebildning och för att skapa synergier mellan projekt kommer att arrangeras. Samverkan kring kommersiella grafentillämpningar, hösten 2020
-
”Vit grafen” för cementbaserad färg
Lanark, Akademiska hus, Chalmers, RISE, SHT Smart High-Tech, Skanska
Lars Nilsson, Lanark 15 februari 2021 – 13 augusti 2021 Resultat Projektets mål var att utveckla en teknologi för en cementbaserad ytbeläggningsprodukt med stark vidhäftning för att skydda betongkonstruktioner mot kloridinträngning och eliminera oönskad missfärgning. Detta […]
Resultat
Projektets mål var att utveckla en teknologi för en cementbaserad ytbeläggningsprodukt med stark vidhäftning för att skydda betongkonstruktioner mot kloridinträngning och eliminera oönskad missfärgning. Detta utfördes genom att tillsätta funktionaliserad bornitrid, hBN. Projektet har visat att hBN ger motsvarande eller bättre vidhäftning och motståndskraft mot kloridpenetration jämfört med tidigare studier med grafen. Färgen är dessutom helt vit. Syftet var också att tillsats av hBN skulle förbättra de tekniska egenskaperna med 50%, projektet nådde 30%. Behovet av en i grunden vit ytbehandlingsprodukt som skyddar mot kloridinträngning och som till karaktären i sig själv påminner om underlaget betong/puts är stor. Detta projekt var en genomförbarhetsstudie som gick från TRL1 till TRL2/3 och som uppfyllde flera mål och antaganden men som också gav insikt och kunskap om metodförbättringar att testas i framtida projekt. Gruppen är kompetent med erforderliga resurser inom teknik och produktion och inom produktens tillämpning och marknad men saknar inför nästa steg en organisation med fullskalig verksamhet inom marknadsföring, försäljning och distribution. -
2D-elektriskt ledande lim för flexibel elektronik och termoelektronik till låg kostnad
Linköping universitet, ParsNord, IMRA Europe, RISE
Xavier Crispin, Linköpings universitet mars 2021 – december 2023 Syfte och mål Termoelektriska moduler (TEM) är halvledarelektroniska enheter som producerar kylning/uppvärmning genom att applicera en elektrisk ström. TEM består […] Syfte och mål Termoelektriska moduler (TEM) är halvledarelektroniska enheter som producerar kylning/uppvärmning genom att applicera en elektrisk ström. TEM består av många hundra halvledarpellets baserade på Bi2Te3-legeringar kopplade elektriskt i serie och termiskt parallellt med metallförbindelser. Den typiska bindnings-/monteringstekniken för halvledarpellets på metallanslutningen är lödning. De höga kostnaderna för TEM är det första stora hindret för en vidare användning i fler applikationer. 50% av den totala kostnaden för TEM härrör från tillverkning, vilket fortfarande görs genom manuell lödning i tillväxtländer. Det andra stora hindret är att kommersiella TEM ofta är små och styva, vilket begränsar deras tillämpning till att kyla platta och styva ytor snarare än att kyla flexibla ytor på föremål som ändrar form. Den mekaniska styvheten hos TEM kommer från enhetens design som vanligtvis använder styv keramik som värmeöverföringsskikt, men också från lödfogarna som inte tål upprepad böjspänning och uppvisar utmattning och sprickor. Huvudsyftet med detta projekt är att utveckla ett nytt mjukt elektriskt ledande lim baserat på 2D-material och organiska ledande polymerkompositer för att möjliggöra en ny tillverkningsprocess, med limdispenser och ”pick-and-place”-robotar, för att tillverka billiga, stora och flexibla TEM. Även om det finns kommersiellt elektriskt ledande lim idag, har de inte tillräckligt hög värmeledningsförmåga och är inte tillräckligt mjuka och elastiska. Nyligen har Linköpings Universitet (LiU) visat ett nytt koncept för att ta fram mjuka, vidhäftande och elastiska kompositer gjorda av ledande polymer och polymerlim. Emellertid har denna typ av mjukt, elektriskt ledande lim inte tillräckligt hög elektrisk och termiska ledningsförmåga. Projektet syftar till att ta fram nya 2D-elektriskt ledande lim (2D-ECA) med en unik kombination av egenskaper – hög elektrisk ledningsförmåga, hög värmeledningsförmåga, mjukhet och god vidhäftning – genom att implementera exfolierade 2D-material (metallsulfider och Mxenes) från IMRA i den mjuka, ledande limmatrisen. Efter syntesen och karakteriseringen av dessa 2D-ECA kommer RISE tillsammans med ParsNord att använda den tekniken i RISE pilotlinje för tryckt elektronik för att tillverka flexibla TEM. Med dessa avancerade tillverkningsmetoder och 2D-ECA hoppas ParsNord att öka produktionshastigheten för TEM och minska den totala kostnaden för systemet upp till 50%, vilket möjliggör introduktion av TEM på större marknader för kylning. -
CorroNite – en innovativ termokemisk behandlingsmetod för ökat korrosions- och nötningsmotstånd
Tribonex, Bodycote, Volvo CE
Martin Bengtsson, Tribonex Februari 2021 - augusti 2022 Resultat Inom projektet har en behandlingsmetod för att på ett hållbart och kostnadseffektivt sätt generera korrosionsbeständiga och slitstarka ytor, genom […] ResultatInom projektet har en behandlingsmetod för att på ett hållbart och kostnadseffektivt sätt generera korrosionsbeständiga och slitstarka ytor, genom ytbeläggning av värmebehandlade komponenter, utvecklats och utvärderats. Olika värmebehandlingsmetoder har utvärderats med avseende på genererad ytfinhet, ythårdhet och härddjup. För att ge ytbeläggningen rätt egenskaper har olika kemiska koncept, såväl som applikationsmetod och skikttjocklekar utvärderats. Den resulterande CorroNite-processen har utvärderats mot hårdkrom, där bättre korrosionsmotstånd i NSS och ACT test påvisats, samtidigt som friktionsegenskaperna bibehållits. Prototypprocessen utförs idag i produktionsmiljö av Bodycote tillsammans med industrimålningsföretag.▫️Projektets mål och förväntningar har uppnåtts så till vida att CorroNite visat förbättrat korrosionsmotstånd jämfört mot den konkurrerande metoden hårdkrom, med likvärdig prestanda gällande friktion och nötning. Dessutom är prototypprocessen testad i full skala i produktionsmiljö.▫️En viktig insikt är att inblandning av 2D-material i CorroNite-formuleringen påverkar såväl korrosionsegenskaperna som de tribologiska egenskaperna för den genererade ytbeläggningen. Det är därför av yttersta vikt att optimera mängden 2D-material, för att balansera egenskaperna. En annan lärdom är vikten av att säkerställa kvalité mellan olika leverantörer, och även mellan olika batcher från samma leverantör.▫️Vi ser positivt på framtiden för CorroNite och för additiv såsom grafen för att minska friktion och korrosion samt att öka nötningsmotstånd. Vi deltar i ett flertal kunddialoger där provning snart kommer att påbörjas inom flera olika applikationer. Anpassningar av grundlösningen kommer då att göras för att möta specifika prestandakrav och provning är tänkt att ske i full skala hos kund. Baserat på dessa resultat som väntas komma under nästa år så bör en lanseringsbar lösning kunna vara på plats under 2024.▫️För att nå färdig lösning behöver med andra ord fortsatt testning tillsammans med kund genomföras. Ett viktigt sådant program är tillsammans med VolvoCE inom hydraulik där vi även söker samarbete med Trelleborg i ett fortsättningssteg för att nå helhetslösning som kan gå i fälttest och bli slutkvalificerad. -
Effektiviserande värmeväxlare för Stirling kryokylare baserad på grafen
APR Technologies, 2D fab
Are Björneklett, APR Technologies 1 mars 2021 – 31 augusti 2021 Resultat Målet med detta projekt var att göra ett grundläggande arbete mot att ta fram en regenerativ värmeväxlare för kryogeniska […] Resultat Målet med detta projekt var att göra ett grundläggande arbete mot att ta fram en regenerativ värmeväxlare för kryogeniska kylare, optimerad med hjälp av grafen för att öka energi-effektiviteten och sänka kostnader inom olika marknader. Målet har uppfyllts genom att APR har utvecklat en grundläggande konstruktion med goda tekniska förutsättningar, samt goda förutsättningar för framtida produktion i större skala. 2D fab levererade grafen nanoplatelets till APR, och gav råd om sina produkter. Arbetet hos APR resulterade i en ny konstruktion som vi anser har mycket goda förutsättningar för hög prestanda-förbättring över befintliga produkter på marknaden, samt goda förutsättningar för framtida produktion i större skala. APR utvecklade en avancerad testuppställning, och ökade sin kompetens på området, inklusive om 2D fabs grafenprodukter. Positiv feedback ifrån en potentiell kund gav ökat förtroende för projektets ekonomiska framtid. Arbetet började först hos APR med en grundläggande litteraturstudie, FTO-undersökning, samt konstruktionsarbete. Efter att en lämplig konstruktion tagits fram så utförde APR olika typer av ytbeläggning med grafen, samt konstruerade en test-uppställning. Numerisk simulering genomfördes också, med positivt resultat rörande prestandan. Vidare utveckling av test-uppställningen, samt vidare processutveckling av ytbeläggning med grafen, planeras framöver. -
Förbättrade egenskaper hos additivt tillverkade metaller genom tillsats av grafen – fortsättning
Luleå tekniska universitet, Amexci, Mittuniversitetet, Uppsala universitet, Graphmatech, GE Additive/Arcam EBM, Carpenter Powder Products
Marta-Lena Antti, Luleå tekniska universitet 1 april 2021 – 30 september 2022 Syfte och mål Detta projekt är en fortsättning på en genomförbarhetsstudie som gjordes 2020. Tidigare projekt visade på möjligheterna att använda grafen som ett andra material eller förstärkningsmaterial vid additiv tillverkning med pulverbädd. Projektet visade även potential för […] Syfte och mål Detta projekt är en fortsättning på en genomförbarhetsstudie som gjordes 2020. Tidigare projekt visade på möjligheterna att använda grafen som ett andra material eller förstärkningsmaterial vid additiv tillverkning med pulverbädd. Projektet visade även potential för förbättring av mekaniska egenskaper. Målet med detta forsknings- och innovationsprojekt är att fortsätta att bygga kunskap från förstudien och baserat på de mest lovande resultaten tillverka metallmatrixkompositer av rostfritt stål SS316L förstärkt med grafen, vilket kommer ge materialet förbättrade mekaniska och tribologiska egenskaper. Komponenterna kommer tillverkas med den flexibilitet i utformning som additiv tillverkning tillåter, och kommer samtidigt dra nytta av de förbättrade egenskaperna som uppnås genom tillsats av grafen. Rostfritt stål 316L är en av de mest använda järnbaserade legeringarna för additiv tillverkning i industrin och den mest utvärderade i pulverbäddsbaserade metoder. Detta öppnar stora möjligheter för en snabb introduktion av materialen på marknaden. I projektet föreslås tillverkning av en komponent från en slutanvändare med användning av en laserbaserad pulverbäddsmetod för additiv tillverkning. De tribologiska egenskaperna kommer att utvärderas i en tribometer. Det tillverkade materialet kommer att karaktäriseras för att öka förståelsen för grafens stabilitet under additiv tillverkning och dess interaktion med struktur hos matrismaterialet (316L). Före den additiva tillverkningen kommer pulver av 316L beläggas med det funktionaliserade grafenet "GraphCoat", från Graphmatech. Konsortiet är välbalanserat med representanter från både forskning och industri, inklusive aktörer inom additiv tillverkning och grafen. Att kombinera additiv tillverkning med grafen öppnar potentiellt ett stort antal applikationer där hög prestanda krävs, såsom flygindustrin, ortopedisk tillverkning samt verktygs- och energisektorer. Tekniken förväntas senare tas till kommersialisering med slutanvändare på AMEXCI och Graphmatech. -
Grafenförbättrade släta keramiska beläggningar för högpresterande elektronik
KTH, Huawei Technologies Sweden
Jiantong Li, KTH 1 mars 2021 – 31 augusti 2021 Resultat I detta projekt har vi formulerat grafen/keramiska nanokompositbläck baserat på elektrokemiskt exfolierad grafen i laboratorieskala och kommersiella titandioxidnanopartiklar, och […] Resultat I detta projekt har vi formulerat grafen/keramiska nanokompositbläck baserat på elektrokemiskt exfolierad grafen i laboratorieskala och kommersiella titandioxidnanopartiklar, och utvecklat en spinnbeläggningsprocess för att tillverka grafen/keramiska beläggningar på alla ytor av kubiska keramiska enheter (resonatorer). Svepelektronmikroskopin och atomkraftsmikroskopin indikerar att grafen/keramiska beläggningarna är fria från stora sprickor och minskar ytjämnheten hos de 3D-keramiska resonatorerna med mer än två gånger. De elektriska testresultaten indikerar att med grafen/keramiska beläggningar har nyckelprestanda (kvalitetsfaktor) för resonatorerna ökat från 1533 till 1710, d.v.s. med 11,5 %, medan den relativa provvariansen bara är 1,7 %. Däremot har enheterna med rena keramiska beläggningar (utan grafen) liknande ytjämnhet men innehåller många stora sprickor. Deras kvalitetsfaktor sträcker sig från 1463 till 1672, med en stor relativ varians på 9,4 %. Därför har detta projekt validerat möjligheten att använda sprickfria grafen/keramiska nanokompositbeläggningar för att jämna ut kommersiella 3D-keramiska substrat och tillverka elektroniska enheter med högre prestanda och tillförlitlighet. Alla projektmål har uppfyllts. I synnerhet bekräftar vårt fynd att grafen i de keramiska beläggningarna effektivt förhindrar bildandet av stora sprickor i de keramiska beläggningarna och uppenbarligen förbättrar prestandan och tillförlitligheten hos motsvarande elektroniska enheter. Vi tror att 3D grafen/keramiska beläggningar har stor potential att bidra till marknaden för avancerad keramikbaserad elektronik och skapa en ny värdekedja för att utöka den nuvarande marknaden för keramisk beläggning från ytskydd till elektronik. Vi samarbetar nu med en svensk grafenleverantör för att utveckla en mer skalbar, tids- och kostnadseffektiv process för 3D grafen/keramiska beläggningarna. Om vi lyckas kommer vi att ytterligare samarbeta med svensk keramisk beläggningsindustri för att skala upp processen för tillverkning. Vi förväntar oss att få den första produkten av 3D-grafen/keramisk beläggning-förbättrade avancerade radiofrekvensenheter inom 6-8 år. -
GREC – grafenförbättrad cementbaserad ledande beläggning
Chalmers, Chalmers Industriteknik, GVV, Lanark, SIKA, Talga
Arezou Baba Ahmadi, Chalmers 1 april 2021 – 1 april 2023 Syfte och mål Kloridinducerad korrosion är en av de vanligaste orsakerna till nedbrytning av armerade betongkonstruktioner. En vanlig reparationslösning är katodiskt skydd med pålagd ström, det […] Syfte och mål Kloridinducerad korrosion är en av de vanligaste orsakerna till nedbrytning av armerade betongkonstruktioner. En vanlig reparationslösning är katodiskt skydd med pålagd ström, det är en av de mest använda reparationsmetoderna i Sverige för större betongkonstruktioner. Metoden minskar dock i användning på grund av problem som huvudsakligen är relaterade till den använda anoden. Det största hindret är de höga kostnaderna för anodmaterial följt av problem vid installation och vid nödvändigt underhåll av systemet. För att övervinna utmaningar för katodiskt skydd med pålagd ström kommer i detta projekt utveckla en hållbar, grafenförbättrad cementbaserad ledande beläggning som kan användas som anod istället för det traditionella titannätet. Målet för projektet är att erhålla en tillräcklig ledningsförmåga i beläggningen (5–20 mA/m2) genom att tillsätta av grafen i matrisen, egenskaperna avseende vidhäftning och hårdhet är redan säkerställda. Projektet är indelat i fyra tekniska faser: 1. Beläggningsutveckling, 2. Ledningsförmåga, 3. Tillämpning, och 4. Hållbarhetsdeklaration. Projektet har en säkrad stor industriell relevans, med ett projektkonsortium som representerar alla delar av värdekedjan för produkten. Man förväntar sig att slutprodukten kommer ha en stor marknadspotential då den kan få till avsevärda kostnadsreduktioner. -
Högledande 2D-material med “layer-by-layer deposition” – 2D LbL
RISE, 4EAntenna, Grafren
Mats Sandberg, RISE 1 april 2021 – 30 september 2021 Resultat Sammanfatta studiens resultat kortfattat. – En våtkemisk och skalbar metod för att framställa tunna skikt av reducerad grafenoxid (rGO) […]Resultat
Sammanfatta studiens resultat kortfattat. – En våtkemisk och skalbar metod för att framställa tunna skikt av reducerad grafenoxid (rGO) har förbättrats. Metoden har använts för att skapa rGO-belagda partiklar som fyllmedel i elektriskt ledande häftämnen, och bygger på användningen av en för ändamålet designad polymer. Häftämnen baserade på rGO-belagda partiklar har använts för att skapa kontakter mot aluminumelektroder. Möljigheten att sammanfoga aluminiumelektroder utan användning av ädel- eller tungmetaller möjliggör elektronik med ett lägre miljömässigt fotavtryck. Ett annat och oväntat resultat är en metod som på ett enkelt och billigt sätt skapar tjocka beläggningar på olika typer av ytor. Uppfyllde ni de uppsatta målen och förväntningarna? – Huvudmålet, att möjliggöra montering av komponenter på aluminiumelektroder med häftämnen med rGO-belagda partiklar, har uppfyllts. Liksom målet att vidareutveckla en skalbar metod för att producera tunna skikt av rGO. Vad var den viktigaste insikten i era projekt? – Den viktiga insikten är att grafenbelagda partiklar kan bli en viktig komponent i elektriskt ledande häftämnen. Hur ser ni på framtiden för grafen inom ert tillämpningsområde – hur lång tid är det kvar till första produkten? – En produkt i form av ett ledande häftämne baserat på rGO-belagda partiklar kan tekniskt sett vara möjligt inom tre till fem år, beroende på hur den första tillämpningen ser ut exakt och hur en produkt ska kvalificeras. Metoden att skapa rGO-beläggningar kan ha tillämpningar i optoelektroniska devices och rGO- och GO-baserade sensorer. En implementering i en sådan tillämpning ligger minst fem år i framtiden. Vi ser en stor potential i den oväntade upptäckten att det är möjligt att belägga tjocka skikt av rGO och GO. Vi uppskattar att upptäckten har potential att exploateras inom fem år. Finns det några parter eller expertis ni saknar för att gå vidare? – Vi behöver partners som har behov av eller kan exploatera elektriskt ledande häftämnen fria från ädel- och tungmetaller. Vi behöver partners som efterfrågar material och tekniker för att montera komponenter på aluminium utan användning av tunga element. Vi behöver även partners som kan exploatera en metod att skapa tjocka beläggningar av rGO och GO. Vi behöver också partners som kan exploatera transparenta ledande elektroder och partners som vill använda tjocka lager av GO eller rGO för rening av luft och vatten. -
INTEGRAPH – Integrerad grafenbelagd glasfiberstruktur för multifunktionella kompositer
RISE, GKN Areospace, Grafren
Mats Bergwall, RISE mars 2021 – februari 2024 Syfte och mål Syftet med projektet är att utvärdera, kvantifiera och demonstrera funktionen av en revolutionerande teknik, utvecklad och patenterad […] Syfte och mål Syftet med projektet är att utvärdera, kvantifiera och demonstrera funktionen av en revolutionerande teknik, utvecklad och patenterad av Grafren, för att tilldela långfibriga kompositmaterial termiska och elektriska egenskaper för flygindustrin. Målet är att tillverka en TRL 4-5 demonstrator av en flygmotorkomponent med integrerad avisnings- och blixtskyddsfunktionalitet. Behovet av integrerade metallstrukturer i kompositen skulle elimineras med teknologin, vilket skulle minska komponentens komplexitet och förenkla produktionsprocessen, samt reducera vikten. Genom att använda grafenbelagda fibrer på kompositstrukturer tillförs elektrisk- och värmelednings-förmåga, i princip utan viktspåslag jämfört konventionella lösningar. Tekniken kan också enkelt adderas till befintlig produktionsprocess. De tillförda funktionerna, snabb uppvärmning för att avisa komponenter, eller elektrisk ledningsförmåga för att leda bort blixtströmmar, utan att tillföra någon massa av betydelse kan ge konkurrensfördelar åt GKN Aerospace Sweden. Detta projekt är inriktat mot flygmotorindustrin och dess teknikutveckling för nästa generations flygplan. Särskilt för elektrifierat eller vätgasdrivet flyg kommer funktionella- och lättviktsmaterial vara nödvändiga. Ett positivt utfall i detta projekt har en enorm affärspotential inom flygindustrin, men även andra industrier där elektrisk och termisk funktion kan vara nödvändig, t ex vindkraft i kallt klimat, fordonstillämpningar, etc. Projektet kommer att studera grafenets inverkan och kompositens materialegenskaper, grafenbelagda kompositer kommer också att tillverkas och testas med olika metoder. Till sist kommer en teknologidemonstrator med högt TRL att tillverkas och testas. En tät kontakt mellan grafenproducenten och slutanvändaren under projektets löptid kommer att möjliggöra stora framsteg mot industriell produktion. -
Mikrovågsassisterad syntes av kisel-grafenkompositer för högpresterande litiumjonbatterier
Mittuniversitetet, Percy Roc, Uppsala universitet
Manisha Phadatare, Mittuniversitetet Februari 2021 – december 2021 Resultat Kisel kan avsevärt öka lagringskapaciteten i litiumjonbatterier (LIB). Den dåliga elektriska ledningsförmågan hos kisel och en mycket stor volymexpansion […] Resultat Kisel kan avsevärt öka lagringskapaciteten i litiumjonbatterier (LIB). Den dåliga elektriska ledningsförmågan hos kisel och en mycket stor volymexpansion av kisel vid upptagande av litium har dock begränsat användningen av kisel i litiumjonbatterier. En intensiv forskningsansträngning i denna fråga har lett till många nanokompositer med hög lagringskapacitet. Men många av dessa lösningar tillåter inte billiga industriella implementeringar. Vi har demonstrerat en metod där vi kunde omvandla cirka en tredjedel av kiselpulver till kiselnanopartiklar genom en termisk uppvärmningsprocess. Denna metod kan vara skalbar. I förstudien har vi föreslagit att använda den kontrollerade mikrovågsuppvärmningen istället för termisk uppvärmning för att öka effektiviteten av omvandlingen av kiselpulver till kiselnanopartiklar och minska bearbetningstiden. I denna förstudie har PercyRoc och Uppsala universitet skapat ett mikrovågsvärmesystem och visat kontrollerbar uppvärmningsförmåga upp till 900 grader C för att öka effektiviteten av omvandlingen av kiselpulver till kiselnanopartiklar och minska bearbetningstiden. Denna temperatur kan nås på några sekunder tack vare att man använder ett direkt mikrovågsapplikatorsystem som utvecklades under förstudieprojektet och som stödjer detta projekt. Målet att förverkliga ett kontrollerbart mikrovågsuppvärmningsinstrument har uppfyllts. Mittuniversitetet (MIUN) har tillsammans med PercyRoc och Uppsala universitet inlett ett nytt samarbete med den nya partnern Altris och ansökt om ett fullständigt FoU-projekt där denna teknik skulle kunna skalas upp och leda till en kommersiell exploatering i Altris-batterier. Huvudresultatet i projektet relaterat till grafen är att användningen av grafen i kombination med kisel kan ge en hög prestanda i Li-ion-batterier. Grafit är det konventionella anodmaterialet i litiumjonbatterierna och har många fördelar. Men för att öka lagringskapaciteten behöver man använda kisel som har mycket högre Li-ion lagringskapacitet. Men enbart kisel kan inte användas i anoden eftersom kisel har flera nackdelar såsom låg konduktivitet. Men en liten mängd nanokisel kan läggas till grafenanoden för att öka lagringskapaciteten. Grafen är en potentiell kandidat i kombination med nanokisel som anod i Li-ion-batterier. MIUN har universitets- och industripartners och vi har experter som arbetar inom detta område. -
Mot biobaserad cirkulär ekonomi för industriella applikationer: Grafenbaserat, elektromagnetiskt kompatibilitetsmaterial
RISE, Atlas Copco, Biofibertech, EMC Services, Graphmatech, Megger, Meva Energi.
Hans Grönqvist, RISE mars 2021 – september 2022 Syfte och mål Projektet syftar till att ersätta material som används för att säkerställa elektromagnetisk kompatibilitet med ett mer miljövänligt […] Syfte och mål Projektet syftar till att ersätta material som används för att säkerställa elektromagnetisk kompatibilitet med ett mer miljövänligt och återvinningsbart alternativ. Den föreslagna metoden bygger på cirkulär ekonomi. Metoden som ska testas är att blanda grafen i en komposit, som sedan formsprutas. Denna komposit kan vara biobaserad. Dessutom kommer skärmande material, främst nickel och aluminium, att ersättas med grafen. Deltagare i projektet är tillverkare av grafen och slutanvändare som Atlas Copco Industrial Technique och Megger. Utvärdering av materialet kommer ske med avseende på både elektriska och mekaniska egenskaper. När det gäller utvärdering av elektriska egenskaper ska detta göras dels på testbitar där EMC Services och RISE IVF kommer utföra ett jämförande test mellan det producerade grafenbaserade materialet och en bra ledare, och dels på produktnivå där ett handtag för en elektriska verktyg kommer testas i en EMC-LAB. -
Porösa grafenstrukturer för energilagring
Bright Day Graphene, RISE
Malin Alpsten, Bright Day Graphene Mars 2021 – november 2021 Syfte och mål Projektet avsåg utforska möjligheten att skapa porösa 3D-strukturer av Bright Day Graphenes biobaserade grafen. Det porösa grafenmaterialet […] Syfte och mål Projektet avsåg utforska möjligheten att skapa porösa 3D-strukturer av Bright Day Graphenes biobaserade grafen. Det porösa grafenmaterialet skulles sedan testas som superkondensatorelektroder och litiumjonbatterianoder. De elektrokemiska testerna har utförts av RISE Bio and Organic Electronics. Projektet var ett lyckat första steg mot en produkt som kan utnyttja grafenets bästa egenskaper: hög specifik yta samt elektrisk ledning på ett optimalt sätt för energilagring. Resultat och förväntade effekter Det går att skapa porösa strukturer av Bright Day Graphenes biobaserade grafen. Dessa bildar stabila elektrodstrukturer utan att additiv behöver tillsättas. De elektrokemiska mätningarna visar att materialet har goda egenskaper som superkondensatorelektrod och att det eventuellt kan bidra till snabbladdning i litiumjonbatterier. Ytterligare arbete bör genomföras för att optimera receptet så att maximal specifik kapacitans kan uppnås, samt för att göra mer genomgående studier av materialets egenskaper som litiumjonanoder. Upplägg och genomförande De porösa strukturerna syntetiserades med Bright Day Graphenes biobaserade grafen som bas i Bright Day Graphenes lab. Av dessa bildade RISE elektroder som testades med CV (ström-spänning) och galvanostatiska mätningar, på vilka beräkningar kunde göras av den specifika kapacitansen. Materialet applicerades på koppar och testades som litiumjonanod i en T-cell mot en katod baserad på LiNiCoMn2. -
Utveckling av polymera kompositer med grafen för SLS-applikationer
Graphmatech, Uppsala universitet
Andrea Spanou, Graphmatech 1 mars 2021 – 1 september 2021 Resultat Huvudmålet med detta projekt var att producera polymer-grafen-kompositpulver för SLS (Selective Laser Sintering)-printning. Det övergripande förväntade resultatet var att erhålla elektriskt […] Resultat Huvudmålet med detta projekt var att producera polymer-grafen-kompositpulver för SLS (Selective Laser Sintering)-printning. Det övergripande förväntade resultatet var att erhålla elektriskt ledande delar med god strukturell integritet. Dessutom genomfördes denna genomförbarhetsstudie för att utvärdera om polymer-grafen-kompositpulver kunde erhållas med en skalbar process och potentiellt skulle kunna tillåta avstämbar laddning av grafen i polymerpulvret, vilket är en begränsning vid användning av andra tekniker. Bra partikelstorlek, sfärisk morfologi och grafenretention i matrisen var önskade resultat. Denna genomförbarhetsstudie gav mycket lovande resultat. Sfäriska partiklar framställdes med användning av polymerextrudering. Dessutom fanns det bra grafenretention i matrisen vilket var synligt på mikrofotografier. Ytterligare arbete behöver göras för att förbättra partikelstorleken för effektiv partikelextraktion. För att uppfylla det övergripande målet att erhålla ledande pulver för att 3D-printa elektriskt ledande delar användes ett annat tillvägagångssätt – beläggning av SLS-partiklar med grafen. Beläggningen av partiklarna var mycket framgångsrik och gränsen för att behålla grafen på partiklarna med bibehållen morfologi och partikelseparation identifierades. Elektriskt ledande delar med mycket god strukturell integritet skrevs ut framgångsrikt med standard PA-inställningar. Delarna integrerades i enkla funktionella elektriska kretsar med stor framgång. Det är värt att nämna att vi använde en process för att producera dessa pulver helt utan giftiga kemikalier och med noll biprodukter. Sammantaget var det mestadels en framgångsrik förstudie. De flesta av målen har uppnåtts och resultaten är mycket lovande för fortsättningen av studien, publicering av vetenskapliga artiklar samt lansering av en produkt. Konduktiviteten som uppnåddes till den utskrivningsbara gränsen var bättre än vad som tidigare har rapporterats i litteraturen och såvitt vi vet finns det inga ledande polymerbaserade pulver tillgängliga på marknaden, särskilt för de applikationer som detta pulver kan rikta in sig på. Samverkan kring kommersiella grafentillämpningar, våren 2020
-
Elektriskt ledande kompositmaterial för additiv tillverkning
Mittuniversitetet, 2D fab och Wematter
Henrik Andersson, Mittuniversitetet 31 maj 2020 - 30 november 2020 Resultat I denna genomförbarhetsstudie har vi undersökt möjligheten att producera elektriskt ledande polyamid (PA) material med grafen. Materialet är avsett […]Resultat
I denna genomförbarhetsstudie har vi undersökt möjligheten att producera elektriskt ledande polyamid (PA) material med grafen. Materialet är avsett att användas i additiv tillverkningsteknik (AM) pulverbäddfusion. Därför måste den vara kompatibel med matningsmekanismen i AM-systemet och även med lasersmältningen under bearbetningen. Målen med genomförbarhetsstudien har varit:- Att identifiera lämplig grafen som kan blandas med polyamidpulver.
- Att blanda PA-pulver med utvald grafen från de utvalda källorna och karakterisera pulvrets egenskaper och det trögflytande flödet för att undersöka om materialet kunde vara lämpligt att använda i Wematters AM-maskiner.
- Välja den mest lovande blandningen av PA-pulver/grafenmaterial och smält kompositen för att observera egenskaperna.
- Konsortiebyggande aktiviteter och föreslå hur man kan gå vidare med utvecklingen och tillämpningen av ett innovationsprojekt.
-
Förbättrade egenskaper hos additivt tillverkade metaller genom tillsats av grafen
Mittuniversitetet, Amexci, Carpenter Powder Products, GE Additive-Arcam EBM, Graphmatech och Luleå tekniska universitet
Carlos Botero, Mittuniversitetet Maj 2020 - november 2020 Syfte och mål Målen för projektet har uppfyllts. En förstudie har genomförts där pulver i 316L belagt med grafen har […] Syfte och mål Målen för projektet har uppfyllts. En förstudie har genomförts där pulver i 316L belagt med grafen har testats i två olika additiva metoder PBF-E och PBF-L. Båda metoderna är lovande för den här typen av modifierat pulver och projektet har levererat en omvärldsanalys inom området additiv tillverkning i metall och grafen. En ansökan för en patentlandskapsanalys har tagits fram och ett nytt konsortium har utvecklats och en ny ansökan till SIO Grafen har tagits fram. Resultat och förväntade effekter Förväntade effekter på kort sikt:- Nya finansieringsmöjligheter
- Patentlandskapsanalys
- Nya affärer för företagen
- Nya industriella forskningsprojekt
- Vetenskapliga artiklar
- Ökad konkurrenskraft för svensk industri
- Stärkt kompetens inom additiv tillverkning och grafen i Sverige
- Öka användning av additiv tillverkning och grafen i Sverige
- Utökade och breddade affärsmöjligheter
- Material med förbättrade mekaniska och tribologiska egenskaper
- Minskad vikt för vissa applikationer/produkter
- Tillgängliggöra nya pulver för additiv tillverkning
-
Grafenförstärkt koboltfri katod för nästa generations högspännings 5V litiumjonbatterier
RISE, Graphmatech och KTH
Anwar Ahniyaz, RISE Maj 2020 - november 2020 Syfte och mål Graphmatech utvecklade en industriell relevant och skalbar metod för beläggningen av LNMO med de olika grafenmaterialen, grafenoxid […]Syfte och mål
Graphmatech utvecklade en industriell relevant och skalbar metod för beläggningen av LNMO med de olika grafenmaterialen, grafenoxid och reducerad grafenoxid. Vid KTH tillverkades pouchceller, bestående av de nyutvecklade avancerade grafenbelagda LNMO katoderna, EMC/EC 1M LiPF6 som elektrolyt samt grafitanoder. I den preliminära studien visade de grafenmodifierade högspännings katodmaterialen ha märkbara fördelar i cyklingsstabilitet i jämförelse med de obelagda högspännings katodmaterialen.Resultat och förväntade effekter
Projektet har identifierat potentiella grafenbaserade fyllmedel (grafen, grafenoxid och reducerad grafenoxid) och högspänningskatoden, LNMO, vilken har en stor potential att förbättra de elektrokemiska egenskaperna hos högspännings-litiumjonbatterier. Den identifierade grafenbeläggningsmetoden kan användas för att utveckla grafenbelagda och grafenbundna LNMO-pulver. De preliminära resultaten indikerade en märkbar ökning i elektrokemisk prestanda för den grafenbelagda högspänningskatoden, LNMO jämfört med den obelagda.Upplägg och genomförande
Projektet strukturerades upp i 3 arbetspaket (WPs). Arbetspaket 1 tillägnades samordning och konsortiekonstruktion inom projektet. De andra två arbetspaketen ansvarade för materialval, materialutveckling (2)och prestandaanalys (3). Periodiska uppdateringsmöten hölls varannan vecka med alla partners. Konsortiet säkerställde ett nära samarbete mellan SME, akademin och institutet vilket resulterade i positiva resultat som potentiellt kan leda till större projekt med fokus på optimering av material, processer och karakteriseringsverktyg framtagna i denna förstudie. -
Grafenpapper för elektrokatalytisk produktion av H2O2
Linköpings universitet, 2D fab, Ahlstrom-Munksjö och RISE
Magnus Berggren, Linköpings universitet 4 maj 2020 - 30 april 2023 Syfte och mål Detta projekt riktar sig till forskning, utveckling och tillämpning av grafenpapper för elektrokatalytisk produktion av väteperoxid (H2O2) […]Syfte och mål
Detta projekt riktar sig till forskning, utveckling och tillämpning av grafenpapper för elektrokatalytisk produktion av väteperoxid (H2O2) i stor skala. Väteperoxid (H2O2) är i centrum för en revolution inom industriell grön kemi, men den håller också nyckeln till framtida effektiv, billig och säker energiteknologi. Det firas som ett hållbart reagens eftersom dess enda biprodukter är vatten och syre. H2O2 innehåller en hög fri energi (120 kJ / mol) och denna energi kan frigöras på många sätt, till exempel genom bränsleceller och förbränningsmotorer. Det saknas elektrolysteknologi för att effektivt producera H2O2 genom en skalbar, ekonomisk och miljövänlig process via elektrokatalys. Grafen erbjuder stor ytarea, är mycket ledande och har visat sig vara utmärkt som elektro-katalysator som utför reduktion av syregenererat H2O2.- Inom projektet syftar vi till att utveckla en grafenpapper-elektrodteknologi för att producera H2O2 med stora hastigheter och hög effektivitet, och genom att använda en skalbar och grön elektrodteknologi, med syfte att:
- Skapa hög stabilitet under elektrolytisk drift i vattenhaltiga media,
- Uppnå ett stort specifikt elektrodområde och porositet,
- Optimera balansen mellan H2O och O2 mot elektrodytan, porositeten och en kö/gasflöde med hjälp av transport- och enhetsmodelleringsmetoder tillsammans med mikroskopi,
- Förstå de grundläggande begränsningarna för elektrokatalytisk produktion av H2O2, och
- Att utveckla elektrodinställningar tillsammans med en demonstration för att producera H2O2 med hög effektivitet, stor skala och hög hastighet. Elektriskt funktionaliserat papper möjliggör nya möjligheter för pappersindustrin.
-
IR-detektorer baserade på CVD-grafen
Senseair, Högskolan i Halmstad, KTH, RISE.
Sri Iyer, Senseair 11 maj 2020 - 12 november 2021 Resultat Vi har i det här projektet lyckats förevisa absorption av infrarött ljus vid skräddarsydda våglängder från hybridkomponenter baserade på […]Resultat
Vi har i det här projektet lyckats förevisa absorption av infrarött ljus vid skräddarsydda våglängder från hybridkomponenter baserade på grafen och metallantenner som stämmer väl överens med teoretiska modeller. Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften ”Sensors” under 2021, vilket ger ett kvitto på den vetenskapliga och innovativa nivån på arbetet. Vi lyckades också få till en hög täckningsgrad för grafen på substraten på 4-tumsskivor efter våtöverförings-processen, vilket verifierades av Raman-spektrum upptagna före och efter denna. Vidare kunde vi se en utmärkt ohmisk karakteristik för strömmen genom komponenterna efter överföringen av grafen ovanpå antennmatrisen, vilket visar att grafenskiktet transporterade laddningsbärare som tänkt. Detta demonstrerar även att monolagergrafen fungerar väl för tillverkning av transparenta elektroder på skivskala. Det första huvudmålet för projektet var att tillverka detektorer baserade på CVD-grafen med stor yta och kopplade metallantennelement. Eftersom vi kunde visa optisk absorption i relevanta delar av spektrum så uppfylldes detta mål delvis. Vi noterar dock att det fortfarande behövs mer arbete för att kunna visa en tydlig elektrisk signal från detektorerna som är lätt att mäta. Det andra huvudmålet för projektet var att utreda hur tekniken kan skalas upp för industriella tillämpningar och här kan vi konstatera att processen som utvecklats i projektet är enkel att skala upp till stora volymer och även går att modifiera för att fungera med olika substrattyper för stora ytor. Den viktigaste insikten från detta projekt är att det är mycket utmanande att få fram en effektiv interaktion mellan grafen och antennstrukturer, vilket är en nyckelparameter för en förbättrad komponentdesign. Givet vad som fortfarande behöver göras och utredas för att optimera detektorsignalen utöver övrigt arbete i en produktifieringsprocess så är det ett rimligt antagande att det kommer ta mer än 5 år innan det går att presentera en färdig produkt som kan tillverkas i industriell skala. Med detta sagt så har tekniken stor potential och den nödvändiga expertisen för att fortsätta den tekniska utvecklingen och optimeringen finns i huvudsak redan i nuvarande projektkonsortium. -
Kiselgrafen-komposit elektrod för litiumjonbatterier
Mittuniversitetet, 2D fab och Vesta Si
Magnus Hummelgård, Mittuniversitetet Maj 2020 - november 2022 Syfte och mål FoI-projektets mål är ett proof-of-concept för en ny kisel-grafenkomposit som är lämplig för storskalig produktion. Denna grafenkomposit, […]Syfte och mål
FoI-projektets mål är ett proof-of-concept för en ny kisel-grafenkomposit som är lämplig för storskalig produktion. Denna grafenkomposit, utvecklad i en tidigare förstudie, är framtagen som ett högpresterande anodmaterial i litiumjonbatterier. När kompositen används som elektrodmaterial i batterierna, leder det till en viktig ökning av batteriernas energilagringskapacitet jämfört med dagens grafitelektroder. En viktig aspekt är att kompositens syntesmetod möjliggör storskalig implementering. Den tekniska prestandan för denna nya typ av elektrodmaterial visar en klar förbättring av litiumjonbatteriets lagringskapacitet. Marknaden för dessa batterier växer med 20% varje år, drivet av den snabbt växande behovet av elfordon. Marknaden för anodmaterial för litiumjonbatterier, som är målet för detta projekt, är idag cirka 200 000 ton grafit till ett värde av cirka 40 miljarder kronor. Inom projektet har de två materialföretagen 2D Fab och Vesta Si möjligheten att tillgodose detta marknadsbehov av anodmaterial om den högpresterande kompositen vidareutvecklas. De två företagen kommer tillsammans med Materialgruppen vid Mittuniversitetet och Battericentret vid Uppsala universitet, att utveckla grafen-kiselkompositen. I fem arbetspaket kommer en fullständig förståelse av processmetoden för kompositen att tas fram och korrelera den med elektrokemiska prestanda hos battericeller. Ett slutligt arbetspaket fokuserar därefter på att assimilera den utvecklade tekniken i de deltagande företagen och planera för en slutlig IoD-demonstrator. -
NaGrams – Möjliggöra natriumjon-batterielektroder med skräddarsydd grafen-mikrostruktur
Graphmatech, Altris och Uppsala Universitet
Tommi Remonen, Graphmatech 2 maj 2020 - 1 september 2020 Resultat Det övergripande målet med projektet var att hitta flera olika verktyg för att snabba på utvecklingen och optimeringen av […]Resultat
Det övergripande målet med projektet var att hitta flera olika verktyg för att snabba på utvecklingen och optimeringen av Grafen/Fennac-blandningar till batterielektroder, samt att med hjälp av dessa resultat identifiera nyckelparametrar och sätta upp utvecklingsstrategier för nästa steg. Vi utvecklade tekniker för att belägga Grafen/Fennac-batterimaterialet på elektroder, med liknande tjocklekar som tidigare formuleringar (det vill säga referensen, innehållande endast kol) och lyckades även minimera sprickbildningarna för dessa nya formuleringar. Vi lyckades också finna minst två verktyg - ledningsförmågan (x,y,z) samt morfologierna, som kunde användas för att snabba på utvecklingen. Dessa kartlades och jämfördes med andra relevanta mätdata och battericellernas egenskaper (knappceller). Utifrån detta lyckades vi ta fram hur man inte ska göra vid tillsats av grafen till beläggningarna, och identifierade minst en strategi som var framgångsrik. Detta gör att vi har verktygen, kan fokusera, samt skissa upp strategin för det framtida utvecklingsarbetet. Lärdomarna kring grafenets användande var att det ändrar flera av elektrodernas och formuleringarnas egenskaper, och kompromisser behövs då processbarheten, sprickbildningen, torktiderna etcetera behövde tas i beaktning (inte bara batteriprestandan). Vi har verifierat att ansatsen att ”blanda och se vad som händer” inte på bästa sätt nyttjar de goda egenskaper som grafen har. Därför vill vi fortsätta driva utvecklingen mot att med mer avancerade metoder integrera grafen i batteriet för att maximera effekten. Detta inkluderar grafenmodifieringar, ytbeläggning av aktiva partiklar och förbättrade bindemedelsinteraktioner – allt för att säkerställa elektrisk kontakt med mindre kol än det som används i dag (det vill säga högre kapacitet). Vi har en bra kompetens i konsortiet för att driva utvecklingen framåt, men det vore intressant att undersöka samarbeten med möjliga batteritillverkare och slutanvändare, för att kunna snabba på möjlig marknadsintroduktion inom 3-5 år. -
Optimera grafeninnehållande biobaserade beläggningar för korrosionsskydd av varmförzinkat stål
RISE, SSAB och PTE
Maziar Sedighi Moghaddam, RISE 4 maj 2020 - 3 oktober 2022 Syfte och mål SSAB-patenterade GreenCoat BT, biobaserad teknik för spolbeläggning ger långvarig korrosionsskydd på varmförzinkat stål, speciellt för byggindustrin. För […]Syfte och mål
SSAB-patenterade GreenCoat BT, biobaserad teknik för spolbeläggning ger långvarig korrosionsskydd på varmförzinkat stål, speciellt för byggindustrin. För att bredda de kommersiella tillämpningarna bör det redan starka korrosionsbeständigheten förbättras ytterligare. Projektet syftar till att använda grafen som en barriärtillsats för att förbättra korrosionsbeständigheten hos GreenCoat BT-coated stål. -
Pluto Conductive
Provexa Technology, Chalmers, Chalmers Industriteknik, Nilar, Provexa och RISE
Christian Werdinius, Provexa Technology 18 maj 2020 - 18 november 2022 Optimering av reduktionsgrad och grafenorientering i Provexas korrosionsskyddande ytbeläggning Pluto – för att uppnå högre elektrisk konduktivitet för bland annat […]Optimering av reduktionsgrad och grafenorientering i Provexas korrosionsskyddande ytbeläggning Pluto – för att uppnå högre elektrisk konduktivitet för bland annat fordons- och energilagringsapplikationer.
Syfte och mål
Målet är att utveckla en elektriskt ledande grafenbaserad ytbeläggning med korrosionsbeständighet, definierade friktionsegenskaper, samt en process som är uppskalningsbar där egenskaperna kan demonstreras i verkliga applikationer. Genom att använda grafen kan vi uppnå flera egenskaper samtidigt; hög elektrisk konduktivitet, goda mekaniska egenskaper, goda korrosionsegenskaper samt jämn skikttjocklek via elektrofores. Marknaden för ledande ytbeläggningar är stor och kommer öka ytterligare, bland annat på grund av elektrifieringen av fordonsflottan. Men även i andra produktsegment med stark tillväxt, såsom energilagring, fordras elektriskt ledande skikt med god korrosionsbeständighet. Vi har redan uppnått förhöjd konduktivitet, men inte tillräckligt hög för att lösa de krav som finns i många applikationer. I projektet vill vi utnyttja grafenets fulla potential genom att systematiskt studera och styra grafenoxidens reduktionsgrad och orientering i ytbeläggningen. Arbetet i projektet kommer att ske iterativt i flera faser med löpande tester i såväl labb som fält. Projektets deltagare är Provexa Technology AB, Provexa AB, Nilar AB, Chalmers Industriteknik, Chalmers Tekniska Högskola och RISE. -
Utveckling av grafenbaserad antibakteriell yta för medicintekniska produkter – Effektiv, säker och prisvärd
Wellspect HealthCare, 2D fab och Chalmers
Martin Lovmar, Wellspect HealthCare 31 maj 2020 - 31 maj 2022 Syfte och mål Vårdrelaterade infektioner (VRI) är ett allvarligt globalt problem som årligen adderar ca €7 miljarder i direkta kostnader […]Syfte och mål
Vårdrelaterade infektioner (VRI) är ett allvarligt globalt problem som årligen adderar ca €7 miljarder i direkta kostnader för europeisk sjukvård. Majoriteten av VRI kan kopplas till användningen av invasiva medicintekniska produkter som utgör en plattform för bakterier att kolonisera. Detta ger i sin tur ger upphov till infektioner och ökad risk för utveckling av antibiotikaresistens. En effektiv, säker och prisvärd antibakteriell yta som kan användas på medicintekniska produkter kan göra stor skillnad har därför ett substantiellt kommersiellt värde. I tidigare projekt stöttat av SIO Grafen har vi demonstrerat att en yta med upprättstående grafenflingor förhindrar bakteriekolonisation mycket effektivt. Den antibakteriella effekten beror på grefenets hydrofobicitet och unika 2D-struktur, vilket gör att de kan punktera bakterier som försöker kolonisera ytan. Den mekaniska bakteriedödande mekanismen gör denna yta extra lämplig för användning på medicintekniska produkter eftersom den har potential att fungera mot de flesta bakterietyper – inklusive antibiotikaresistenta stammar - och då den bara påverkar bakterier som försöker kolonisera ytan så induceras heller ingen ny resistensutveckling. Målet för detta projekt är utveckla processen för denna antibakteriella yta så att den blir användbar för användning på medicintekniska produkter och därigenom minska risken för att de orsakar infektion. Planen är att:- Utnyttja en nerskalad produktionsutrustning för att screena fler polymermaterial och grafenkvalitéer
- Undersöka och utveckla förbättrade produktionsmetoder
- Utvärdera och karaktärisera de antibakteriella egenskaperna av olika ytvarianter
- Göra en bedömning av möjligheterna och begränsningarna för att använda den grafenbaserade ytan för medicintekniska tillämpningar.
-
Vågledarswitchar med grafen för högfrekvenstillämpningar
Chalmers, Gapwaves, RISE och Saab
Chalmers Juni 2020 - september 2022 Resultat Ett grafen-ark applicerades över ett öppet gap på en vågledarstruktur. Elektromagnetiska simuleringar utfördes för att mäta prestandan för vågledaromkopplaren […]Resultat
Ett grafen-ark applicerades över ett öppet gap på en vågledarstruktur. Elektromagnetiska simuleringar utfördes för att mäta prestandan för vågledaromkopplaren av grafen över gapet. Switchdesignen är baserad på Gapwaves AB:s patenterade teknologi och täcker bandet 24 GHz–31 GHz. Den mellersta delen av vågledaren har en struktur för elektromagnetiskt bandgap (EBG) för att blockera vågen från att sändas, vilket gör att vågledaromkopplaren har ett AVläge. Ovanpå EBG-strukturen placerades ett ohmskt ark som representerar grafen och vågledaregenskaperna för olika resistiviteter för det ohmska arket beräknades. Vidare har vi funnit att värdena för grafen-resistiviteten på 0,5 Ohm/sq (ON) och 1 kOhm/Sq (OFF) är tillräckliga för att uppfylla specifikationerna för en insättningsförlust under 0,5 dB, returförlust över 25 dB och en isolering över 30 dB. För att extrahera resistiviteten hos grafen har en tillverkningsprocess utvecklats. Kiselchips användes som substrat för tillverkningen och mönstrades enligt vågledardesignen. Under tillverkningen har man upplevt att grafenöverföringsprocessen krävde många bearbetningssteg och var svår när det gäller reproducerbarhet. Resultaten från utvecklingen av tillverkningsprocessen var att processen för att överföra grafenet måste förenklas för att få en fungerande vågledaromkopplare och det finns ett behov av att förbättra processens reproducerbarhet. Efter tillverkning av vågledarkiselbaserade chipprototyper karakteriserades varje chip för att bestämma dess lämplighet som en plattform för att demonstrera grafenets beteende som en switch. Varje kiselbaserat chip karakteriserades med avseende på kortslutningar mellan skikten samt att se till att guldkuddarna (används för elektrisk anslutning till grafenet) var korrekt anslutna via grafenet. Vi undersökte också grafenöverföring till en Al-baserad vågledarstruktur. Al2O3-skiktet måste ge korrekt elektrisk isolering mellan Al-strukturen och Au-pelarna. Korsmätning av skikt där det inte borde finnas någon kontakt, eller mycket högt motstånd, mellan Al- och Au-skiktet utfördes. Mellan guldpelarna genom grafenet ska det finnas god ledningsförmåga. Men bara tre prototyper av flertal har varit användbara för att utföra en arkresistansmätning under applicerad gate-spänning, på grund av strömläckage mellan Au- och Al-skikten genom Al2O3. Även om bakslag avseende läckage och en förlängd tid på grund av utvecklingen av nya chiptillverkningsmetoder, kunde backgating av grafen på kiselbaserat 2D-strukturchip genom applicerat elektriskt fält framgångsrikt demonstreras. Efter demonstration av backgate-effekt på 2D-struktur, gjordes en stor ansträngning för att åstadkomma samma demonstration för en 3D-vågledarstruktur. Uppställningen skiljer sig från 2D-strukturen. Från botten och uppåt finns en aluminiumplåt med frästa kvadratiska pelare, där de mellersta metallryggarna är längre med samma höjd men rektangulär form. Ovanpå Al-plattan applicerades kaptontejp (polyimid) för att fungera som ett isoleringsskikt mellan Al-plattan och grafenet som appliceras ovanpå kaptontejpen. Efter grafenapplicering, skräddarsys kaptontejp och grafen med skalpell för att endast överbrygga de två metallryggarna med en stödpelare i mitten. En konstant ström applicerades över grafenet och Al-plattan kommer att ge ett elektriskt fält vilket ändrar grafenets motstånd och får grafenet att fungera som en omkopplare så vågledaren kan stänga vägen för vågen. Det överförda grafenet på kaptontejp innebar nya utmaningar som involverade både höga resistanser, mellan 2,7 kOhm–7 kOhm, och kontaktproblem. Kombinationen av kontaktproblem och hög motståndskraft hos grafen som överförts på kaptontejp gjorde att det tyvärr inte gick att demonstrera bakgrindeffekten på en 3D-struktur för tillfället. Uppfyllde ni de uppsatta målen och förväntningarna? Målet med projektet var att använda de justerbara ledande egenskaperna hos grafen för att inducera en omkopplingseffekt i vågledare för högfrekventa tillämpningar. Switchdesignen är baserad på Gapwaves AB:s patenterade teknologi och täcker bandet 24 GHz – 31 GHz. Vi har funnit att värdena för grafenresistiviteten på 0,5 Ohm/sq (ON) och 1 kOhm/Sq (OFF) är tillräckliga för att uppfylla specifikationerna för en insättningsförlust under 0,5 dB, returförlust över 25 dB och en isolering över 30 dB. Detta uppfyller WP 2.1.1, WP 2.1.2 och WP2.2.2 För att extrahera resistiviteten i grafen har en tillverkningsprocess utvecklats. Kisel användes som substrat för tillverkningen av vågledaren och mönstrades enligt vågledardesignen. Tillverkningsprocessen har optimerats enligt kravet på grafen för att fungera som en switch. Detta uppfyller WP 3.1.1, WP 3.1.2. Vi fann att repeterbarheten av grafenöverföringsprocessen var utmanande. Optimeringen av grafenöverföringsprocessen orsakade oplanerade förseningar i projektet. Vilken var den viktigaste grafen-/2D-materialsrelaterade insikten i projektet? Grafens fälteffekt är väl etablerad i litteraturen med många mycket citerade artiklar som visar fälteffektenheter med stor variation i enhetsegenskaper [1]–[6]. Grafens fälteffekt har visat sig modulera arkresistansen [7]. Betecknande nog är Al2O3 ett lovande material för gittermatchning i grafen. Detta gör att anordningar med hög rörlighet kan tillverkas med Al2O3- substrat. Detta är viktigt för våra föreslagna enheter eftersom vågledaren kommer att vara gjord av aluminium. När aluminium oxiderar kommer det att finnas en naturlig oxid av Al2O3 som täcker hela vågledaren med en tjocklek av cirka 5 nm. För andra vågledarmaterial och om ytterligare isolering är nödvändig kan ytterligare isoleringsmaterial införas. Till exempel är Kapton ett alternativ som vi tittade på under projektet. Vidare har grafenfälteffekttransistorer, GFETS, rapporterat rörlighet som sträcker sig från 10 till mer än 20 000 cm2/Vs [8, sid. 2]. För kemisk ångavsatt (CVD) grafen har rörligheter rapporterats upp till 350 000 cm2/Vs. CVDgrafen är viktigt att nämna eftersom det för närvarande är mest lovande kommersiellt. Vidare har grafen rapporterat elektromobilitet vid låga temperaturer upp till 200 000 cm2/Vs [9]. Dessa stora variationer i elektromobilitet översätter till stora variationer i arkmotstånd beroende på hur enheterna är tillverkade. Hur ser ni på framtiden för grafen inom ert tillämpningsområde – hur lång tid är det kvar till första produkten? Simuleringsresultat visade att resistivitetsintervallet som grafenarket behöver justeras inom intervallet 0,5 Ohm/sq (ON) – 1 kOhm/sq (OFF). Således har det visat sig genom simuleringar att grafen, när den integreras i en vågledare över gap, kan användas för att göra vågledaren till en switch. Dessa resistivitetsvärden är möjliga för grafen; dock täcker de ett stort spann. För att förenkla funktionen av omkopplaren är det önskvärt att ha ett mindre avstämningsområde för resistiviteten hos grafen-arket. I simuleringarna har det visat sig att switchens prestanda påverkas av grafenets längd och form, grafenresistivitet och vågledarparametrarna för gapet behandlades som konstanta i denna studie. Arbetet som presenteras i denna rapport visar potentialen och genomförbarheten av en kompakt switch utan rörliga delar, baserad på kombinationen av grafen och gap-vågledarteknik. Framtida arbete involverar justering och optimering av designparametrarna för att uppnå den specificerade växlingsprestanda för ett lägre resistivitetsområde. Detta kan åstadkommas genom en kombination av noggrann grafenbearbetning, anskaffning av grafen med hög elektromobilitet och justering av kapacitansen i strukturen för att möjliggöra ett stort inställningsområde för grafen med måttliga spänningar. Dessutom bör en undersökning av grafen FET-enheter, där resistiviteten kan ställas in över ett stort område, utföras. Dessutom, för att få en fungerande switch, bör grafenöverföringsprocessen optimeras ordentligt. Expertis inom grafentillverkning och renrumstillverkning bör övervägas för ett framgångsrikt framtida projekt. Finns det några partner eller expertis ni saknar för att gå vidare? Expertis inom simulering av grafenstrukturen samt expertis inom grafentillverkning kan vara till nytta för ett nytt projekt. Referenser [1] M. C. Lemme, T. J. Echtermeyer, M. Baus, and H. Kurz, “A graphene field-effect device,” IEEE Electron Device Letters, vol. 28, no. 4, pp. 282–284, 2007. [2] T. J. Echtermeyer, M. C. Lemme, J. Bolten, M. Baus, M. Ramsteiner, and H. Kurz, “Graphene field-effect devices,” The European Physical Journal Special Topics, vol. 148, no.1, pp. 19–26, 2007. [3] I. Meric, M. Y. Han, A. F. Young, B. Ozyilmaz, P. Kim, and K. L. Shepard, “Current saturation in zero-bandgap, top-gated graphene field-effect transistors,” Nature nanotechnology, vol. 3, no. 11, p. 654, 2008. [4] K. S. Novoselov, V. I. Fal, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab, and K. Kim, “A roadmap for graphene,” nature, vol. 490, no. 7419, pp. 192–200, 2012. [5] A. K. Geim, “Graphene: status and prospects,” science, vol. 324, no. 5934, pp. 1530–1534, 2009. [6] F. Schwierz, “Graphene transistors,” Nature nanotechnology, vol. 5, no. 7, p. 487, 2010. [7] S. De and J. N. Coleman, “Are there fundamental limitations on the sheet resistance and transmittance of thin graphene films?,” ACS nano, vol. 4, no. 5, pp. 2713–2720, 2010. [8] V. E. Dorgan, M.-H. Bae, and E. Pop, “Mobility and saturation velocity in graphene on SiO 2,” Applied Physics Letters, vol. 97, no. 8, p. 082112, 2010. [9] K. I. Bolotin et al., “Ultrahigh electron mobility in suspended graphene,” Solid state communications, vol. 146, no. 9–10, pp. 351–355, 2008. -
Värmeledande grafenband för att kyla elektronikkomponenter
Saab, Chalmers och SHT Smart High Tech
Ros-Marie Lundh 10 maj 2020 - 11 november 2022 Syfte och mål Elektroniska enheter blir mer kompakta och kraftfulla. Detta leder till högre värmeflöden vilket i sin tur gör […]Syfte och mål
Elektroniska enheter blir mer kompakta och kraftfulla. Detta leder till högre värmeflöden vilket i sin tur gör det utmanande att hålla temperaturer på optimal nivå under drift. Projektets mål är att utveckla ett värmeledande grafenband som appliceras och testas i en relevant miljö genom att tillhandahålla hög termisk konduktivitet och utmärkt flexibilitet för värmeavledning i flygplan, radar och laserapplikation. Grafenfilm förväntas kunna ersätta de flesta koppar- och aluminium-termiska band genom att tillhandahålla högre värmeledande förmåga och lägre vikt. Samtidigt har de grafenbaserade materialen också mekanisk hållfasthet som är kompatibel med de metallbaserade materialen. Stora fördelar med det nya grafenmaterialet är europeisk tillverkning och leveranskedja, underlättande av upphandlingar, att konkurrenskraften på den befintliga marknaden öppnas upp och att tillgången till nya marknader förbättras. Detta projektförslag omfattar Saab AB, Smart High-Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola där Saab kommer att leda projektet, utforma och utvärdera demonstranten under relevant miljö. SHT kommer att utveckla grafenfilmen med överlägsen termisk ledningsförmåga och flexibilitet som värmeledande grafenband. Chalmers kommer att karakterisera materialet och komponenten till kvaliteten på grafenets värmeledande band. Projektet kommer att lägga tonvikt på material-, komponent- och demonstrationsspecifikation, utveckling, montering och olika nivåer av utvärderingar, projektspridning och exploatering. Strategiska projekt 2020
-
Examensarbete grafen 2021
Programkontoret SIO Grafen, 2D-fab, Grafren, Graphmatech och SHT Smart High Tech
Elisabeth Sagström-Bäck, SIO Grafen december 2020 - juni 2022 Syfte och mål Syftet med projektet var dels att öka småföretags intresse för att ta in examensarbetare och dels att […]Syfte och mål
Syftet med projektet var dels att öka småföretags intresse för att ta in examensarbetare och dels att öka civilingenjörsstudenters intresse av att arbeta med grafen och andra 2D-material. Genom projektet har fyra examensarbeten genomförts.Resultat och förväntade effekter
Ett av SIO Grafens effektmål är "2D-material är ett industriellt styrkeområde". För att uppnå målet krävs att företagen är arbetsplatser som kan växa genom att attrahera talanger. Projektet har givit fyra studenter möjlighet att genomföra ett examensarbete på ett företag och resulterat i flera fasta anställningar. De personer som inte stannat i företagen har skaffat sig värdefull kompetens och kan fungera som ambassadörer för 2D-material i sina nya roller. SIO Grafen fortsätter med erbjudandet om stöd för examensarbeten i ett nytt projekt, Svenskt hållbart grafen.Upplägg och genomförande
Projektet skapade ett erbjudande att söka stöd för maximalt 40 kkr för genomförande av ett examensarbete. Företaget behövde själva stå för lika stor kostnad som finansieringen via SIO Grafen. Erbjudandet har annonserats via SIO Grafens kommunikationskanaler som webbsidan siografen.se och sociala medier. Efter ansökning och godkännande har examensarbetet genomförts på företaget. -
Leverantörsguide grafen 2020
Programkontoret SIO Grafen
Jon Wingborg, SIO Grafen september 2020 - januari 2021 För ett grafenintresserat företag är det en utmaning att dels få en överblick över vilka grafenleverantörer som finns i världen, […] För ett grafenintresserat företag är det en utmaning att dels få en överblick över vilka grafenleverantörer som finns i världen, och dels se vilken profil de olika leverantörerna har. För att fylla gapet har SIO Grafen tagit fram en webbaserad Suppliers Guide för grafen och andra 2D-material. Här kan man bland annat söka på typ av grafen och 2D-material. SIO Grafens Suppliers Guide nås via SIO Grafens hemsida. Projektet bidrar till flera av de effektmål som SIO Grafen har, framförallt ”Ekosystemet har en hög internationell attraktivitet och synlighet” och ”Ny kunskap skapas och sprids i ekosystemet”. För den potentiella grafenanvändaren kommer den webbaserade Suppliers Guide ge en bättre översikt över kommersiellt tillgängligt grafen och andra 2D-material. Projektet har omfattat framtagande av ramverk inklusive webbgränssnitt samt insamling av uppgifter från grafenleverantörer. Insamling av uppgifter för att komplettera Suppliers Guide kommer efter projektet att fortsätta inom ramen för SIO Grafens programkontor. Länk till Leverantörsguiden grafen. Link to Suppliers Guide Graphene. -
Säker introduktion och nyttjande av grafen i svensk industri
Chalmers Industriteknik, Lunds universitet, RISE, Sahlgrenska universitetssjukhuset, Swerim
Sofia Öiseth, Chalmers Industriteknik december 2020 - september 2021 Grafen är klassat som nanomaterial och behöver hanteras på ett sätt som inte riskerar att skapa hälso- eller arbetsmiljöproblem. Dessutom […] Grafen är klassat som nanomaterial och behöver hanteras på ett sätt som inte riskerar att skapa hälso- eller arbetsmiljöproblem. Dessutom är grafen ett förhållandevis nytt material, med avseende på produktion och tillämpningar, och alla säkerhetsaspekter är inte fastställda än. Detta leder till att många företag känner en generell osäkerhet kring vilka krav som ställs på säkerhetsrutiner. Syftet med projektet är att ge vägledning för säker grafenhantering i industrimiljö. Målet är att underlätta införandet av grafen i svensk industri genom att skapa säkra rutiner. Projektet har genom samverkan mellan SIO Grafen och externa experter inom nanosäkerhet och arbetsmiljö, sett över risker specifikt relaterade till grafen. Aktuell toxikologi och arbetsmiljölitteratur med fokus på grafenhantering har sammanställts. Som hjälp för företagen har projektet utarbetat både allmänna och specifika rekommendationer för säker hantering av grafen eller grafeninnehållande material där råd ges med avseende på typ av grafen, arbetsmoment, exponeringsmätningar, avfallshantering, skyddsåtgärder och riskbedömning. Projektet inleddes med en workshop för att kartlägga grafenindustrins behov. Därefter engagerades företag i tre case-studier, med målet att förstå deras behov i detalj. Genom att sammanställa information om toxikologi och arbetsmiljö med avseende på grafenhantering samt utarbeta ett antal rekommendationer, har ett lättförståeligt kunskapsmaterial framställts. Intresserade företag inbjöds även till diskussioner med expertgruppen. Projektets resultat inklusive rekommendationer har sammanställts i en rapport och presenterades på en workshop i september 2021. Läs rapporten här. Se inspelningen från workshoppen här. -
Standardiseringscheckar grafen SMF 2020
Programkontoret SIO Grafen, 2D-fab, Bright Day Graphene, Grafren och Graphmatech
Elisabeth Sagström-Bäck, SIO Grafen maj 2020 - juni 2021 För en ny materialgrupp som grafen och andra 2D-material snabbt och effektivt skall kunna nyttiggöras behöver relevanta standarder finnas på […] För en ny materialgrupp som grafen och andra 2D-material snabbt och effektivt skall kunna nyttiggöras behöver relevanta standarder finnas på plats. För att verkligen få relevanta standarder krävs att svenska nyckelaktörer som grafenlevernatörerna deltar i standardiseringsarbetet. Projektet har uppfyllt sitt mål, att öka små- och medelstora företags engagemang i svenskt standardiseringsarbete om grafen. Det strategiska projektet har undanröjt hinder för svenska grafenleverantörers engagemang i standardiseringsarbete genom att stödja fyra små- och medelstora företags deltagande i SIS arbetsgrupp för grafen under 2020 och 2021. Detta har stärkt den svenska positionen inom grafenstandardisering. Ett inbjudan till små- och medelstora företag om att ansöka om en standardiseringscheck har marknadsförts via SIO Grafens hemsida siografen.se, via utskick, via sociala medier samt till Swedish Graphene Suppliers Association. Inkomna ansökningar har utvärderats av programchef och styrelsens ordförande. Fyra företag som tidigare inte deltagit i standardiseringsarbete har genom projektet aktiverats inom området. -
Svensk strategisk innovationsagenda för grafen – The Swedish strategic graphene innovation agenda
Programkontoret SIO Grafen, Linnkonsult, 2D fab, ABB, Chalmers, Graphmatech, Luleå tekniska universitet, Saab, SIO Grafens ekosystem
Elisabeth Sagström-Bäck och Johan Ek Weis, programkontoret SIO Grafen och Gunnar Linn, Linnkonsult september 2020 - september 2021 Det strategiska projektet tar fram en förankrad uppdatering av den svenska strategiska innovationsagendan för grafen. Innovationsagendan är en bas för […] Det strategiska projektet tar fram en förankrad uppdatering av den svenska strategiska innovationsagendan för grafen. Innovationsagendan är en bas för hela SIO Grafens strategi, vision, effektlogik och aktiviteter. Arbetet startade i september 2020 och pågick under 1 år. En arbetsgrupp under ledning av en processledare har haft huvudansvar för genomförandet. Hela grafennätverket har haft möjlighet att komma in med synpunkter via en öppen referensgrupp. I samband med SIO Grafens digitala möten Svenskt Grafenforum (oktober 2020) och årsstämman (februari 2021) genomfördes workshoppar. I maj gick agendan ut på en öppen konsultation till hela nätverket. Under hösten 2021 kommer den slutliga agendan att publiceras. -
Webbinarer 2020
Programkontoret SIO Grafen tillsammans med ekosystem grafen
Jon Wingborg, SIO Grafen maj 2020 - december 2020 När pandemin våren 2020 stängde ner samhället behövde behovet för att hålla igång och utvidga ekosystem grafen adresseras av SIO […] När pandemin våren 2020 stängde ner samhället behövde behovet för att hålla igång och utvidga ekosystem grafen adresseras av SIO Grafen. 30-minuters webbinarer om ett grafenrelaterat ämne varannan onsdag under stora delar av 2020 har varit ett viktigt verktyg i att bibehålla och utvidga ekosystemet under ett år utan möjlighet att träffas. Totalt hölls 25 webbinarier under året med totalt 219 unika tittare. Vid ungefär 2/3 av tillfällena var talarna inbjudna från SIO Grafens nätverk, vilket bidrog till möjligheter för dessa talare att sprida information och resultat. Projektet har bidragit till att totalt 219 personer har lärt sig mer om grafen. Av dessa deltagare så var cirka hälften deltagare som aldrig tidigare varit med på någon av SIO Grafens aktiviteter. Varje onsdag klockan 14.00 hölls olika typer av presentationer. Totalt hölls 25 webbinarier där ungefär 2/3 var med inbjudna talare, tidigare SIO Grafen projekt prioriterats vid val av presentatörer. Jämställdhet är en kontinuerlig del av SIO Grafens arbete och av de 25 presentationerna som hölls var 13 av kvinnor. Projektet har skapat en webbsida där alla genomförda webbinarer kan ses i efterhand. Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen 2019
-
Additiv tillverkning av metallkomponenter förstärkta med grafen – Addit-G
Swerim, Graphmatech, Quintus Technologies, Sandvik Additive Manufacturing och Uppsala universitet
Irma Heikkilä, Swerim juni 2019 - december 2020 Resultat De attraktiva egenskaperna hos grafen och integrationsmöjligheterna med metaller är av stort intresse för industrin vid tillverkning av komponenter […]Resultat
De attraktiva egenskaperna hos grafen och integrationsmöjligheterna med metaller är av stort intresse för industrin vid tillverkning av komponenter med förbättrade egenskaper. Projektet har demonstrerat att grafen-metall-kompositer tillverkade från pulverråvara uppnår intressanta och förbättrade materialegenskaper jämfört med rena metalliska material. Materialen i undersökningarna var funktionaliserat grafen integrerat till Cu- och AlSi10Mg matrix. I tillverkningen har den additiva tillverkningstekniken Fused Deposition Modeling (FDM) och efterföljande processteg ingått. Arbetet i projektet syftade till att förbättra de termiska och mekaniska egenskaperna av materialen. Det utvecklade grafen-Cu hybridmaterialet uppnådde över 50% förbättringar i hårdhet, hållfasthet och duktilitet samt de termiska egenskaperna förbättrades med över 15 % med hjälp av grafen som tillsats i materialet. Olika mängder grafen testades. På grund av stora förseningar av råmaterialleveranserna samt gällande arbetsrestriktioner under pandeminåren nådde utvecklingen av grafen-Al-kompositerna inte fullt ut. Den slutliga potentialen behöver utvärderas vid annat tillfälle. De utvecklade materialen har förbättrade materialegenskaper och är kommersiellt intressanta. Metoden öppnar även för många positiva attribut hos slutanvändarna såsom potential för lättare konstruktioner med förbättrade produktegenskaper. Dock måste de underliggande mekanismerna studeras djupare och processvägar för framtagningar av olika produktformer optimeras. Det är gynnsamt att involvera slutanvändarna i utvecklingsarbetet. -
Förbättrad rostskyddsfärg med grafenadditiv
RISE KIMAB, ABB, Graphmatech och Tikkurila Sweden
Karin Beaussant Törne, RISE KIMAB 15 maj 2019 - 30 nov 2020 Resultat I detta projekt tillsattes kommersiellt funktionaliserad grafen till olika korrosionsskyddande beläggningssystem, en-, två- och tre-skiktsbeläggningar, med både vatten- och […]Resultat
I detta projekt tillsattes kommersiellt funktionaliserad grafen till olika korrosionsskyddande beläggningssystem, en-, två- och tre-skiktsbeläggningar, med både vatten- och lösningsmedels-baserad färg. Substrat i projektet var blästrat stål, kallvalsat stål och aluminium. En kombination av tekniker användes för att utvärdera rostskyddsegenskaperna hos de belagda metallpanelerna. Generellt var effekten av tillsatt grafen i organiska färger inte signifikant, där både positiva och negativa effekter slumpmässigt observerades. För att fullständigt uppnå det långsiktiga målet för detta projekt rekommenderas ytterligare karakterisering av de belagda panelerna för att förstå hur grafen dispergerades i beläggningsskikten. Detta är nödvändigt eftersom grafen förväntades fungera som både (i) mekanisk barriär för att skydda metallpanelen från frätande miljö och (ii) elektrisk ledare för att underlätta funktionen av zinkpartiklar i zinkrik primer som offeranod. Det finns fortfarande steg som behöver tas för att göra den slutliga produkten kommersiell. Först och främst måste grafens funktion och effekt för korrosionsskydd klargöras. Mängden grafentillsats och typ av kompatibel organisk färg, baserat på reologiska egenskaper, bör också klargöras. Därför är ett fortsatt långsiktigt projekt på minst två år med måleriföretag, funktionaliserad grafen-producenter, korrosionsforskare och slutanvändare viktigt för att driva fram ytterligare grundläggande forskning för att nå en kommersialiserad produkt. -
Funktionaliserad grafen som strukturell förbättrare av polymerer och beläggningar
Applied Nano Surfaces, Chalmers tekniska högskola, Smart High Tech och Alfa Laval Lund
Chao Xia, Applied Nano Surfaces 13 maj 2019-12 maj 2021 Syfte och mål Målet är att ta fram en formulering med optimal tribologisk prestanda och korrosionsskyddande egenskaper med hjälp av […]Syfte och mål
Målet är att ta fram en formulering med optimal tribologisk prestanda och korrosionsskyddande egenskaper med hjälp av funktionaliserad grafen. Målet att uppnå en stabil formulering med ökad livslängd där en förbättrad slitstyrka på minst 50% har uppnåtts. Ett annat viktigt mål är att uppfylla kraven i slutanvändartest med ökad livstid av 50 % i saltdimma. Slutanvändartest pågår fortfarande. Projektet har medfört ett förbättrat samarbete mellan svenska partner i form av företag och akademi.Resultat och förväntade effekter
En stabil formulering med ökad livslängd med en förbättrad slitstyrka på mer än 50% har tagits fram i projektet. Korrosionsskyddet för FG-vattenburen beläggning har visat sig vara jämförbart med kommersiell två-komponent lösningsmedelsbaserad beläggning där FG-beläggningen dessutom är mer miljövänlig. Slutanvändartest fortsätter efter projektet, målet är en ökad livstid av 50 % i saltdimma SHT, ANS, Chalmers och Alfa Laval har fått ökad förståelse för användning av grafen i sina produkter.Upplägg och genomförande
Projektet är en fortsättning av det tidigare projektet ´Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning´. I projektets början togs en kravspecifikation för formuleringen fram Formuleringen har utvecklats i en iterativ process, genom att ta fram en ny formulering och utvärdera resultatet. Den mest lovande formuleringen testades slutligen på prototyper hos slutanvändaren och utvärderas enligt kravspecifikationen. Merparten av arbetet har genomförts enligt plan trots COVID pandemin, däremot har test hos slutanvändaren försenats pga av reserestriktioner. -
Grafen i högtalarmembran
Marten, Chalmers, Transient Design
Jörgen Olofsson, Marten juni 2019 - juni 2022 Syfte och mål Även om många delar orsakar distortion i ljudljudsystem, är det högtalarna och de mekaniska egenskaperna hos dess […]Syfte och mål
Även om många delar orsakar distortion i ljudljudsystem, är det högtalarna och de mekaniska egenskaperna hos dess membran som lägger till den största bidraget till den totala förvrängningen. Ett idealhögtalarmembran ska vara styvt och väldigt lätt med låg distorsion (under 0,1 % i sitt arbetsområde). I verkligheten är det inte så, och inget membran kan ge de ultimata mekaniska kraven, även i avancerad utrustningsklass. I en tidigare genomförbarhetsstudie har vi visat att användningen av komposit framställd av grafenoxid och nanocellulosa som applicerades i form av en beläggning var kapabel att väsentligt förbättra prestanda hos traditionella papperskoner som utgör huvudmaterialet för högtalarmembran, både på små tweeter-kupoler samt för stora högtalarkoner. Det aktuella projektet kommer att fortsätta i den riktningen och kommer att rikta sig till high-end-sektorn för högtalartillverkning i syfte att designa självstående kompositmembran som består av grafenoxid och nanocellulosa. Genom att kapitalisera på dessa materials inneboende egenskaper kommer vi att sträva efter att visa att sådana kompositer i form av ett självstående membran kan konkurrera med de membran av diamanter eller keramik som beter sig bäst. Baserat på förståelsen för utmaningarna av sådan teknik som vi samlat kommer vi att utveckla tillverkningsmetoderna för membranet och undersöka grundläggande egenskaper, såsom mekaniska egenskaper under olika förhållanden I slutändan kommer vi också att rationalisera designen för att utvärdera möjligheterna att renodla tekniken till andra typer av högtalarkoner. -
Grafenförbättrad förgjuten cementvägg med isoleringsfunktion
Svenska Cement, Chalmers tekniska högskola och SHT Smart High Tech
Peter Andersén, Svenska Cement 20 maj 2019-20 nov 2020 Resultat Projektets mål var att utveckla grafenskum och vidare användning av materialet i betongkonstruktionen. Vi har framgångsrikt syntetiserat grafenskum, ett […]Resultat
Projektets mål var att utveckla grafenskum och vidare användning av materialet i betongkonstruktionen. Vi har framgångsrikt syntetiserat grafenskum, ett material som utvinns från grafenoxid med hjälp av grafitoxidering med efterföljande frystorkning. Både grafenoxid och grafenskum karakteriserades via optiska tekniker med svepelektronmikroskopi och användes för att ytterligare producera olika varianter av betongblock med grafenskum vars prestanda studerades. Betongblocken som förstärkts med grafenskum fick förbättrade mekaniska och ljudreducerande egenskaper. Vi uppnådde upp till 20 procent brusreducering genom att använda 50 procent grafenskum blandat med cement. När vi genomförde mikroskopiska karakteriseringar för att kartlägga orsakerna till de observerade resultaten identifierade vi ett sammankopplande poröst ihåligt nätverk mellan cementskikten i cementprovernas brottyta. Dessutom visade cementproverna med 50 procent grafen ha mer ihåligt utrymme än referensproverna. Detta innebär att skapande av mer hålrum leder till effektivare ljudreducering och bättre isoleringsegenskaper. Från den aktuella studien har vi därför dragit slutsatsen att grafenskum ger bättre isoleringsbeteende, något som Svenska Cement vill simulera funktionen av hos en sandwichvägg i betong i den verkliga applikationen. Sammanfattningsvis ser vi att den betongvägg som innehåller 50 procent grafenskum är starkare än den som i stället innehåller 50 procent luft. Vi ser också att ljudreduceringen ökar med upp till 20 procent jämfört med referensproverna. Nästa steg blir att ansöka om ett större projekt för att producera mer storskaliga volymer av grafenskum och ytterligare undersöka prestandan i en annan demostruktur. -
Grafenmodifierade kompositer för långtids- och högtemperaturapplikationer, steg 2
RISE SICOMP, GKN Aerospace Sweden, Nexam Chemical och Woxna Graphite
Guan Gong, RISE SICOMP 20 aug 2019-19 feb 2021 Resultat Detta projekt syftar till att vidareutveckla och optimera de teknologier som föreslagits i ett hypotesprov (LIGHTer/SIO Grafen gemensamt projekt 2017-02224) och […] Resultat Detta projekt syftar till att vidareutveckla och optimera de teknologier som föreslagits i ett hypotesprov (LIGHTer/SIO Grafen gemensamt projekt 2017-02224) och därmed ge tydliga bevis för att använda grafen som en effektiv diffusionsbarriär för att förbättra hållbarheten hos högtemperaturpolyimid (HT-PI) hartsbaserade kolfiberkompositer (CFRP) vid hög temperatur och aerobt tillstånd. Detta skulle kunna möjliggöra sådana kompositer för tillämpning i flygmotorers varma delar med nödvändig livslängd. Projektet genomfördes av samma fyra deltagare som i hypotesprovet – Woxna Graphite (kommersiell leverantör av grafit/grafen), GKN Aerospace Sweden och Nexam Chemical (slutanvändare/producenter) och RISE SICOMP (teknikutvecklare) med fyra tydliga fokus – material- och processutveckling av grafenmodifierad HT-PI-baserad CFRP, simulering av CFRP:s nedbrytningsbeteende under termisk oxidation för främst bedömning av driftstemperatur, övervakning och kontroll av nanosäkerhet samt spridning av information om projektet. Allt planerat arbete utfördes framgångsrikt och imponerande resultat uppnåddes. I projektet integrerades grafen i HT-PI-baserad CFRP, som ytskydd respektive som matrismodifierare. HT-PI-baserade CFRP:er, med och utan grafen, tillverkades, oxiderades sedan termiskt och testades på samma sätt för jämförelse. Utan modifiering av grafen minskade de mekaniska egenskaperna hos HT-PI-baserad CFRP representerad av "short-beam skjuvhållfasthet” (ILSS) med 56% och 84% efter att ha oxiderats termiskt vid 320°C under 500 timmar respektive 1000 timmar. När grafen agerar skyddslager som är jämnt belagt på kompositytan, bevaras 80% (efter 500 timmar) och 65% (efter 1000 timmar) av kompositens mekaniska egenskaper, respektive, vid en grafenbelastningstäthet av ~3x10 -6 g/cm2. När 0,5 viktprocent grafen dispergerades i HT-PI-matrisen, vilket är ~45 volymprocent av CFRP:n, minskade inte de mekaniska egenskaperna för den resulterande CFRP:n efter 500 timmar och 87% av egenskaperna bevarades efter 1000 timmar. Den simulerade kinetiska prestandan stämmer väl med de experimentella resultaten. Bland olika utmärkta egenskaper hos grafen är barriärfunktionen för ogenomtränglighet den mest önskade i detta projekt. Med den innovativa utvecklingen av material- och tillverkningsprocesser i projektet har vi uppnått målet och använt extremt låga mängder grafen för att uppnå mycket bättre hållbarhet mot luft vid höga temperaturer (> 300°C). Kunskapen och teknologierna kan tillämpas på andra flygplanskomponenter och andra tillämpningar som inte är begränsade till högtemperaturharts, där hållbarhetskraven är höga för kompositer beträffande oxidation och fuktighet över ett brett temperaturområde. Beroende på vilka delar och inom vilken industrisektor, kan en första produkt komma fram under kommande 3–5 år. Konsortiet har täckt hela värdekedjan i projektet. Deltagarna har tillräcklig kunskap, omfattande erfarenhet och ett brett nätverk, vilket gör dem redo att utvärdera projektets fulla potential. -
Multifunktionella grafenförbättrade termoplaster för luftfartstillämpningar
Saab, Chalmers, 2DFab, Linköpings universitet och UFABC (Brasilien)
Linnea Selegård, Saab Augusti 2019 - september 2022 Syfte och mål I detta projekt kommer vi att utveckla en ny grafenförstärkt termoplastkomposit med avseende på multifunktionalitet. Syftet är […]Syfte och mål
I detta projekt kommer vi att utveckla en ny grafenförstärkt termoplastkomposit med avseende på multifunktionalitet. Syftet är att avsevärt förbättra styrkan och att framkalla elektrisk ledningsförmåga med hjälp av grafenförbättringen av polymeren. Polyeterimid används som huvudprototyp, vilken är en relativt höghållfast och temperaturbeständig termoplast i sig. Genom kombinationen av experiment, modellering och simuleringar söker vi för att förstå grafen-polymer-interaktionen för att få ut den optimala grafen-dispersionstekniken. Projektet utförs i en tvärvetenskaplig och internationell miljö med experter på molekylära interaktioner, modellerings-/simulerings- och dispersionstekniker (dvs. Saab, 2D Fab, Chalmers, Linköpings universitet och UFABC-Brasilien). Detta ger oss en plattform som är avgörande för att utveckla grafenbaserade högteknologiska, lätta och hållbara termoplastmaterial som kan användas i krävande flygtekniska produkter, tillverkade genom antingen 3D-utskrift eller traditionella metoder. Ett problem med dagens termoplaster är att de inte har tillräckligt hög mekanisk hållfasthet för att konkurrera med epoxibaserade matriser vid produktion av strukturmaterial. Deras ledningsförmåga (elektrisk och termisk) är inte heller tillräcklig för att möjliggöra anpassad produktion av multifunktionella produkter och filmer. Grafen, ett material som uppvisar utmärkta mekaniska egenskaper tillsammans med en enorm elektrisk ledningsförmåga, har potential att förbättra dessa egenskaper och möjliggör genomförande av termoplastmaterial i nya störande, multifunktionella och flygtekniska lättviktstillämpningar.Projektet kommer att ha fyra kontaktpunkter:
- Undersökning av grafen-polymer interaktion och funktion. Detta område bygger kunskap om dispersionen och ger input till modellering och simuleringar.
- Dispersionstekniker och perkoleringströsklar för optimal multifunktion av den förstärkta termoplasten. Effekter av olika grafentyper identifieras i punkt 1.
- Modellering och simuleringar av fenomenen av materialets mekaniska och ledande beteende. Utvecklingen baseras på insatser från punkt 1 och 2.
- Erhållen multifunktionell förmåga baserat på testkampanj för mekanisk styrka och ledningsegenskaper. Kompletterad med inmatning från steg 1, 2 och 3.
Strategiska projekt 2019
-
Färdplan Energi
CIT Industriell Energi
Ingrid Nyström, CIT Industriell Energi april 2019 - december 2019 En Färdplan Energi för användning av grafen och andra 2D-material för energitillämpningar under perioden 2020-2030 har utvecklats. Syftet har varit […] En Färdplan Energi för användning av grafen och andra 2D-material för energitillämpningar under perioden 2020-2030 har utvecklats. Syftet har varit att synliggöra möjligheter med grafen i energiområdet där grafens egenskaper kan utnyttjas för att stärka konkurrenskraften och samtidigt bidra till möjlighet för Sverige att nå energimålen. Färdplanen bidrar till att identifiera områden där svensk industri är stark och innehåller rekommendationer för vad SIO Grafen och andra aktörer kan göra för att bidra till utvecklingen. I Färdplan energi rekommenderas att framåt prioritera fem områden för utveckling av energirelaterad grafenanvändning: elfordon, lagring av el och balansering av elnät, värmeväxlare och annan värmeöverföring, krafttransmission och distribution samt motorer, generatorer och turbiner. I rapporten föreslås mål för utveckling av grafen inom energiområdet till år 2025 och 2030 samt aktiviteter för aktörer, som SIO Grafen, andra forskningsaktörer, myndigheter och industri. Aktiviteterna omfattar t ex kunskapsspridning, nätverksbyggande och fortsatt kunskapsuppbyggnad. Projektet har genomförts genom en kombination av litteraturstudier och inhämtning av kunskap direkt från berörda aktörer. Litteraturstudien har främst bidragit med teknisk kunskap om möjliga grafentillämpningar inom energiområdet, deras utvecklingsläge och potential. Kontakten med berörda aktörer har skett genom två workshops, en enkät, deltagande i SIO grafens aktiviteter och i Flagship Graphenes konferens samt direkta kontakter. Dessutom har en referensgrupp med representanter från SIO Grafen aktivt följt och bidragit under hela projektet. -
Färdplan Tillverkning
Chalmers Industriteknik
Johan Ek-Weis, Chalmers Industriteknik november 2019 - juni 2020 Syftet med projektet var att ta fram en färdplan för SIO Grafens styrkeområde Tillverkning för perioden 2020-2030. Detta inkluderar materialtillverkning, […] Syftet med projektet var att ta fram en färdplan för SIO Grafens styrkeområde Tillverkning för perioden 2020-2030. Detta inkluderar materialtillverkning, karakterisering, processutveckling, testbäddar och produktionsutveckling av grafen. Syftet med färdplanen har varit att beskriva och synliggöra statusen av området idag men framförallt att identifiera vägen fram med mål och aktiviteter. Resultatet av projektet är en färdplan för styrkeområde Tillverkning som kan användas på flera sätt. Den sätter upp konkreta mål och aktiviteter för att nå dessa mål som det svenska grafennätverket kan samlas kring. Färdplanen beskriver dessutom hur grafenområdet ser ut idag med fokus på situationen i Sverige. Denna beskrivning kan användas för att enkelt få en överblick över statusen idag. Färdplanen (tillsammans med tidigare färdplaner inom SIO Grafen) kan dessutom användas som underlag för den agenda som ska tas fram för grafen i Sverige. Projektet har genomförts genom litteraturstudier och diskussioner med representanter från berörda aktörer. En referensgrupp bestående av viktiga aktörer har bidragit under hela projektet. Gruppen bestod både av leverantörer och användare av grafen. Svenska intressenter bjöds in till ett webinar där färdplanen beskrevs och det gavs möjligheter att påverka innehållet. En nästan färdig version skickades även ut i SIO Grafens nyhetsbrev för feedback från grafennätverket. Länk till Färdplan Tillverkning -
Round Robin 2019
Chalmers Industriteknik, KTH, RISE och Uppsala Synchrotronix
Johan Ek-Weis, Chalmers Industriteknik november 2019 - december 2020 Det finns många varianter av grafen och leverantörer specificerar inte materialet på ett likvärdigt sätt. De senaste åren har därför […] Det finns många varianter av grafen och leverantörer specificerar inte materialet på ett likvärdigt sätt. De senaste åren har därför tillgången på kvalitetssäkrat grafen visat sig vara en av de största utmaningarna för fortsatt utveckling av grafenområdet. Syftet med projektet var därför att utveckla och utvärdera karakteriseringsmetoder av grafen som kan fungera inom industrin. En enkel guide för hur fyra olika karakteriseringsmetoder kan användas har tagits fram. De många olika typerna av grafen kan leda till olika egenskaper hos slutprodukten. Det är därför viktigt att karakterisera grafenet som används. Det här projektet har ökat förståelsen kring vilka karakteriseringsmetoder av grafen som är industriellt gångbara och vilka resultat dessa ger. Projektet har ökat kunskapen om grafenkarakterisering hos fler aktörer och med fler analysmetoder. Med fler kunniga analysleverantörer utspridda över Sverige ökar tillgängligheten till dessa viktiga analyser. Svenska analysleverantörer kunde ansöka om att få bidrag för att analysera sex olika grafenmaterial med dynamisk ljusspridning (DLS), Raman, svepelektronmikroskopi (SEM) och termogravimetrisk analys (TGA). Tidigare projektledare för projekt inom SIO Grafen kunde påverka vilka grafenmaterial som undersöktes. Dessa material köptes in av SIO Grafens programkontor och omfördelades i anonyma behållare för att sedan distribueras till analysleverantörerna. De olika metoderna utvärderades med avseende på industriellt utnyttjande av grafen. Samverkan för kommersiella tillämpningar med grafen – hösten 2018
-
10 ton
2D fab, Ahlstrom-Munksjö Paper, SaltX Technology och Valmet
Roland Bäck, 2D fab 1 dec 2018 - 31 aug 2020 Resultat Projektet började med försök i olika pilotanläggningar. Redan i inledningen fick vi problem med haverier på pilotanläggningar vilket gav […]Resultat
- Projektet började med försök i olika pilotanläggningar. Redan i inledningen fick vi problem med haverier på pilotanläggningar vilket gav oss förseningar och fördyringar av projektet. Det är viktigt att påpeka att försöken vi genomförde inte var vållande till dessa haverier. Resultaten från pilotkörningarna låg sedan till grund för utformningen av specialutformade vitala delar i vår anläggning. I designen av processen har Valmet haft en betydande roll.
- De övergripande målen var att färdigställa en anläggning för en årlig produktion av 10 ton grafen. Processen ska vara miljövänlig och produkten ska vara av samma eller bättre kvalité än den vi kan tillverka i vårt labb. Dessa mål är nu uppnådda. Anläggningen är färdigställd och kan idag producera en produkt likvärdig den som tillverkas i labbskala. Vi har färdigställt en energieffektiv hydrodynamisk process för tillverkning av grafen. Våra ingående komponenter är grafit, vatten och i vissa fall vid speciella behov kan en mindre mängd dispergeringsmedel tillsättas.
- Vid projektets start hade vi ett begränsat utbud av utrustning för olika mätmetoder. 2D fab har därför under hela projektets gång tittat på olika apparater för att på rätt sätt kunna karaktärisera våra produkter.
- 2D fab levererar redan nu testmaterial till potentiella kunder. 2D fab har även kontakter med ytterligare potentiella kunder som vi förhoppningsvis kommer att bedriva utvecklingsprojekt med. Dessa kunder har behov av grafen för olika applikationer. Vi ser därför ett stort behov av att kunna kundanpassa våra produkter. För en kundanpassad produkt ser vi behov av att utveckla vår process ytterligare för att möta framtida kunders behov.
- 2D fab har för avsikt att kunna köra processen i ett läge för automatisk styrning till avsedd kvalité. För att kunna åstadkomma den processen har nyligen ett nytt Vinnovastött projekt startats.
-
Anisotropa egenskaper hos grafennanokompositer för högspänningsisolering
Chalmers och ABB
Xiangdong Xu, Chalmers 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Dagens stora efterfrågan på och utveckling av kraftelektronikbaserade lösningar för energiöverföring från förnyelsebara energikällor, medför att användandet […]Syfte och mål
Dagens stora efterfrågan på och utveckling av kraftelektronikbaserade lösningar för energiöverföring från förnyelsebara energikällor, medför att användandet av likspänd högspänningstransmission (HVDC) succesivt ökar. Detta innebär att dess högspänningsisolation ofta utsätts för omkopplingsöverspänningar, vilka avsevärt kan förkorta livslängden. En lösning på detta problem är isolationsmaterial med lämpligt utformade fältstyrningsegenskaper. Ett sådant material är grafen, vars anisotropa egenskaper vilka i kombination med låg vikt samt hög mekanisk hållfasthet är lämpliga i framtida isolationssystem. Särskilt kritiska är högspänningsgenomföring i transformatorer. Dessa utsätts för alla typer av påkänningar inkluderande såväl likström som snabba transienter. Detta innebär att materialvalet är viktigt. Att utnyttja grafens anisotropa egenskaper för att styra de elektriska fältnivåerna möjliggör nya konstruktioner med väsentligt förbättrad prestanda. För att uppnå detta måste materialets egenskaper utvärderas och kontrolleras. Detta kan göras genom utvärdering av materialets morfologi och elektrisk karakterisering. Projektet (en genomförbarhetsstudie) ska utföras i samarbete mellan industrin (ABB) och högskola (Chalmers). ABB är en av världens största tillverkare av högspänningsgenomföring och har ett intresse av att förbättra sina produkter. Chalmers har det kunnande och den utrustning som krävs för att uppnå nödvändig kompetens i testmetodik, beräkningar och mätning av materialegenskaper hos grafenkompositer. Dessutom kommer det svenska samhället i stort kunna dra nytta av en mer tillförlitlig elenergiförsörjning från förnybara energikällor, samt från en ökad kompetens i ny materialutveckling och karaktäriseringsmetodik.Resultat
Syftet med projektet var att förstå de anisotropa klassificeringsegenskaperna för elektriska fält för grafen-polymerkompositmaterial. Följande mål uppnåddes i projektet: 1. Utvecklade en elektrisk mätmetod för att studera de anisotropa elektriska fältklassificeringsegenskaperna för polymera material; 2. Testade och jämförde de anisotropa egenskaperna hos två typer av grafenpolymerkompositer mot två kommersiellt använda material; 3. Analyserade och förstod mätresultaten och materialegenskaperna genom beräkningar av finita elementmetoden (FEM). Resultaten av detta projekt hjälpte till att förstå de anisotropa såväl som de icke-linjära elektriska egenskaperna hos de två olika grafenpolymerkompositerna. Dessutom utvecklades elektriska testmetoder, instrumentering samt elektrodsystem för materialens anisotropa egenskaper. Dessa materialparametrar och testmetoder är grunden i utformningen av moderna högspänningstillämpningar. Design, prototypning och testning av nya typer av HVDC-komponenter med grafenkompositer som fältklassificeringsmaterial förutses. Projektets viktigaste insikt är att utveckla de bästa lämpliga elektriska mätsystemen som ska användas för anisotropa liksom icke-linjära elektriska egenskaper för karaktärisering av grafenkompositer. Utöver den elektriska karaktäriseringen av grafenkompositer studerades även morfologin hos materialproverna med svepelektronmikroskopi (SEM). SEM-resultaten visar tydligt fördelningen och orienteringen av grafenflagorna i polymermatris. Användning av grafenkompositer som fältklassificeringsmaterial vid prototypning av nya typer av högspänningseffektapparater kan uppnås om intensiv konstruktion, optimering och verifiering av material med hjälp av både datorsimuleringar och experimentella tester utförs. Det svåra har varit att balansera mellan det elektriska instrumentets mätkänslighet och mätområdet, detta hanteras av två system som är utformade för antingen hög känslighet eller stort mätområde. Ett annat förutsägbart problem i detta arbete är den konsekventa grafenförsörjningen av hög kvalitet för precisionstillverkning av elektriska fältklassificeringsmaterial, eftersom varje svag plats i materialet kommer att upptäckas av det elektriska fältet. En resurs som vi för närvarande saknar är en effektiv och effektiv grafenkarakteriseringsmetod som billigt och snabbt kan bestämma både koncentration och storlek på grafenflagorna i realtid under inblandning i polymerer. -
Deponering av grafenhaltiga beläggningar på stora ytor för olika funktionella tillämpningar
Chalmers, 2D fab, Federal-Mogul Friedberg, GKN Aerospace Sweden, Högskolan Väst, MAN Energy Solutions och TSE-Thermal Spraying & Engineering
Uta Klement, Chalmers 1 dec 2018 – 1 aug 2020 Resultat Målet med projektet var att utveckla grafenhaltiga beläggningar genom termisk sprutning. Både ett metalliskt och ett keramiskt matrismaterial testades. […]Resultat
Målet med projektet var att utveckla grafenhaltiga beläggningar genom termisk sprutning. Både ett metalliskt och ett keramiskt matrismaterial testades. De grafenhaltiga beläggningarna framställdes med olika spruttekniker (SPS, APS, HVOF och HVAF) och genom att använda materialblandningar samt en ny hybridmetod som möjliggör samtidig användning av pulver och grafensuspension. Karakteriseringen av beläggningarna med SEM- och Raman-tekniker visade att grafen-nanoplatelets (GNP) framgångsrikt kunde införlivas i bägge matrismaterialen genom att användas som råvara i suspensionen. Dock blev GNP delvis agglomererade, vilket en mindre GNP-storlek möjligen kan förhindra. Tribologiska tester på beläggningarna med metallisk matris har visat potentialen för att uppnå bättre prestanda i beläggningar som innehåller grafen. I de SPS-sprutade keramiska beläggningarna fördelades GNP över hela tvärsnittet av den kolumnära mikrostrukturen, men grafenet tenderade att företrädesvis förekomma i de interkolonnära luckorna. Värmebehandlingar och test med brännarrigg visade också att GNP i beläggningarna behöll sin strukturella integritet upp till 600°C. Eftersom beläggningens mikrostruktur kan varieras med sprayparametrarna, kan fördelningen av GNP kontrolleras och optimeras för olika funktionella tillämpningar. Projektets mål, att införliva grafen i termiska spraybeläggningar, uppnåddes. Optimering av beläggningarna vad gäller grafeninnehåll och distribution krävs fortfarande. Det fanns flera utmaningar och observationer som kommer att vara värdefulla för framtida termiska sprayexperiment med grafen och andra 2D-material, exempelvis i vilken utsträckning kulfräsning kan användas och hur den erforderliga viskositeten kan uppnås i suspensionen. En av de största utmaningarna ur bearbetningssynpunkt var att på ett tillförlitligt sätt introducera GNP-innehållande suspension under HVAF-sprutning på grund av det höga mottrycket och detta kommer att behöva åtgärdas i framtiden. Ett annat hinder var att mäta grafenhalten och distributionen i beläggningarna. Att samla erfarenhet och lösa dessa utmaningar kommer att bana väg för industriella tillämpningar av termiska spraybeläggningar med grafen och andra 2D-material (optimering av grafeninnehållet och inställning av lämplig mikrostruktur/porositet för respektive applikation). -
Funktionaliserade grafenkvantumpunkter som läkemedelsbärare
SHT Smart High Tech, AstraZenaca och Chalmers
Nan Wang, SHT Smart High Tech 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Resultat I denna förstudie syntetiseras grafenkvantprickar (GQD – Graphene Quantum Dots) och en funktionell grupp väljs för att fästa på […]Resultat
I denna förstudie syntetiseras grafenkvantprickar (GQD – Graphene Quantum Dots) och en funktionell grupp väljs för att fästa på ytan av GQD för att ha en positiv zetapotential för att attrahera mRNA. In-vitro-testresultaten visade att mRNA kunde fästas på de modifierade GQD:erna, men tillhörande celltoxicitet relaterat till det valda konjugatet var ett problem. Dessutom var GQD-mRNA-komplexen var ganska stabila, och till skillnad från lipidnanopartiklar, inte känsliga för skjuvkrafter eller frysning-tining-cykler. Genom dessa uppnådda resultat har målet med denna förstudie uppfyllts. I det framtida arbetet måste vi optimera den funktionella gruppen för att göra den mer biokompatibel. Vi behöver också en djupgående förståelse för den specifika reaktions- och frigöringsmekanismen mellan funktionaliserade grafenkvantprickar och mRNA, och hur systemet fungerar inom cellmiljön. En systematisk undersökning av dessa aspekter förväntas ta 2–3 år, och det tar förmodligen längre tid att nå en kommersiell produkt. -
Grafenförbättrad vattenrening
KTH och Sta Marie Water
Jiantong Li, KTH 1 dec 2018 - 30 sept 2019 Resultat Vattenrening är den vanligaste lösningen på de globala problem som orsakas av vattenbrist. Lågt motstånd mot biologisk nedsmutsning är […]Resultat
Vattenrening är den vanligaste lösningen på de globala problem som orsakas av vattenbrist. Lågt motstånd mot biologisk nedsmutsning är en av de vanligaste utmaningarna i den nuvarande vattenreningsteknologin. Vårt mål är att utveckla skalbara och billiga tekniker för att effektivt lösa problem med biologisk nedsmutsning och främja nuvarande vattenrening. I praktiken har vi utvecklat en unik bläckstråle-skrivarteknik för att tillverka rena grafenbeläggningar med mängder av vertikalt stående flagor. Deras antimikrobiella prestanda har utforskats genom två oberoende tester. I Hygicult TPC-testet är det mikrobiella antalet på de vertikala grafenbeläggningarna försumbar jämfört med den för horisontell grafenbeläggning. I cellinfärgnings-testet framkommer att endast de vertikala grafenproverna är utan fläckar. Vi drar därmed slutsatsen att de tryckta vertikala grafenbeläggningarna uppvisar utmärkt antimikrobiell prestanda. Med tanke på den enkla, skalbara och billiga bearbetningen med bläckstråleskrivare tror vi att tekniken har stor potential att ta itu med problem kring biologisk nedsmutsning och väsentligt bidra till den växande marknaden för vattenrening. Vi tror att den effektiva antimikrobiella prestandan hos vertikala grafenbeläggningar är resultatet av den unika 2D-flagsstrukturen för grafen och deras vertikala orientering, som interagerar med de mikrobiella cellerna på ett ortogonalt sätt och avsevärt ökar chansen att döda cellerna genom fysisk störning. Ett enkelt sätt att kommersialisera den vertikala grafenbeläggningstekniken är att integrera den med kommersiell vattenreningsteknik. Innan det behöver vi fortfarande skala upp bläckformulerings-tekniken, utveckla tryckprocessen på olika underlag (särskilt böjda ytor) och genomföra mer omfattande antimikrobiella tester (som livstid). Dessa tekniska aspekter kan behandlas eller förtydligas i ett uppföljande forskningsprojekt under de kommande 2–3 åren. -
Grafenförbättrade biobaserade beläggningar för korrossionsskydd av varmförzinkat stål
RISE och SSAB
Anwar Ahniyaz, RISE 26 nov 2018 - 25 maj 2019 Syfte och mål Grafen har unika mekaniska, elektriska och barriäregenskaper som gör den attraktiv för anticorrosions-beläggningstillämpningar. Enligt vår förstudie kan […]Syfte och mål
Grafen har unika mekaniska, elektriska och barriäregenskaper som gör den attraktiv för anticorrosions-beläggningstillämpningar. Enligt vår förstudie kan en tillsats av grafenflingor i polymererna förbättra filmens barriäregenskaper. I denna studie ska grafen integreras i SSABs patenterade gröna antikorrosionsbeläggning (GreenCoat) – en formulering för att ytterligare förbättra prestandan av korrosionsbeläggning på varmförzinkat stål. Projektets strategi är att få en god dispersion av grafenflingor i GreenCoat-formuleringen som därefter kommer att appliceras på varmförzinkade stålunderlag och sedan utvärderas. Ju bättre dispersionskvalitet, desto mer kostnadseffektiv är den grafeninnehållande färgen. Därför är den största utmaningen i denna förstudie att utveckla en lämplig lösningsmedelsdispersion av grafen som enkelt kan blandas in i färgen. Dessutom är den beläggningsformulering som används för att utveckla grafenbaserade antikorrosionsbeläggningar biobaserad; SSAB GreenCoat. Därför syftar den till en miljövänlig och kostnadseffektiv antikorrosionsbeläggning. De två projektparterna kommer att bidra med sina kärnkompetenser inom detta projekt. RISE Research Institutes of Sweden AB (RISE) kommer att bidra till grafedispersionen och beläggningsformuleringen, medan SSAB kommer att hantera beläggningstillämpning och testning. RISE har en bred erfarenhet av ytmodifiering och dispersion av grafen och SSAB har lång erfarenhet av industrialisering av dispersionsbeläggningar, utvärdering och marknadsföring. Om projektet lyckas kommer fler investeringar att krävas för kommersialisering av sådan grafenhaltig grön antikorrosionsfärg. Men SSABs GreenCoat finns redan på marknaden och bevisats fungera för utomhus- och korrosionsskydd av varmförzinkat stål. Utvecklingen av en ny grafenbaserad beläggning kommer att stödja SSABs mål att öka sin marknadsandel och sin potential inom detta område.Resultat
De två projektparterna, RISE (RISE Research Institutes of Sweden AB) och SSAB (SSAB AB), arbetade nära för att integrera grafen i klarlack och utföra tester. I denna studie införlivas grafen i SSABs patenterade gröna antikorrosionsbeläggning GreenCoat-formulering för att studera prestanda för grafeninnehållande antikorrosionsbeläggning av varmförzinkat stål. Vårt resultat visade att en integrering av grafenflingor i GreenCoat-formulering resulterade i förbättrad korrosionsprestanda vid applicering på varmförzinkade stålunderlag. -
Grafenkomposit som elektrod i superkondensator
Bright Day Graphene och RISE Acreo
Anna Carlsson, Bright Day Graphene 30 nov 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Grunden för projektet är en grafenkomposit som tillverkas från biomassa, med vilken Bright Day Graphene AB (tidigare […]Syfte och mål
Grunden för projektet är en grafenkomposit som tillverkas från biomassa, med vilken Bright Day Graphene AB (tidigare Bright Day Prototypes AB) har som mål att utveckla en kommersiell superkondensatorelektrod.
Med hjälp av RISE Acreos tillgång till labb och testmöjligheter, samt deras erfarenheter av att ta fram testceller för superkondensatorer, kan materialets egenskaper och lämplighet för ändamålet undersökas.
Projektet innefattar elektrokemiska mätningar samt elektrodtrycktest. Bakgrunden till projektet är att en ny typ av teknik börjar bli mer synbar på marknaden för superkondensatorer. Med elektroder baserade på grafen utvecklas nya superkondensatorer med en energitäthet som närmar sig den för batterier. Superkondensatorer har dessutom unika egenskaper jämfört med batterier, såsom cykelstabilitet på över 1 miljoner laddningscykler, 90 % energiverkningsgrad, tålighet för större temperatursvängningar, samt en hög in- och urladdningseffekt. Detta gör att grafeninnehållande superkondensatorer har en unik position i matrisen av elektrokemiska energilagringsteknologier, vars marknad kommer att växa i takt med att förnyelsebar energiproduktion byggs ut.Resultat
Produktionskapaciteten av materialet ökades med en faktor 8 under projektets gång. Målet var att nå gramskala men på grund av storleken på vår tillgängliga labbutrustnings var detta inte möjligt. Som följd kom endast de elektrokemiska/statiska testen samt elektrodtryckning att prioriteras medan BET-mätning med krav på större provmängd inte blev gjord. De tester som genomfördes visade att materialet har superkondensator egenskaper men inte når upp till den kapacitet vi önskar och att ytan inte är så porös som vi siktar på att den ska vara. I och med detta resultat så vet vi att vi måste addera ett steg i produktionen för att expandera den aktiva ytan hos materialet vilket är den faktor som mest indikerar en hög specifik kapacitans. De trycktester som genomfördes med materialet gav ett mer positivt resultat så den uppmätta specifika kapaciteten för materialet kunde tiodubblas. Det visar även att materialet enkelt kan användas industriellt för produktion av superkondensatorer i stor skala. En framtida studie som inte hamnade inom ramen för denna är att undersöka hur ligninkvaliteten påverkar de elektriskt ledande egenskaperna. I det här läget har superkondensatormätningarna varit ett utmärkt sätt att med små mängder material få feedback på de egenskaper som vi eftersträvar. -
Grafenoxid-ytbeläggningar för vattenrenande membran
Grafren, Envic-Sense och Linköpings universitet
Erik Khranovskyy, Grafren 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Detta projekt (genomförbarhetsstudie) kommer att klargöra den tekniska och juridiska genomförbarheten av grafenoxid (GO)-beläggningar för vattenrening. Projektet […]Syfte och mål
Detta projekt (genomförbarhetsstudie) kommer att klargöra den tekniska och juridiska genomförbarheten av grafenoxid (GO)-beläggningar för vattenrening. Projektet bygger vidare på forskningsresultat som genererats vid Linköpings universitet, där det visades att GO kan adsorbera tungmetaller (Hg, Pb, Cr, Cd, Co etc.) från vattenlösning. På grund av den här egenskapen, i samband med unik tunn tjocklek, kan den innovativa produkten vattenfiltreringsmembran utformas.Resultat
Båda målen uppnåddes framgångsrikt. Resultatet av teknisk genomförbarhet är att möjligheten att använda grafenoxid som absorbent för tungmetaller bekräftas: vi har karakteriserat ytan genom Raman- och XPS-spektroskopi såväl som dess metabsorberingskapacitet övervakades med FREEDD-metoden. Det är uppenbart att ytkemin hos grafenoxidflingorna är en avgörande parameter och att koncentrationen av karboxylgrupper på ytan är ansvarig för absorptionsegenskaper för grafenmetaller. Dessutom gör den höga ytan av grafen det perfekta absorbentmaterialet, vilket ger avancerad känslighet, kapacitet och reaktionshastighet. Den tekniska utmaningen är dock hur man håller grafen ytaktiv och motsätter sig media. Det avslöjades att de flesta konventionella metoderna för beläggning av grafenoxidflaken inte är tillämpliga för vårt syfte. Och de är också starkt skyddade, i enlighet med Freedom to operate, utförd tillsammans med PRV. Därför beslutades att anpassa en vakuumimpregneringsmetod för tvådimensionella material från en vattenbaserad lösning. Det resulterade i framgångsrik tillverkning av ca 50 fullskaliga prototyper, som delvis testades och nu är redo för pilotprojekt. Den generella potentialen av grafenoxid som en ny effektiv sorbent för borttagning av tungmetaller bekräftades och skapar den nödvändiga grunden för ytterligare kommersialisering. Resultatet av detta projekt kommer att möjliggöra skapandet av en ny produkt med en global potential som bidrar till målet 2030 för Hållbar utveckling 6: RENT VATTEN OCH SANITET. Projektet kommer att genomföras av ett konsortium som består tre aktörer med kompletterande expertis. Det antas att den nya vattenrenande produkten baserad på grafenoxid kommer att introduceras å marknaden under de närmaste 2-3 åren efter framgångsrik passering av pilotsteget. -
Högdissipativa mikrovätskekylda elektronikförpackningar
APR Technologies, Chalmers och Chalmers Industriteknik
Elisabeth Söderlund, APR Technologies 1 dec 2018 - 30 maj 2019 För elektronik som alstrar stora mängder värme är dagens etablerade kyllösningar ofta otillräckliga, volymkrävande och dyra. Målsättningen med denna övergripande […]För elektronik som alstrar stora mängder värme är dagens etablerade kyllösningar ofta otillräckliga, volymkrävande och dyra. Målsättningen med denna övergripande genomförbarhetsstudie var att utreda en eller flera potentiella lösningar för en mycket liten men effektiv, chipskalig vätskekylning för elektronikkomponenter.
Ett andra mål var att förbereda information till en ansökan för ett större FoI projekt. I förstudien har såväl etablerade som nya teknologier jämförts och vi har valt ut ett (vad vi tror är) vinnande koncept.
Lösningen bygger på APR Technologies unika vätskekylteknik med miniatyriserade pumpar och möjliggör nya konstruktionsmöjligheter, bättre prestanda samt har potential för en låg tillverkningskostnad. För ökad värmeöverföring i interfacet till andra fasta material samt till kylvätskan, har 2D (eg grafen-baserade) skikt analyserats och teoretiskt finns stora vinster att göra. Olika deponeringsmetoder finns men en stor utmaning blir dock att skapa en fullgod vidhäftning mellan grafen och chip. I ett efterföljande steg tänker vi oss att praktiskt utvärdera tre varianter av grafen, nämligen grafenskikt/TIM, grafen foams och sprayapplicerad grafen som anses kunna vara processkompatibla och möjligt kostnadseffektiva. Tre mål-applikationer och motsvarande kravställningar har identifierats och tre globala OEM-er involverades i arbetet.
En viktig del i förstudien var även att utvärdera IP landskapet och patent har ansökts.
En fortsättning i form av ett FoI projekt planeras, där vi tänker att en applikationsnära prototyp tas fram för grundlig utvärdering i såväl labmiljö som genom externa tester hos slutanvändare. I steget därefter tänker vi utveckla en demonstrator för utvärdering hos slutanvändare i verklig miljö. Inom 3-8 år bör en första teknisk lösning kunna vara kommersiellt tillgänglig.
-
Högpresterande och skalbara skräddarsydda grafen-polyolefin nanokompositer
Chalmers, Borealis och Hot Disk
Roland Kádár, Chalmers November 2018 - december 2021 Resultat Projektet har lagt grunden för en ny klass av massproduktionsfärdiga högpresterande grafenpolymer nanokompositer baserade på en unik typ av […]Resultat
Projektet har lagt grunden för en ny klass av massproduktionsfärdiga högpresterande grafenpolymer nanokompositer baserade på en unik typ av tredimensionell hierarkisk reducerad grafenoxid (HrGO). Viktigt är att proceduren för att framställa HrGO-polymer nanokompositer har varit en enkel smältblandningsprocedur med direkt matning, ett steg av yttersta vikt mot industriell skalbarhet. Nanokompositernas prestanda har inkluderat bedömning av deras elektriska, termiska, mekaniska, reologiska i kombination med svepelektronmikroskopi, små- och vidvinkelröntgenspridning etc. Fokus på multifunktionella egenskaper möjliggör de utvecklade materialsammansättningarna som potentiellt kan tillämpas på full omfattning av grafentillämpningar i polyolefiner. Således har skräddarsydd polymer nanokomposit med överlägsna eller jämförbara elektriska, termiska, mekaniska och kristallisationsegenskaper till befintliga kommersiella storskaliga lösningar som finns tillgängliga på marknaden utvecklats. Bearbetbarhetsöverväganden har täckts genom en grundlig utvärdering av nanokompositernas reologiska egenskaper. När det gäller att skräddarsy polymerernas och hybridkompositionernas molekylära arkitektur täcker kunskapen som genererats ett brett utbud av lösningar för olika utmaningar inom tillverknings och produktprestanda. Projektet har levererat en svit av högpresterande HrGO polymer nanokompositer redo för massproduktion, väntande marknadsmöjligheter finns tillgängliga. -
Sensor för snabbare, billigare, och enklare bestämning av dioxiner i miljön
Linköpings universitet, Envic-Sense
Jens Eriksson, Linköpings universitet dec 2018 – nov 2019 Resultat Projektets syfte var att utveckla en portabel sensor för fältanalys av dioxiner i vatten och jord, som komplement till […]Resultat
Projektets syfte var att utveckla en portabel sensor för fältanalys av dioxiner i vatten och jord, som komplement till dagens tidskrävande och dyra metoder för dioxinanalys. LiU har tidigare utvecklat en högkänslig sensorplattform baserad på konduktansförändringar i epitaxiell grafen på SiC från Graphensic AB. En flödescell har utvecklats för denna plattform för maximal känslighet gentemot dioxiner i vätskefas, med en tydlig, repeterbar, och reversibel respons ned till låga pg/g koncentrationer. Genom att kombinera våra sensorer med en väletablerad teknologi inom biokemi uppnås selektiv bestämning av dioxiner i komplexa prover. Projektet har lett fram till konceptvalidering, och teknologin skulle kunna skräddarsys även för andra analyter. Trots åtgärder som begränsar utsläpp av dioxiner minskar deras koncentration i miljön långsammare än väntat, och utsläppskällorna är ofta okända. Vi har utvecklat en sensorlösning med en uppskattad kostnad på cirka 200 SEK/ chip som medger bestämning av dioxinkoncentrationer inom loppet av 1.5 h. Detta är en avsevärd kostnads- och tidseffektivisering jämfört med dagens metoder, som kostar mellan 5000 och 15000 SEK per prov, och kräver sofistikerade instrument och 3–5 dagars analys i ett specialistlabb. Nya marknadsöppningar förväntas när bestämning av dioxiner förenklas. Då vi inte lyckades erhålla god reproducerbarhet och stabilitet med den framtagna lösningen nåddes inte målet att integrera med Envic-Sense kommersiella instrument för fältanalys av miljögifter. Samarbetet har dock fortsatt och vi utforskar nu en alternativ lösning baserad på samma plattform via ett nytt SIO Grafen projekt påbörjades under 2022. Vi räknar med att nå ny konceptvalidering i augusti 2022. -
Små kapacitiva grafenbaserade sensorer
Aninkco, MacDonald-Arnskov och KTH
Carina Zaring, Aninkco 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Sammanfattning Genomförbarhetsstudiens mål var att undersöka möjligheten att utveckla grafenbaserade flexibla, beröringsfria kapacitiva sensorer för att ge marknaden mindre (>50%) […]Sammanfattning
Genomförbarhetsstudiens mål var att undersöka möjligheten att utveckla grafenbaserade flexibla, beröringsfria kapacitiva sensorer för att ge marknaden mindre (>50%) och flexibla positions- och gapsensorer som kan användas vid hög temperatur (>260 °C) med minimal uppvärmning i applikationer med höga elektriska och magnetiska fält. En viktig insikt var att marknaden idag består av en mycket stor mängd kapacitiva sensorer av olika kapacitet och storlek. Detta behöver inte betyda att konkurrensen är för stor utan att det säkert finns intresse och nyfikenhet för ytterligare ett bra material som grafen, som dessutom erbjuder nya möjlighter map dimensionering, flexibilitet, högtemperaturanvändning och höga fält. Att generellt visa att vi är fria att tillverka och sälja kapacitiva sensorer är svårt pga den stora mångfalden och detta arbete måste fokuseras mot en specificerad framtida slutprodukt. En annan viktig insikt är att en mycket stor del av hur bra en sensor upplevs vara egentligen beror på den mätutrustning som mäter kapacitansändring och omvandlar denna information till t.ex. uppmätt avstånd i ett luftgap. Designen av hela systemet är viktigt eftersom kapacitansändringar är mycket känsliga för omgivande delar och hur laddningar tillåts röra sig i systemet. Vi valde därför att göra en enkel sensor för att få tydliga mätningar som endast beror av grafenmatrialet och inte på en mängd olika ytterligare ingående material och design. Projektet genomfördes i samarbete mellan Aninkco AB, MacDonald-Arnskov AB och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH). Projektet började med att vi valde en möjlig sensortyp och en grafenbaserad testsensor tillverkades med valda ingående material. En liknande referenssensor baserad på silver tillverkades också. Slutligen mättes dessa sensorer med ett testsystem som vi byggt och som liknar verkliga industriinstallationer och vi kunde då visa att grafen har en hög potential att användas i kapacitiva sensorer. Vår grafensensor presterar lika bra som sin silver dito. Den är nästan linjär för luftgap i dimensioner av hundratals mikrometer. Eddy current mätningar visar att skiktet inte påverkas av höga elektriska och magnetiska fält. Våra experimentella studier verifierade att vårt grafenmaterial visar en bra potential. Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen – våren 2018
-
Aros Graphene-baserade termiska interfacematerial
Nolato Silikonteknik, Ericsson, Graphmatech
Nolato Silikonteknik 15 maj 2018 - 14 nov. 2019 Syfte och mål Aros Graphene® är ett nyutvecklat joniskt hybridgrafenmaterial vars tillverkningsprocess är enkel och miljövänlig. Aros Graphene® är designat […] Syfte och mål Aros Graphene® är ett nyutvecklat joniskt hybridgrafenmaterial vars tillverkningsprocess är enkel och miljövänlig. Aros Graphene® är designat för att undvika hopklumpning av grafenflak och därigenom förbättra dispersion i matris. Termiska interfacematerial består av en matris av silikongel och värmeledande fyllmedel. De kan ta upp mekaniska toleranser och används för att leda bort värme från till exempel en komponent till en kylfläns. Genom att använda Aros Graphene® som fyllmedel i termiska interfacematerial, tror vi att dessa kan uppnå en betydande förbättring av de termiska egenskaperna, jämfört med nuvarande teknologier. Eftersom grafen uppvisar högst värmeledningsförmåga av alla material i naturen, finns det också potential för att nå högre värmeledning i förhållande till dagens kommersiella produkter. Förbättrad prestanda krävs inom elektronikindustrin för att utnyttja mindre och kraftfullare komponenter i framtida produkter. FoI-projektet utförs i samarbete mellan Ericsson, Graphmatech och Nolato. Projektet görs i flera steg där vi gradvis bygger kunskap om hur Aros Grafen® interagerar i en värmeledande blandning. De tre huvudstegen är:- Aros Graphene® och matrisinteraktioner
- Aros Graphene® som ytmodifierare av andra termiskt ledande fyllmedel
- Formuleringar av värmeledande blandningar baserade på Aros Graphene®
-
CVD-grafenbaserade sensorer/IR-fotodetektorer med stor yta
Senseair, KTH, RISE Acreo, Swedish National Forensic Centre och Pamitus.
SenseAir 20 maj 2018 - 20 nov. 2019 Resultat Kostnadseffektiva sensorer baserade på CVD-grafen för droger demonstrerades framgångsrikt genom detektion av amfetaminsalter i vatten och buffertlösning. IR-detektorer baserade […] Resultat Kostnadseffektiva sensorer baserade på CVD-grafen för droger demonstrerades framgångsrikt genom detektion av amfetaminsalter i vatten och buffertlösning. IR-detektorer baserade på plasmoniska grafenstrukturer som designats med hjälp av simuleringar undersöktes också. Nanostrukturerna analyserades med olika strukturella, elektriska och optiska mätningar (AFM, SEM, IV, FTIR och Raman-spektroskopi). Det övergripande målet för projektet var att skapa en plattform för processering av grafenkomponenter för att främja forskning och innovation inom de valda tillämpningsområdena forensiska sensorer och IR-detektorer för industriella miljöer. Amfetaminsensorer tillverkades av kostnadseffektivt CVD-grafen på kiseldioxid (SiO2) i skivskala och presenterades på Nordic Nanolab User Meeting och IEEE NMDC 2019. Arbete gjordes även på plasmoniska grafenstrukturer för IR-detektion, men ytterligare forskning behövs för att kunna framställa de stora ytor som krävs för att nå önskade våglängder och respons. Processmetoderna för CVD-grafen har utvecklats för att möjliggöra tillverkning av kostnadseffektiva sensorer och IR-detektorer. Processprotokoll, design/simulerings-rutiner och mätuppställningar har skapats för tillverkning och analys av grafenkomponenterna. Projektet lyckades uppvisa en strömförändring av storleksordningen hundratals nA per mg/ml analyt-koncentration, men ytterligare arbete behövs för att använda tekniken i kommersiella tillämpningar. De huvudsakliga lärdomarna från projektet bestod i en djupare insikt och kunskap om processutveckling och komponenttillverkning för grafen. Detta kommer utgöra en viktig bas för ytterligare forskning och utveckling inom området. Mycket arbete återstår fortfarande för att ta sensortekniken vidare till den tillförlitlighet och funktionalitet som krävs för kommersiella produkter. Det är rimligt att tro att tidshorisonten för färdiga produkter baserade på tekniken ligger 5–10år bort. Det nuvarande konsortiet som består av problemägare, utvecklare och framtida produktägare är starka nog att fortsätta utvecklingen inom detta område inom ramen för framtida projekt. -
Från koltjära till grafen – produktionsmetoder och framtida användningsområden
Swerea MEFOS och SSAB EMEA
Swerea MEFOS 31 maj 2018 - 31 jan. 2019 Syfte och mål Målet med förstudien är att kartlägga vilka möjligheter det finns för ett industrialiseringsprojekt för tillverkning av grafen via […] Syfte och mål Målet med förstudien är att kartlägga vilka möjligheter det finns för ett industrialiseringsprojekt för tillverkning av grafen via koltjära-syntes och att utreda möjliga användningsområden för det producerade grafenet. Många integrerade stålverk, som t.ex. SSAB i Luleå och Oxelösund, har egna koksverk i sina produktionsanläggningar. I dessa koksverk tillverkas den metallurgiska koks som masugnarna kräver för råjärnsproduktion. Vid kokstillverkning produceras även stora mängder stenkolstjära som biprodukt. Kokstillverkningen vid SSAB i Luleå genererar ca 30 kton stenkolstjära per år. Idag säljs denna biprodukt externt för användning som energiråvara. Stenkoltjära innehåller stora mängder kolrika molekyler som skulle kunna vara en värdefull råvara vid framställning av högvärdiga produkter som grafen. SSAB och Swerea MEFOS kommer att genomföra denna förstudie för att skapa en kunskapsbas och vägledning för ett framtida beslut om en industrialisering och användning av stenkolstjära som råvara till grafen. Förstudien omfattar en systematisk litteraturstudie, experiment i lab-skala, företagsbesök och seminarier. Resultat Vid SSABs anläggning i Luleå genereras årligen cirka 30kton tjära och tjärslam genom produktionen i koksverket. För tillfället säljs dessa mängder till externa parter som bränsle eller som tillsatsmaterial vid kemikalieframställning. Tjära och tjärslam innehåller höga halter av kol (C). Förstudien visade att det är möjligt att framställa grafen från tjära och tjärslam. Inblandning av grafen i processen ökade produktionsutbytet. De experimentella försöken indikerade att tjära är ett bättre tillsatsmaterial för att producera grafen i kvalitetshänseende, men tjärslammet gav ett högre utbyte. Projektet visar på en möjlighet att producera högkvalitativa material från biprodukter och visade prov på kunskap, samarbete, och kompetens, i detta område. För att nå industriell implementering rekommenderas storskaliga försök. För att få en bred spridning av applikationer för grafen är det viktigt att identifiera viktiga värdekedjor, från lämpliga råmaterial till behovsdrivna slutanvändare. Därför är det avgörande med inblandning från olika industrisegment och –sektorer i arbetet att utöka användandet av grafen. -
Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning
Applied Nano Surfaces, Chalmers, Flexlink och SHT Smart High-Tech
Lena Killander, Applied Nano Surfaces 12 maj 2018 - 30 sept. 2019 Syfte och mål Funktionaliserad grafen har potential att förbättra mekaniska egenskaper hos polymerbundna lågfriktionsbeläggningar och kompositpolymermaterial. Kravet är att grafen […] Syfte och mål Funktionaliserad grafen har potential att förbättra mekaniska egenskaper hos polymerbundna lågfriktionsbeläggningar och kompositpolymermaterial. Kravet är att grafen är i en så pass funktionaliserad form att den kan dispergeras och kemiskt tvärbindas med bärarpolymermatrisen, vilket ökar slutproduktens mekaniska styrka och hållbarhet. Partners i projektet är Applied Nano Surfaces (ANS), Flexlink, Chalmers och SHT Smart High-Tech. Flexlink ska förbättra de mekaniska och tribologiska egenskaperna i sina extruderbara polymermaterial. Chalmers tekniska högskola är kunskapsnavet vad gäller grafenteknologi och SHT är ett materialföretag som kan utveckla och leverera funktionaliserad grafen. ANS har utvecklat en rad lågfriktionsbeläggningar, men på grund av ökade prestandakrav måste den mekaniska styrkan och hållbarheten förbättras ytterligare. Projektet kommer att utvärdera möjligheten att använda funktionaliserad grafen som komposittvärbindare (reaktivt fyllmedel) och strukturförstärkare i polymerer och beläggningar. De mest lovande metoderna för att funktionalisera grafen kommer att undersökas och utvärderas. Syftet med funktionaliseringen är att göra grafen kemiskt tvärbindbar med olika polymermatriser, såsom epoxi och polyuretan.Resultat
- Den största utmaningen har varit stabilitet och dispergeringsegenskaper. Framgångsrika resultat erhölls med funktionaliserad grafen, men inte med funktionaliserad grafenoxid.
- FTIR SEM, TEM och Optiskt mikroskopi har använts vid karakterisering
- Ett fortsatt arbete har föreslagits för att ytterligare förbättra dispergering och kemisk binding i respektive polymermatris. För ta produkten till marknaden är det nödvändigt med stabila egenskaper. Framställning av material i produktionsvolymer kan göras av de deltagande företagen.
-
GNOME 2.0 ACA
ScandiDos, 2D fab, Akzo Nobel, Mycronic och RISE Acreo
Kjell Lundgren, ScandiDos 15 maj 2018 - 15 nov. 2019 Syfte och mål Grafenbelagda partiklar som ledande material i ACA. Dessa har tillräcklig mekanisk hållfasthet för processning i högviskösa häftämnen […]Syfte och mål
Grafenbelagda partiklar som ledande material i ACA. Dessa har tillräcklig mekanisk hållfasthet för processning i högviskösa häftämnen och god ledningsförmåga. Tillverkningen har skalats upp i volym för tester, och anisotropt ledande häftämnen utvecklats och utvärderats för flip-chip montering. En marknadsundersökning för dessa häftämnen och kompositer baserade på dessa, har gjorts. På sikt möjliggör projektresultaten ekonomisk montering av sensorarrayer med material som minimerar oönskad sekundärstrålning. Aktörer: ScandiDos, Akzo Nobel, Mycronic, 2DFab, RISE AcreoResultat och förväntade effekter
Projektet har utvecklat anisotropt elektriskt ledande häftämnen baserade på grafenbelagda polymerpartiklar.En våtkemisk metod för att skapa beläggningar av grafen på sfäriska polymerpartiklar har utvecklats. Metoden är skalbar. Utrustning har konstruerats och byggts för framställning av detta. En metod för att torka partiklarna och för att dispergera dessa i häftämnesbaser har utvecklats. Ett bindersystem har utvecklats för prototypmontering med de grafenbelagda partiklarna. Prototypmontering av komponenter med partiklarna visar att häftämnet fungerar som avsett.Upplägg och genomförande
Projektet startade med att ta fram en skalbar metod för grafenbeläggning på polymersfärer samt utrustning för detta. Ett häftämnessystem med latent härdning utvecklades för att möjliggöra utveckling och beredning av ledande häftämnen, samt en metod för att dispergera de grafenebelagda partiklarna i häftämnet innan tester av sammanfogning av elektrodmaterial. -
Grafen i innebandyblad
Renew Group Sweden, Chalmers Industriteknik, Götene Plast och Polykemi
Johan Österman, Renew Group Sweden 15 maj 2018 - 15 maj 2019 Syfte och mål Grafen har visat sig kunna förstärka polymerer och göra dem betydligt styvare, eller alternativt kunna reducera vikten […]Syfte och mål
Grafen har visat sig kunna förstärka polymerer och göra dem betydligt styvare, eller alternativt kunna reducera vikten med bibehållna mekaniska egenskaper. Projektet ska utveckla blad till innebandy-klubbor med grafen i polyeten (PE) och polypropen (PP) som är styvare än dagens blad men har bibehållen vikt. Renew Group är slutanvändare av produkten och behöver partners i Götene Plast, Polykemi och Chalmers Industriteknik för att kunna lyckas. Götene Plast och Polykemi ser även möjligheteten att kunna implementera den kunskap man får – i arbetet kring hur man kan använda grafen i polymeriska material – även inom andra områden. Polykemi kommer med stöd av Chalmers Industriteknik ta fram en blandning av grafen i PE och PP samt utvärdera styvheten på teststrukturer. Därefter kommer Götene Plast att formspruta blad som sedan Renew Group kommer att utvärdera.Resultat
Renew Group Sweden AB har producerat och distribuerat innebandyprodukter under snart 20 år. Tillsammans med Polykemi AB, Götene Plast AB och Chalmers Industriteknik gjordes tre olika provlaborationer med både standard- och ytmodifierad grafen för att få fram en kompoundering som skulle göra bladen kännbart styvare men ändå behålla sin vikt. Att kombinera grafit och polymerer har alltid inneburit en problematik, men här var förhoppningen att istället använda grafen. Målsättningen var att ta fram blad som var 20–30 % styvare än befintliga blad. Grafen från två olika leverantörer blandades in i PP och PE. Även ytmodifierat grafen och nanografit användes och jämfördes. Mekaniska tester på provstavar visade något högre värde på E-modulen, men inte i nivå med målbilden. Efter tre olika provomgångar gjordes en provproduktion av blad hos Götene Plast för att utvärdera resultatet på riktiga blad. Tyvärr blev skillnaderna även där små. Bladen testades därefter i ett böjningstest, skottest och speltest med ytterst få skillnader. Resultatet gav marginellt styvare blad men inte så märkbart som önskats. Det därför krävs ytterligare tester och laborationer för att nå önskad styvhet. Den största utmaningen i projektet har varit att hitta ett sätt att få grafenet att binda sig eller fördela sig på bästa sättet i polymeren för högsta effekt. Det är också här forskningen och utvecklingen bör ligga. Dels i fråga om att ta reda på vilken form av grafen som är bäst att använda, samt hur man fördelar och positionerar grafenet i polymeren. Löser man detta dröjer det inte länge innan många produkter kan finnas på marknaden. -
Grafenbaserade ytskydd med bättre ledningsförmåga
Provexa och Chalmers Industriteknik
Sophie Charpentier, Chalmers Industriteknik 15 maj 2018 - 15 mars 2019 Syfte och mål Projektet skulle ta fram ett nytt ytskikt och en tillhörande process. Med hjälp av grafen var förhoppningen […]Syfte och mål
Projektet skulle ta fram ett nytt ytskikt och en tillhörande process. Med hjälp av grafen var förhoppningen att kunna nå en avsevärt högre ledningsförmåga samt både bättre korrosionsskydd och friktionsegenskaper. Provexa och Chalmers Industriteknik har genomfört initiala studier i en egenfinansierad förstudie och fått fram lovande preliminära resultat. Ytskyddet kommer att kunna användas av alla typer av kundgrupper som Provexa har idag. Framförallt kommer det att kunna användas för fästelement i elfordon, där ett bra ledande ytskydd saknas idag. Den globala färg- och beläggningsindustrin värderades 2017 till 128 miljarder euro, varav 15% inom bilbranschen (cirka 20 miljarder euro). Det grafenbaserade ytskyddet utvecklades i flera olika omgångar och utvärderades genom olika tester. Målet var att få en reproducerbar beläggning och skalbar process, som visar att ledningsförmåga, friktions- och korrosionsegenskaper kan optimeras samtidigt.Resultat
Projektmålen har uppnåtts.- En grafenbaserad ytbeläggning har utvecklats som både ger ökad ledningsförmåga, bra korrosionskydd och goda friktionsegenskaper för mekaniska fästelement. Den grafenbaserade ytbeläggningsprodukten har fått namnet PLUTO.
- Ett flertal tester har utförts med varierande grafen-koncentrationer i elektrolytiska bad, med optimering av olika depositionsparametrar såsom temperatur, strömtäthet och tid som påverkar ledningsförmåga samt korrossions- och friktionsegenskaper.
- Den största utmaningen i projektet var att optimera samtliga egenskaper parallellt. För att övervaka av grafenets egenskaper (partikelstorlek och koncentration med mera) i det elektrolytiska badet, genomfördes först ett test av en lovande metod. Denna metod kommer att vidareutvecklas i framtida projekt. Merparten av genomförda tester har gjorts på stålsubstrat. Ytterligare optimering kommer att krävas på andra material såsom aluminium, rostfritt stål och i andra tillämpningar.
- Provexa har beslutat att slutföra en patentansökan internationellt och lokalt i utvalda länder. De patentsökningar som gjorts inom området påvisade inga uppenbara hinder och därmed är möjligheten god för att söka patent på metod och produkt. Sannolikheten för att få ett patent godkänt är därmed god.
- Parallellt med detta projekt har Provexa själva finansierat och byggt en produktionslinje för sin den nya grafenbaserade ytbehandlingsprodukt PLUTO. Resultatet av projektet kommer att integreras i denna produktionslinje vilket gör att både kvalitet, kapabilitet och produktivitet kommer att förbättras väsentligt i samband med industrialiseringen av PLUTO. Denna produktionslinje startades upp i januari 2019 och leveranser till kunder har redan påbörjats.
-
Grafenbeläggningar för avancerade textilmaterial
FOV Fabrics, Chalmers tekniska högskola och Chalmers Industriteknik
FOV Fabrics AB 15 maj - 15 okt. 2018 Syfte och mål Användningen av grafen i textilmaterial är ett koncept som har tagit fart inom akademisk forskning med starkt […]Syfte och mål
Användningen av grafen i textilmaterial är ett koncept som har tagit fart inom akademisk forskning med starkt fokus på e-textilier. Ändå har detta inte resulterat i produkter på marknaden. I bästa fall har det förblivit attraktiva tekniska försök. En av anledningarna, förutom kostnaden, är bristen på kunskap om sättet att applicera grafen på textil på ett effektivt och kostnadseffektivt sätt, anpassat till behoven hos en modern industri som den svenska textilindustrin. Ett potentiellt sätt att lösa problemet är att titta på grafenbeläggningar för att införa ytegenskaper på textil, till exempel UV-beständighet eller avancerad kontrollerad fukttransport för att skapa alternativ till befintliga produkter. Potential: Textilindustrin strävar ständigt efter nya ytbehandlingar eftersom det är ett generiskt sätt att kunna förbättra egenskaperna. Planen är att börja påvisa konceptet för high-end-produkter för att senare utnyttja kunskaperna generellt (i högvolymsprodukter). Genomförande: Den vattenbaserade grafentextilbeläggningen kommer att formuleras för att appliceras med traditionella metoder, såsom impregnering, såväl som genom kommande teknik, som besprutning eller bläckstråletryck. Huvudutmaningen är att identifiera de mest lämpliga depositionsmetoderna för att uppnå de önskade egenskaperna. Aktörer: Projektet kommer att utföras i samarbete mellan tre aktörer. FOV Fabrics är ledande inom högteknologiska textilier i Sverige och har expertis inom textilrelaterad teknik och inom vad som krävs för att kunna introducera grafenbaserade beläggningar i textilier i industriell skala. Chalmers Industriteknik har generell grafenkunskap och kommer att undersöka IP-frågor samt andra kommersiella- och spridningsaspekter. Applied Chemistry på Chalmers har kompetens inom formulering, och kommer att fokusera på våtformulering för deponering av grafen på textil genom användning av t.ex. bläckstråletryck.Resultat
Projektet syftade till att undersöka den potentiella användningen av grafen i textilier. Vattenbaserad grafen-ytbeläggning på textil har formulerats för att appliceras med hjälp av traditionella sätt, såsom impregnering, samt genom mer hållbara tillvägagångssätt som sprayning. Reduktionen av den grafenoxid som användes i formuleringen utfördes på flera sätt, inklusive termisk och kemisk reduktion. De behandlade textilierna testades för UV-resistans, jordresistans, ledningsförmåga, avancerad kontrollerad fukttransport eller brandskydd. Projektet hade en undersökande karaktär och de erhållna resultaten har gjort det möjligt för parterna att öka sin kunskap om denna teknik. De utvalda depositionsmetoderna har visat sig vara effektiva och kompatibla med nuvarande textilproduktionssätt. En av de viktigaste flaskhalsarna som identifierades var beläggningens vidhäftighet på textilen, när den testades för nötningsbeständighet. Ytterligare undersökningar måste genomföras i denna fråga. Sammanfattningsvis har det här projektet också kunnat bestämma de kommande stegen i det framtida införandet av grafen i textilier, som inleds med att fastställa de mest intressanta egenskaperna som kan fås genom att introducera grafen som textilytbeläggning. -
Grafenförstärkt betongstängsel
Heda Skandinavien, Chalmers och SHT Smart High-Tech
Simo Järelöv, Heda Skandinavien 30 maj 2018 - 29 nov. 2019 Syfte och mål Heda Skandinavien AB (HEDA) är intresserade av att använda grafen för att minska mängden betong, men samtidigt […]Syfte och mål
Heda Skandinavien AB (HEDA) är intresserade av att använda grafen för att minska mängden betong, men samtidigt behålla styrkan i betongen (t.ex. i betongfundament för stolpar) och att förbättra de strukturella mekaniska egenskaperna. Utveckling av alternativa och mer effektiva metoder för uppförande av stängsel är mycket viktigt för framtida stängseltillämpningar och andra närstående områden, såsom arbetsmiljön kontra kostnadsbasen. Den ständiga prisreduktionen i stängselbranschen där kvalitets- och prisproblemet alltid är närvarande, gör att vi konstant behöver utveckla oss och vara innovativa för att kunna leverera. Syftet med detta FoI-projekt är att reducera mängden betong genom tillsättning av funtionaliserad grafen (FG) samtidigt som styrkan bibehålls, särskilt den flexurala styrkan för stängseltillämpningar. Konceptet med att använda FG i betong förväntas bibehålla prestanda och samtidigt minska vikten. På så sätt bidrar det till en helt ny generation av stängselmaterial i Sverige. Svensk byggsektor kommer kunna dra nytta av forskningen inom förbättrade lättviktsstrukturer för hållbart byggande och konstruktion. Projektet koordineras av HEDA och involverar SHT Smart High Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola. Baserat på resultaten från förstudien inom SIO Grafen, kommer repetering och uppskalning av FG-framställning förbättras. Blandning av FG och cement på plats är ett annat kritiskt område för att få grafenet väl distribuerat i betongen. Tester kommer utföras i vintermiljö (i minusgrader) med tjäle samt även havsnära (med korrosion) för att se vad som sker med den grafenförstärkta betongen vid olika väderförhållanden och olika geografiska platser.Resultat
Målet med projektet var att minska mängden betong som används i stängselapplikationer, samtidigt som styrkan och böjhållfastheten bibehölls. Detta gjordes genom att använda funktionaliserad grafen. Stängslen sattes upp på tre olika platser (två utomhus och ett inomhus). För att jämföra med de normala betongstaketens fundament, utsattes alla stängsel för ett ett-årigt test. Förstärkningen av böj- och tryckstyrka observerades. Det snabba åldringstestet (inomhus) visade också flexibiliteten hos grafen i betong. Det antas att grafen tätar mikrostrukturen för cement och som ett resultat ökar den mekaniska styrkan hos betongen. Detta gör det möjligt att använda mindre cement (30 viktprocent mindre) i betongstaketet. De resultat vi fick var förväntade och gav oss ett bevis på att grafenförstärkt betongfundament för staket är möjliga. Resultaten är tillräckligt säkra för att kunna användas som bevis i ytterligare detaljerade undersökningar och förbättringar av applikationen. Morfologin för funktionaliserad grafen (FG), storleksfördelningen och antalet skikt har kännetecknats av elektronmikroskopi (SEM och TEM) och Raman spektroskopi. Kvaliteten på FG och dess funktionella grupper har undersökts med användning av Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Inom projektet bildade vi en bra leveranskedja med olika partners: SHT tillhandahöll funktionaliserad grafen, Chalmers gjorde materialkaraktäriseringen och Heda inrättade grafenbetongstaket. Även om vi ser förbättringen för betongen med att lägga till funktionaliserad grafen krävs ytterligare arbete för att utvärdera om det är tillräckligt bra även i en kommersiell applikation. Tekniskt sett måste vi också gå tillbaka till den grundläggande studien för att förstå reaktionen mellan grafen och cement. Det hjälper oss att se om det finns potential att förbättra mer i framtiden. Livscykelstudien och påverkan på miljön hos funktionaliserad grafen ska också studeras innan resultaten kan implementeras i en kommersiell produkt. Detta beräknas att ta 3-4 år. -
Grafenförstärkt lim för punktsvetsning
Chalmers, CEVT, Chalmers Industriteknik, Dow Automotive, Lamera, RISE, SIKA och Volvo Cars
Roland Kádár, Chalmers 15 maj 2018 - 30 aug. 2019 Syfte och mål För att kunna kombinera hög prestanda och lättviktsteknik finns det ett stort antal material i moderna bilar, […]Syfte och mål
För att kunna kombinera hög prestanda och lättviktsteknik finns det ett stort antal material i moderna bilar, till exempel mjukt stål, borstål, sandwich-kompositer i aluminium och metall etcetera. Således är sammanfogningsmetoder kritiska för bilens prestanda, särskilt säkerhet och hållbarhet. För att ytterligare förbättra användningen av strukturella limmer i OEM-tillämpningar, kommer detta projekt undersöka grafenmodifierade strukturella limmer. Projektet syftar till att använda grafen för att förbättra process- och materialegenskaperna hos strukturella limmer som används inom bilindustrin. Projektet kommer att skräddarsy (a) limkompositionen, (b) grafenfunktionalisering / behandling och (c) processflödesinducerad anisotropi för att kunna leverera överlägsna (1) elektriska, (2) termiska, (3) mekaniska och (4) härdningsegenskaper. Projektet samlar en tvärfunktionell projektgrupp som består av Volvo Cars som är en ledande global och nationell fordonstillverkare, det nybildade bilföretaget CEVT, den växande komposittillverkaren Lamera, Chalmers och RISE Research Institutes of Sweden med stor vetenskaplig expertis inom grafenkompositer och från samarbeten med industrin, Chalmers Industriteknik med bred kunskap inom grafenområdet, samt limtillverkarna Dow Automotive och Sika som har expertkunskap inom formulering av och egenskaper hos limmer.Resultat
Projektet kan sammanfattas i fyra iterativa aktiviteter (WP1-4) med samordning och konsortiumbyggnad i WP0: Fyllnadsvals-, modifierings- och formuleringsoptimeringsaktiviteter utfördes vid RISE och fokuserades på fyra olika typer av grafen spridda i fyra olika lösningsmedel. Formuleringarna införlivades i mållimmen och flera kolblandningar (CC) innehållande grafen och kimrök (för att kompensera för potentiella anisotropa effekter) valdes ut för (2) - (4). 2. Inkorporering av CC i fordonslim i standardmotståndspetssvetsning (RSW) -patroner utfördes vid SIKA och DuPont i flera koncentrationer, via skalbara blandningsförfaranden. 3. Morfologi och elektrisk ledningsförmåga hos prover framställda i (2) analyserades under pressflödesförhållanden som efterliknade RSW-processen, huvudsakligen med användning av kombinerade reologi-dielektriska test. Resultaten bekräftade anisotropin av limmet vid applicering medan en jämn ökning av max 50% i elektrisk konduktivitet för de högre CC-koncentrationerna registrerades. 4. RSW-tester utförda vid VCC bedömde svetsprocessfönstret (ett mått på processstabilitet) i termer av applicerad ström i förhållande till svetsdiameter och förekomst av svetsutdrivning. Generellt sett kan högre CC-koncentrationer potentiellt dra slutsatsen för bredare svetsfönster, men totalt sett identifierades inga slutgiltiga förbättringstrender. På Lamera AB tillverkades sandwichkompositer framgångsrikt med CC-förstärkta lim. Projektet samlade framgångsrikt, relativt projektets storlek, ett stort antal partners med starkt industriellt stöd inom såväl Sverige som utomlands. Projektet har överträffat de testparametrar som ursprungligen sattes in, men resulterat i måttlig förbättring av elektrisk ledningsförmåga som inte tycktes ha radikal påverkan på limprestandan i punktsvetsförsök. Det skapade konsortiet har potential att utvecklas till en mer systematisk studie eftersom vikten av punktsvetsprestanda fortfarande är en aktuell industriell utmaning med hög prioritet. -
Grafenförstärkt TeXtreme-material
Oxeon AB och Chalmers Industriteknik
Oxeon 15 maj 2018 - 15 maj 2019 Syfte och mål Oxeon är idag marknadsledande inom bandvävteknik och bandvävda material. Oxeon producerar, utvecklar och säljer Spread Tow-band och […]Syfte och mål
Oxeon är idag marknadsledande inom bandvävteknik och bandvävda material. Oxeon producerar, utvecklar och säljer Spread Tow-band och Spread Tow-tyger till kompositindustrin under varumärket TeXtreme®, främst genom användning av kolfiber. TeXtreme® Spread Tow-band tillverkas genom att sprida fibergarn till tunna platta band med önskad bredd. Dessa tunna band kan sedan vävas ihop till ett Spread Tow-tyg som är väldigt platt jämfört med standardtyger. För att möta efterfrågan på marknaden för ännu högre prestanda, lättare vikt och förenklad tillverkning syftar Oxeon till att utveckla grafenförstärkta TeXtreme®-material (GR-TeXtreme®). Oxeon har, tillsammans med nära samarbetspartners som Chalmers Industriteknik (CIT), analyserat marknadens behov, de tillgängliga grafenmaterialen och fördelarna med dem och kom fram till ett teknikkoncept som ämnar att lansera ett grafen / TeXtreme-erbjudande. För att behålla det unika med TeXtreme®, innefattar konceptet att integrera grafen i den nuvarande produktionen. GR-TeXtreme-produkterna förväntas nå minst TRL3 (Technology Readiness Level 3) inom detta projekt, vilket resulterar i ett analytiskt och experimentellt bevis på konceptet. För att nå detta mål kommer Oxeon att arbeta nära CIT som kommer att ge stöd, tack vare sin omfattande kunskap om grafen, och kommer att testning och karaktärisering.Resultat
I detta projekt syftade Oxeon till att utveckla grafenförstärkta TeXtreme-material (GR-TeXtreme) genom att integrera grafen i den nuvarande produktionen för att erbjuda en unik produkt och skapa konkurrenskraft. Projektmålet var att visa att grafen är tillämplig på TeXtreme-material och att det förbättrar vissa av dess egenskaper, såsom termisk eller mekanisk. Med hjälp av Chalmers Industriteknik (CIT) har Oxeon fått erfarenhet av att arbeta med grafen, samtidigt som projektet väckt intresse hos konsumenter av sportartiklar. Tack vare detta projekt har Oxeon kunnat utvärdera användningen av grafen i sin produktion. I nära samarbete med en europeisk grafenleverantör har flera grafendispersioner producerats och utvärderats i Oxeons produktionsprocess i halvindustriell skala. GR-TeXtreme-förstärkningar har producerats och kompositer har tillverkats som sedan karakteriserades. Vissa processutmaningar har identifierats och sätt att förbättra har föreslagits. Vidare utvecklingsarbete skulle behövas för att möjligen förbättra grafenfunktionaliseringen och grafenansökningsprocessen. Som nästa steg bör ytterligare partners involveras med expertis om specifika bearbetningsmetoder och utrustning som är mer lämpad för användning av grafen-dispersioner. Processförbättringen gör det möjligt att producera större mängder GR-TeXtreme som kan användas för vidare mekanisk testning. -
Mikrografen
2D fab, Pegil och SaltX Technology
Sven Forsberg, 2D fab AB 15 maj 2018 - 14 nov. 2019 Syfte och mål Projektidén är att expandera grafit med hjälp av mikrovågor (MiW). Expanderad grafit har egenskaper som möjliggör storskalig […]Syfte och mål
Projektidén är att expandera grafit med hjälp av mikrovågor (MiW). Expanderad grafit har egenskaper som möjliggör storskalig produktion av grafen. Vår idé är att ta fram en kontinuerlig MiW-baserad process för expansionen av grafit och sedan tillverka grafen, som kommer att utvärderas i värmeledningsapplikationer. Både expanderad grafit och grafen är produkter med låg densitet (10-20 kg/m3). Den låga densiteten innebär höga transportkostnader. Potentialen i projektet är att det gör det möjligt att tillverka grafen i Sverige och på så sätt kan kostnaderna sänkas för svenska företag som vill använda grafen i sina produkter. Processen kommer också att kunna modifiera grafen och därmed bättre anpassa grafen till olika tillämpningar. Projektparters är 2D fab AB, som tillverkar grafen och utvecklar grafeninnehållande produkter, Pegil AB som konstruerar och tillverkar MiW-anläggningar och SaltX AB som säljer värmelagringsteknologi och som har behov av icke metalliskt värmeledande material. I projektet kommer en MiW-processutrustning att konstrueras och tillverkas. Grafit kommer att expanderas i utrustningen med hjälp av MiW. Den tillverkade expanderade grafiten kommer att användas för att tillverka grafen, vars värmeledande egenskaper kommer att utvärderas.Resultat
Vi har idag en process för expandering av interkalerad grafit. Expansionsprocessen fungerar kontinuerligt och är testad om dock inte slutligt optimerad. Processen består av tre huvudsakliga steg: 1) transport/matning av interkalerad grafit kontrollerat och kontinuerligt in i mikrovågsreaktorn; 2) kontinuerlig expansion av interkalerade grafiten i mikrovågsreaktorn; 3) insamling av expanderat material och bortförsel av reaktionsgaser. Den expanderade grafiten går att använda för exfoliering till grafen i 2D fabs exfolieringsprocess. Vi har utfört exfoliering på tre olika batcher av expanderad grafit. Det vi funnit är att flera olika parametrar är betydelsefulla i processen. Uppehållstiden i mikrovågsreaktorn för den interkalerade grafiten är en mycket viktig parameter. Den måste optimeras för att ge ett bra förhållande mellan tillräcklig expansion och hög processhastighet. För att detta ska kunna åstadkommas måste det till bra styrning och reglering av inmatnings- och bortförsel-system. I stort sett har vi uppfyllt målen. Dock måste ytterligare optimering utföras för att nå den kvalitet och hastighet i processen som är önskvärd. Vi har testat expansion av interkalerad grafit från två leverantörer och till dags dato visar våra tester inte någon avsevärd skillnad mellan materialen. En insikt från projektet var att grafen inte automatiskt passar in i de tillämpningar man på förhand kunnat förutse och hoppas på. Det visade det sig att SaltX som slutlig användare av grafen i sina tillämpningar fann att grafen som tillsats i sina kompositer inte innebär en väsentlig förbättring i ledningsförmåga gentemot andra prövade tillsatser med hänsyn taget till cost/performance. Därmed är det inte sagt att grafen som tagits fram enligt vår nya process är av sämre kvalitet än grafen från andra källor. Vi tror att framtiden är positiv för den typ av grafen vi tillverkar (icke-oxiderad grafen från en miljövänlig exfolieringsprocess). Vi har intressenter som nu börjar genomföra mycket storskaliga projekt där grafen sannolikt passar väl in som komponent. Vi uppskattar att den första produkten för kontinuerlig expansion av grafit med mikrovågor kommer kunna vara färdigställd i slutet av 2020. När det gäller behov av partner eller expertis anser vi att vi idag har det kunnande och upparbetade underleverantörer som krävs. Vi ser naturligtvis över möjligheterna till ytterligare kompetensförstärkning om så skulle krävas. -
Multifunktionell färg genom tillsats av orienterade grafenflagor
Saab Aeronautics, Linköpings universitet och Danubia NanoTech
Linnea Selegård, Saab Aeronautics 30 maj 2018 - 30 nov. 2019 Resultat Syftet med projektet var att skapa en multifunktionell färg med förbättrad konduktivitet genom att tillsätta grafen. Med en sådan […] Resultat Syftet med projektet var att skapa en multifunktionell färg med förbättrad konduktivitet genom att tillsätta grafen. Med en sådan färg finns det potential att minska behovet av dagens konventionella system för blixtnedslag och av-isning, vilket möjliggör minskad vikt på flygplanet och därmed minskad bränsleförbrukning. Grafen har funnits ge en kraftigt ökad konduktivitet hos den epoxibaserade färgen. Genom en laminatstruktur har det varit möjligt att uppvisa ett färgsystem med mycket hög konduktivitet. Färgskiktet visar också en metallisk karaktär i dess konduktivitet. Detta visar på möjligheten att skapa ett färgsystem med mycket hög konduktivitet som potentiellt kan användas för att ersätta dagens blixtnedslagsskydd. Huvudfokus under projektets första del var att undersöka möjligheten att blanda grafen och pulverbaserad färg i pulverform. Det visade sig vara tekniskt komplicerat, inte minst för att det använda grafenmaterialet inte var optimerat för denna typ av applikation. När projektet istället fokuserade på att skapa ett optimerat färgskikt med andra processtekniker erhölls mycket hög konduktivitet. Här visar också konduktiviteten i förhållande till temperaturen att färgskiktet har metalliska egenskaper som verkligen är remarkabla. Vi förutser att det kommer bli svårt att producera pulverbaserade färger som innehåller grafen i den konstellation vi använde. För att lyckas hade vi behövt en färgleverantör som möjliggjorde blandning i vått tillstånd följt av en samtorkning av grafen och färg som ger en möjlig högpresterande färgprodukt. Det är också av största vikt att använda rätt grafenmaterial för rätt applikation. Grafen som användes i detta projekt var ett högkvalitativt rGO-material som producerade ledande skikt med hög prestanda. Det var dock svårt att producera en pulverbaserad färg med denna produkt utan att samarbeta med en färgleverantör. -
Optisk fiber med ytbeläggning innehållande grafen
Bitelecom, Chalmers (Industri- och materialvetenskap), KTH Optical Network Lab och RISE/Acreo Optical Lab
Bitelecom AB 31 maj – 31 dec. 2018 Syfte och mål Projektet ska studera ytbeläggning av optiska fibrer genom att använda framstegen som gjorts inom nanoteknik. I synnerhet ska projektet undersöka […] Syfte och mål Projektet ska studera ytbeläggning av optiska fibrer genom att använda framstegen som gjorts inom nanoteknik. I synnerhet ska projektet undersöka om grafens unika egenskaper kan användas för att ytterligare utvidga möjligheterna inom fiberoptiken, genom att utnyttja unika termiska och elektriska egenskaperna hos grafen samt gaspermeabilitet. Många nya och framväxande applikationer av fiberoptik kräver nya funktioner, ökad pålitlighet och kvalitet, och en minskning av installationstid och kostnad. Fiberoptikkabelmarknaden har en sammansatt årlig tillväxttakt på 9,8 % från 3,16 miljarder USD år 2016 till 5 miljarder USD år 2021. Vi kan rikta oss till denna marknad som leverantör av IP, teknik eller produkter om grafenbelagd fiberoptik är tekniskt och kommersiellt genomförbart. Projektet är ett samarbete mellan Chalmers (Industri- och materialvetenskap), KTH Optical Network Lab, RISE/Acreo fiber Lab och Bitelecom AB, en tillverkare och leverantör av optiska kablar och annan passiv optisk utrustning. Chalmers har en unik kompetens inom materialvetenskap och förmåga att inkludera grafennanoplättar i polymermatris som kan beläggas ovanpå en bar fibersträng. RISE/Acreo har en unik kompetens inom tillverkning av fiberoptiska strängar, avancerad beläggning och förpackningsteknik. KTH har en unik kunskap och insikt om nästa generations optiska kommunikations- och datanätverk och en förståelse för nya och framväxande krav. Sammanfattning Målsättningen med projektet var att undersöka om det är möjligt att belägga en optisk kommunikationsfiber (vanlig bredbandsfiber) med ett eller flera lager grafen för att på så vis skapa en barriär mot vatten (OH) inträngning och gaser, samt att undersöka om en ytbeläggning av grafen ändrar fiberns termiska och/eller elektriska egenskaper. Genom RISE’s försorg tillverkades en optisk fiber som fick en beläggning av ett polymerlager innehållande grafenflingor (Nano Platelets). Som referensmaterial tillverkades också fiber belagd med en polymer innehållande kolpartiklar samt en fiber med enbart polymerbeläggning. Huvudmålet med att tillverka en fiber med en fungerande barriär med grafen misslyckades, men projektet var framgångsvist på andra områden. Genomförbarhetsstudien innehöll ett kommersiellt arbetspaket där Bitelecom tillsammans med KTH undersökte marknadspotentialen för en grafenbelagd fiber (eller andra 2D material). YOFC från Wuhan (en av de större fibertillverkarna i världen och nummer ett i Kina) visade intresse för ett framtida samarbete. Den tekniska potentialen är fortfarande relevant, men kanske mer mot termiska eller elektriska egenskaper. Den viktigaste insikten i projektet var att blandning av grafenflingor i en polymerlösning ställer stora krav på utrustning och genomförande. Angreppsvinkeln hur man belägger ett lager grafen mot en glasyta kan också diskuteras. Chalmers genomförde karaktäriseringen genom pyrolys, samt mätningar av resistans och värmekonduktivitet. Just nu sker en snabb utveckling inom fiberområdet, dels mekaniska förbättringar (t.ex. böjningsradie), dels optiska förbättringar där flera fiberkärnor med individuell cladding bakas samman i en monofiber (multiple cores). Potentialen att grafen kan fungera som ett förstärkningselement eller som bärare av elektriska laddningar är fortfarande relevant. Vad har varit svårt eller vilka utmaningar har ni ställts inför? – Kostnaden och tidsramen för att genomföra studien underskattades. En utmaning är att fortsatta studier kräver inkrementella experiment. Finns det några partner eller andra resurser ni saknar för att gå vidare? – Bitelecom som SME har inga nuvarande planer på att gå vidare men är fortsatt intresserade av nya resultat inom området. -
Självsmörjning och självkylning av polymer – Aros Graphene-kompositer
Graphmatech, Kongsberg Automotive och Uppsala universitet
Mamonu Taher, Graphmatech 15 maj 2018 - 14 nov 2019 Syfte och mål Projektet är mellan Graphmatech, Kongsberg Automotive och Uppsala universitet. Målet är att utveckla självsmörjning polymer-Aros Graphene komposit. […]Syfte och mål
Projektet är mellan Graphmatech, Kongsberg Automotive och Uppsala universitet. Målet är att utveckla självsmörjning polymer-Aros Graphene komposit. Motivering för utveckling är att ta bort oönskade smörjmedel från mekaniska system. Målet är att förstå interaktioner mellan Aros Graphene och polymermatris för att skräddarsy självsmörjigheten. Detta har uppfyllts genom att undersöka två olika polymerer (PPS har dålig kompatibilitet och PA har bra kompatibilitet). Självsmörjande PA-Aros Graphene har framgångsrikt utvecklats, producerats och formsprutats i stor skala.Resultat och förväntade effekter
Tidigt i projektet lyckades vi inte blanda PPS-polymer med AG. Detta har resulterat i att riktningen mot en ny polymer (PA12) för en annan industriell komponent har ändrats efter samråd med komponentägaren Kongsberg Automotive (KA). Utveckling av PA-AG-komposit var framgångsrik och de ursprungligen fastställda målen (t ex att förstå mekanismerna och interaktioner mellan AG och matris) uppfylldes trots förändringen av polymertypen. Den nyutvecklade kompositen har producerats och levererats till KA. Demonstrationstest på KA planeras färdigställas i Q1 2020.Upplägg och genomförande
AG för tribologi har syssniserats och karakteriserats. AG har undersökts som tillsats i olika polymermatriser (PPS, PC och PA). Detta har utvidgat testmatrisen, vilket i sin tur har ökat kunskapen för projektpartnern såväl som i vissa förseningar i prototyparbetet. Bland de undersökta kompositerna var PA-AG den mest framgångsrika med 60% förbättring i friktionsminskning och dramatisk förbättring av hållbarhet och värmeledningsförmåga. Graphmatech har skalas upp produktionen av PA-AG-komposit. 10 kg av denna komposit har levererats till KA för demonteringstest. -
Stabila dispersioner av grafen och nanocellulosa för framtida kompositmaterial
RISE Innventia, BillerudKorsnäs och RISE
Anderas Fall, RISE Innventia 15 maj - 31 mars 2019 Syfte och mål Denna studie undersökte genomförbarheten för stabila dispersioner av grafen i vatten, där grafen stabiliserades med hjälp av […] Syfte och mål Denna studie undersökte genomförbarheten för stabila dispersioner av grafen i vatten, där grafen stabiliserades med hjälp av nanocellulosa. Målet var 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 var att de materialegenskaper som har uppnåtts med flerlagersgrafen kunde förbättras ytterligare med fålagersgrafen samt med optimering av dispersionerna. Nanocellulosa är förnyelsebart, bionedbrytbart och relativt billigt. Det förmodades att kombinationen grafen-nanocellulosa skulle kunna 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 visade 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.Effekter och resultat
Målsättning- Maximerad relativ mängd stabiliserad grafen (mot nanocellulosa)
- Maximerad stabiliserad mängd (torrhalt) grafen
- Gynnsamma reologiska egenskaper
- Ökad förståelse hur grafen och nanocellulosa (NC) interagerar
- Teknisk och kommersiell potential Studien visar en tydlig interaktion mellan nanocellulosa och grafen. Detta är en stor fördel för att kunna generera dispersioner med god stabilitet - därmed intressanta att vidareutveckla. Den viktigaste insikten var att det finns en interaktion mellan nanocellulosa och grafen.
- Karakterisering Rent grafen: RAMAN och TGA. Dispersioner: UV-Vis, AFM, DLS (storlek), Z-potential samt turbiditet.
- Framtidsutsikter Det är intressant med grafentillsats för barriärmaterial, elektriskt-/värme-ledande material. Grafen är nytt för branschen (riskabelt), och konkurrensen från andra billigare alternativ är hård. Första produkten kan vara på marknaden inom 5–10 år.
- Utmaningar Utmaningarna var att rena dispersionerna, efter dispergering, utan att ta bort de mest intressanta komponeterna, såsom stora grafen-flak, samt att ta bort överskott av nanocellulosa, att kvantitativt mäta andelen grafen mot nanocellulosa efter dispergering och upprening. De tydliga hybridegenskaperna gjorde det svårt att studera/mäta de enskilda komponenterna. Enligt rådande plan saknar vi inga partners eller andra resurser för att gå vidare.
-
Värmeledande grafenfilm i termiska band och värmespridare för användning i radar och laser
Saab, SHT Smart High-Tech (SHT) och Chalmers
SHT Smart High-Tech (SHT) 30 maj 2018 - 29 nov 2019 Syfte och mål Som en allmän trend fortsätter elektronik att bli alltmer kompakt, mer funktionell och kraftfullare. Detta innebär oftast […]Syfte och mål
Som en allmän trend fortsätter elektronik att bli alltmer kompakt, mer funktionell och kraftfullare. Detta innebär oftast högre effekter och leder till större värmeflöden och gör det svårt att hålla temperaturen optimal under drift. Projektets mål är att utveckla grafenfilmer för att balansera två positiva egenskaper; den höga termiska ledningsförmågan i två dimensioner (dvs. i planet) och den utmärkta flexibiliteten för ”straps” (rem/band) samt värmespridande plåtar för användning i radar och laser. Det antas att grafenfilm kan ersätta delar av värmespridare och straps som består av koppar (Cu) och aluminium (Al), genom att ge dem högre värmeledningsförmåga och lägre vikt. Samtidigt har de grafenbaserade materialen samma mekaniska styrka som metaller. Viktiga fördelar med det nya grafenmaterialet är europeisk tillverknings- och försörjningskedja, lättare upphandling, ökad konkurrenskraft på den befintliga marknaden och förbättrad tillgång till nya marknader. I detta FoI-projekt samarbetar Saab AB, Smart High-Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola. SHT är projektkoordinator och ska utveckla grafenfilmen med överlägsen termisk ledningsförmåga och flexibilitet för straps och värmespridning. Saab ansvarar för en bredare, teknisk marknadsundersökning om grafenfilm för kylning, en "mock-up" och tillhandahåller en plattform för prototyptestning. Chalmers ska karakterisera grafenmaterialet för att förstå hur de fysikaliska och kemiska egenskaperna påverkar termisk och mekanisk prestanda. Tonvikten ligger på teknisk utveckling av grafenfilmprocessen, balansen mellan grafenfilmens goda termiska och mekaniska egenskaper, marknadsundersökning, projektspridning och nyttiggörande.Resultat
Målet med projektet är att utveckla grafenfilmer för att balansera den höga värmeledningsförmågan i planet och utmärkt flexibilitet för termisk rem och värmespridningsplatta i radar- och laserapplikation. Två typer av grafenfilmer har utvecklats: 1. Ett flexibelt termiskt band används för anslutning av två fasta komponenter; 2. Värmespridningsmaterial med relativt tjocka grafenfilmer. Effektiviteten för värmeavledning med användning av grafenband har ökat 15-35% jämfört med Cu- och Al-folier. Normalt är värmeband för Cu och Al stela och/eller tunga. Grafitbandet är sprött och inte så praktiskt att hantera. Det termiska grafenbandet visar istället mycket bättre flexibilitet och har stor potential för flexibel applicering. Den tjockare grafenfilmen är möjlig att tillverka, och den termiska prestandan måste fortfarande förbättras. Mikrostrukturen hos grafenfilmen har karakteriserats genom metoderna XRD, SEM, TEM, Raman Spectroscopy. Värmeledningsförmågan utvärderas med laserblixten. Alla partners har varit mycket involverade i projektet genom att ta sitt eget ansvar och interagerat med varandra för att få projektet att gå vidare. Genom att driva projektet har vi lärt oss mer om de grafenbaserade materialen, dess marknad och kommersiella tillstånd. Vi planerar att gräva mer för att förbättra själva materialet och göra det mer lämpligt för applicering på termiska band. Med samma partners kommer vi att gå vidare till nästa steg med introduktion av demonstrator och sätta upp hela systemet för att testa den termiska och mekaniska prestandan i en mer relevant miljö. Vissa praktiska frågor, som hur man industriellt monterar grafenark på termiska band, måste övervägas för kommersialisering. Tiden för att släppa grafenbaserade termiska band på marknaden beräknas till cirka tre år. -
Värmereducerande textil HeatReTex
SAAB Barracuda och Swerea IVF
Peo Riis, SAAB Barracuda 15 maj - 15 nov. 2018 Syfte och mål Genomförbarhetsstudien har genomförts av SAAB Barracuda och Swerea IVF. Studien syftade till att ge beslutsunderlag för ett fortsatt större […]Syfte och mål
Genomförbarhetsstudien har genomförts av SAAB Barracuda och Swerea IVF. Studien syftade till att ge beslutsunderlag för ett fortsatt större projekt inom SIO Grafen samt att bygga ett konsortium av aktörer, men även att identifiera materialets egenskaper och svårigheter, begränsningar gällande processbarhet och hur dessa kan lösas. Projektet skulle undersöka hur en textils termiska ledningsförmåga förändras då 2D-fyllmedel tillsätts till materialet som används för fibertillverkning. Ett lyckat resultat kommer ligga till grund för förbättrad prestanda i befintliga produkter, men även nya produkter kommer att kunna utvecklas. Med aktiva funktioner integrerat i de tekniska fibrerna, ökar värdet av fibrerna samt reducerar miljöpåverkan, vilket är viktiga områden för att säkra en utveckling för att bibehålla en konkurrenskraftig svensk textilindustri. Genomförandet sker genom en litteraturstudie och praktiska försök i form av kompoundering, fibertillverkning, textiltillverkning samt provning och utvärdering av fiber och textilens egenskaper.Resultat
Resultaten visar på att det är möjligt att förbättra en textils termiska ledningsförmåga genom att tillsätta ett 2D-fyllmedel i fibern. Fibrerna har tillverkats i konventionella maskiner för storskalig produktion. Genomförda tester visar på goda textila och termiska egenskaper samt att fibrerna även i övrigt har lämpliga egenskaper för att användas i kamouflagematerial. Tillverkningsprocesser och material bedöms uppfylla tekniska och kostnadsmässiga mål på uppskalningsbarhet. Fyllmedlet i olika halter har tillsatts till polymeren genom kompoundering före fiberspinningen. Olika polymerer och fibergeometrier har utvärderats. Kompositmaterialet som har utvecklats går även att formspruta och godset har då en mycket bra termisk ledningsförmåga, vilket innebär att målet avseende på termisk ledningsförmåga hos bulkmaterialet är väl uppfyllt. Förutom vidare material-, fiber- och processutveckling, återstår att uppfylla krav som väderbeständighet samt att integrera halogenfritt flamskydd i fibern. En viktig insikt av studien har varit att det finns vissa svårigheter att få grafenflaken helt exfolierade. Flaken hade en tendens att bilda agglomerat i fibern. En lösning på detta behöver studeras närmare. SAAB Barracuda har för avsikt att vidareutveckla materialet som använts för fiberspinning och förväntar sig att det kommer att användas i serieproduktion av kommersiella produkter inom några få år. Vi ser ett behov av expertis inom termiska mätningar och värmespridning i textilier, samt företag med erfarenhet kring att dispergera 2D-fyllmedel i polymerer lämpliga för smältspinning. Företag med möjlighet till uppskalning av kompoundering och fibertillverkning skulle kunna vara aktuella samarbetspartners. Vi har identifierat en potentiell internationell fibertillverkare. Strategiska projekt 2018
-
Best Practice för tillverkning av grafenkompositer
KTH och SaltX Technology
Jiantong Li, KTH juni 2018 - september 2019 Syftet med detta projekt är att utveckla enkla, skalbara och kostnadseffektiva tekniker för att tillverka grafenpolymerkompositer som kan ge hög […] Syftet med detta projekt är att utveckla enkla, skalbara och kostnadseffektiva tekniker för att tillverka grafenpolymerkompositer som kan ge hög värmeledningsförmåga över 20 W / m K och få generisk och omfattande kunskap om effekterna av olika bearbetningsförhållanden på den termiska ledningsförmåga. Projektet finansierades som ett enstaka strategiskt projekt inom området och en längre rapport finns tillgänglig via SIO Grafen. Vi har utvecklat en enkel lösningsmedelsbytsteknik för att producera högbelastade grafen-polymerkompositer med hög värmeledningsförmåga upp till 115 W / m K. En systematisk studie visar att de kritiska faktorer som dominerar den termiska konduktiviteten hos grafen-polymerkompositer är grafenbelastning och glödgningstemperatur. Denna generiska kunskap, tillsammans med den demonstrerade höga värmeledningsförmågan hos grafen-polymerkompositerna, bör vara mycket användbar för termisk hantering i många branschapplikationer. Projektet baserades på samarbetet mellan tre forskningsgrupper på KTH och SaltX Technology AB. Materialfysikgruppen vid KTH undersökte genom simuleringar den minsta grafenbelastning som behövs för hög värmeledningsförmåga. Polymer Technology-gruppen vid KTH föreslog kompatibla polymerer för högbelastade grafenfärger. Printed Electronics tillverkade grafen-polymerkompositerna, mätte värmeledningsförmågan och genomförde de systematiska studierna. SaltX utvecklade en ny glödgningsteknik och gav råd för termisk konduktivitetstest. Läs mer om projektet i slutrapporten. -
Färdplan Elektronik
RISE, Chalmers, Chalmers Industriteknik, KTH och Saab
Caroline Dahl, RISE maj 2018 - april 2019 På uppdrag av SIO Grafens styrelse så har den första rapporten någonsin över användning av grafen i svensk elektronik tagits […] På uppdrag av SIO Grafens styrelse så har den första rapporten någonsin över användning av grafen i svensk elektronik tagits fram. Rapporten beskriver svenska elektronikaktörers användning av grafen idag samt plan framöver, identifierad potential och problematik per styrkeområde, internationella samarbeten och rekommendationer för svensk framgång de kommande 5-10 åren. Rapporten är baserad på enkätsvar samt intervjuer och diskussioner med ämnesexperter inom områdena Sensorik, Tryckt Elektronik, Högfrekvenselektronik och Elektronikkylning. Den presenterades för allmänheten på både Elektronikmässan och SIO grafens öppna årsmöte 2019. Resultatet kommer att ligga till grund för SIO Grafens fortsatta arbete samt minst en EU-utlysning inom grafen-baserad elektronik. Med hjälp av de strategiska innovationsprogrammen SIP Smartare Elektroniksystem och SIO Grafen, samt ämnesexperters personliga kontaktnät, så nådde den öppna enkäten ut till akademi, industri, startups och institut i hela Sverige. Enkäten möjliggjorde anonym datainsamling och följdes upp med djupintervjuer i de fall där svarande tillät kontakt. Statistik och text togs fram iterativt och till detta lades Sveriges styrkor i internationell kontext genom data från EU Graphene Flagship. Länk till Färdplan Elektronik -
Round Robin karaktärisering
Chalmers Industriteknik, KTH, RISE och RISE IVF
Johan Ek-Weis, Chalmers Industriteknik juni 2018 - december 2018 Karakterisering och standardisering av grafen ses som några av de största hindren och utmaningarna för att kunna nyttiggöra grafen i […] Karakterisering och standardisering av grafen ses som några av de största hindren och utmaningarna för att kunna nyttiggöra grafen i tillämpningar. Det finns även många varianter av grafen och alla leverantörer specificerar inte materialet på ett likvärdigt sätt. Det är därför svårt att utveckla nya produkter. Projektet genomfördes som strategisk insats inom SIO Grafen och avsåg att påskynda uppbygganden av en öppen databas kring validerat grafenmaterial. Projektet har visat på vikten av karakterisering. Detta kommer underlätta valet av lämpligt grafen för utveckling av nya produkter i nya projekt.Kunskapen kring karakterisering av grafen inom det svenska nätverket har ökat. En stor fördel med BET (analys av ytarea) och XPS (kemisk analys) är att de endast kräver begränsad provpreparering. XPS är en avancerad teknik, som dock är väl anpassad till analys av grafenmaterial. BET är en enklare metod, men är inte lika väl anpassad. SEM kan ge bra information om flagstorleken och morfologin, men kräver mer provpreparering och omsorgsfullt valda inställningar. Materialleverantörerna delgav inte kompletta materialdatablad av materialen. Därför kunde bara vissa delar jämföras med utlovad kvalitet. Detta tydliggör dock ytterligare vikten av egna valideringar. Sex olika grafenmaterial (inklusive ett rGO och ett GO) från tre olika leverantörer valdes ut av projektledare från tidigare projekt inom SIO Grafen. Detta säkerställde att relevanta material undersöktes. Analysleverantörer togs fram i en öppen process. KTH, RISE och RISE IVF karakteriserade grafenmaterialen med fyra olika analysmetoder (BET, SEM, TGA och XPS). Två utav dessa metoder (BET och SEM) användes parallellt av två olika organisationer. Programkontoret omfördelade grafenet i anonyma behållare så att analysleverantörerna inte visste vilket material eller leverantör provet kom ifrån. Läs mer i projektets slutrapport. FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (2) 2017
-
Grafen Energi
2D fab, VestaSi, Woxna Graphite, Uppsala universitet och Mittuniversitetet
Sven Forsberg nov 2017 - april 2018 Syfte och mål Silikon i litiumjonbatterier (LIB) kan avsevärt öka lagringskapaciteten. Emellertid har den dåliga elektriska konduktiviteten hos kisel och en […]Syfte och mål
Silikon i litiumjonbatterier (LIB) kan avsevärt öka lagringskapaciteten. Emellertid har den dåliga elektriska konduktiviteten hos kisel och en mycket stor volym expansion vid litiering begränsat användningen av kisel. Idag har kommersiella batterier endast 3-7 % av kisel i sina anoder på grund av dessa begränsningar. Det föreslagna konceptet är att använda grafen för att förbättra den elektriska ledningsförmågan och för att förbättra anodens mekaniska styrka, tillsammans med att ge ett skydd av Si-partiklar för att minska problemet associerat med bildandet av SEI (fast elektrolytgränssnitt). Grafen kommer tillföras i processen där storleken på kiselpartiklarna reduceras. En av den kritiska aspekterna av det föreslagna konceptet är att reducera partikelstorleken av kisel under en viss tröskel för att förhindra den signifikanta nedbrytningen av lagringskapaciteten under litiering och av-litieringscykeln. Även om liknande koncept har undersöks tidigare, kommer den primära distinktionen av innovation från användningen av proprietär ytkemi av kiselpartiklar och deras interaktion med grafen, den unika blandningsprocessen för att förhindra en legeringseffekt samtidigt som man tillhandahåller en intim blandning av grafen och kiselpulver. Potentialen i detta är enorm! För att utnyttja denna potential och för att påskynda kommersialiseringsprocessen är det redan nödvändigt att initiera en värdekedja redan vid denna tidpunkt. Samtidigt måste vi titta noga på frågan hur grafen och kisel påverkar batteriets "livslängd". Målen för denna förundersökning är:- Ett bevis på konceptet grafen som möjliggörare för ökad mängd av kisel i anoder för litiumjonbatterier.
- Initiering av en Supply Chain som kan kommersialisera idén.
- En mindre studie kommer utföras om hur grafen och kisel kommer påverka hur uttjänta batterier ska tas om hand och hur de kan återvinnas.
Resultat
Denna förstudie visade att det finns en stor potential att använda malda kiselpartiklar i blandningar av grafen och nano-grafit, för att tillverka anoder till Li-jon batterier. Det ser ut som vi har kommit ett stort steg framåt med att få god cyklingsbarhet, vilket tidigare har varit problemen med kiselpartiklar. Vi uppfyllde i stor de uppsatta målen och resultaten var faktiskt över våra förväntningar. Målen var:- Ett “proof-of-concept” som visar att kiselpartiklar kan fungera i anoder, med goda cyklingsegenskaper. Det målet nåddes.
- Att som sätta ihop en värdekedja som kan kommersialisera idén. Där nådde vi nästan ända fram, men vi saknar engagerade slutanvändare.
- Att göra en enkel ”livscykelanalys”. Livscykelanalysen visade att inga negativa effekter kan förväntas av att använda kisel in Li-jonbatterier.
-
Grafen för Hall-sensorer
Graphensic, Chalmers, TDK-Micronas
Amer Ali dec 2017 - maj 2018 Syfte och mål Syftet med projektet är att utforska prestandan och gränser för Hallsensorer, baserat på epitaxiell grafen på SiC (kiselkarbid) riktat […]Syfte och mål
Syftet med projektet är att utforska prestandan och gränser för Hallsensorer, baserat på epitaxiell grafen på SiC (kiselkarbid) riktat mot tillämpningar inom bilindustrin. De specifika målen är relaterade till att producera sensorer som erbjuder den höga känslighet som behövs för drift i verkliga tillämpningar: a) Demonstrera Hall-sensorer med spänningsfrekvens på minst SV = 100 mV / VT vid rumstemperatur (T = 25 ° C). b) Demonstrera Hall-sensorns prestanda under svåra driftsförhållanden vid temperaturer upp till T = 175 ° C.Förväntad påverkan och resultat
Genom att använda epitaxialgrafen som kärnan i nya Halleffektsensorer, strävar vi efter att överträffa toppmoderna kommersiella Hallsensorer som används generellt inom bilindustrin. Om projektet lyckas blir nästa steg att demonstrera storskalig produktion och reproducerbar prestanda till en konkurrenskraftig prisnivå. Den potentiella effekten av sådan teknik är att bli den nya standarden för Hallsensorer.Resultat
Aktörerna i projektet har bildat en kompletterande försörjningskedja:- TDK-Micronas främst har bidragit med specifika krav baserade på branschens behov och avancerad elektromagnetisk karakterisering av Hall-sensorer.
- Chalmers har utformat och bearbetat komponenter, baserat på diskussioner med alla projektaktörer.
- Graphensic har samordnat insatserna och tillverkat grafenmaterial för att möta Chalmers krav.
-
Grafen i textilier
Inuheat Group, Smart Textiles vid Högskolan i Borås och Swerea IVF.
Pia Roy, Inuheat Group nov 2017 - juni 2018 Syfte och mål Förstudien har genomförts av Inuheat Group (som utvecklar värmesystem för kläder), Smart Textiles vid Högskolan i Borås […] Syfte och mål Förstudien har genomförts av Inuheat Group (som utvecklar värmesystem för kläder), Smart Textiles vid Högskolan i Borås och Swerea IVF. Syftet var att undersöka möjligheten att med användning av grafen öka ledningsförmågan, nå tillförlitlighet gällande elektriska egenskaper, samt att öka livslängden på elektriskt konduktiva garner. Detta genom att tillsätta grafen på garnytan samt inblandning i fibrerna. Denna genomförbarhetstudie syftade till att ge ett beslutsunderlag för ett fortsatt större projekt inom området grafen i textiler samt vilka aktörer som skall ingå. Ett lyckat resultat kommer lägga en grund för tillverkning av konduktiva garner som är finare och tunnare och som har högre konduktivitet och komfort än vad som idag finns på marknaden, varav många är metallbaserade. Detta skulle öppna upp nya möjligheter och applikationsområden för wearables och plagg med inbyggda funktioner. Ökad livslängd på fiber/garner är av betydelse både från ett kvalitets- och ur ett miljöperspektiv. Upplägg och genomförande - Litteraturstudie omfattande patent och vetenskaplig litteratur. - Genom teoretiska beräkningar skaffa sig uppfattning om mängden grafen som behöver beläggas på en fiber för att erhålla tillräckligt hög ledningsförmåga. - Inventera tillverkare som finns gällande grafen. - Upprätta kravspecifikation som säkerhetsställer produktionsmässig och kommersiell relevans. - Pilotförsök att tillföra grafen till ett garn genom att 1) belägga konduktiva fiber/garn med grafen, 2) smältspinna fiber med inblandning av grafen och 3) Kombination av ovanämnda 1) och 2). Identifiera svårigheter och begränsningar gällande processbarheten av de två olika metoderna. Effekter och resultat Projektmålen och förväntningar har uppnåtts. Projektet har utvecklat en metod för grafenbeläggning av garn och fibersträngsprutning av grafenförstärkt polymer. Elektrisk ledningsförmåga och morfologi av materialen har studerats. Litteraturstudier för både beläggning och smältspinning har utförts. Genom att addera grafen till garn/fiber ökar dess konduktivitet. Olika smältspinnning- och beläggningsförsök har genomförts och utvärderats. Metoder och material för grafenbeläggning och smältspinning av garn har utvecklats. Erhållen kunskap och resultat har regelbundet delats mellan samarbetsparterna vid projektmöten. Resultaten visar att hanteringen och förbehandling av såväl polymer, fiber och grafen är viktig, identifiering och upprättande av tillförlitlig process är av stor betydelse för att kunna nyttja grafenets fulla potential. Ytterligare grundläggande arbete omfattande bland annat tvätt -och nötningsbeständighet måste utföras för att uppnå en kommersiell produkt. Artikel i Ny Teknik 2017-11-09 "De ska hålla kläder varma med grafen" -
Grafen kompositmaterial, steg 2
Saintpro, 2D fab och Chalmers Industriteknik
Roro Yakoub, Saintpro nov 2017 - okt 2019 Syfte och mål Projektet syftar till att ta fram skottsäkra produkter, främst till personlig skyddsutrustning. Detta genom att införa grafen […]Syfte och mål
Projektet syftar till att ta fram skottsäkra produkter, främst till personlig skyddsutrustning. Detta genom att införa grafen i polykarbonater (PC) och sedan tillverka ett antal olika sandwichkonstruktioner ihop med andra material. Skottsäkerhet är en av de mest krävande applikationer som behöver spjutspetsegenskaper hos ingående material. Saintpro och 2D fab har gjort en genomförbarhetsstudie som visade att vi kan producera kompositer av PC med grafen och att grafen påverkar de mekaniska egenskaperna mycket positivt. Vid preliminära tester av sandwichkonstruktioner under förstudien kunde skottsäkerhet (dock inte enligt standard) konstateras. Flera hårdvaruleverantörer har visat intresse efter vår förstudie, och vill vara med i processen. Målet är att tillverka vår unika och patenterat sköld med grafen innehållande material som klarar global ballistisk skyddsstandard NIJ Standard III och europeisk skyddsstandard WPAM 6. Om projektet lyckas kommer grafen att kunna användas i många andra olika produkter som har krav på skottsäkerhet, men också i en myriad andra produkter, t.ex. inom fordonsindustrin. Projektet kommer att genomföras av ett konsortium bestående av Saintpro, 2D fab samt Chalmers industriteknik (CIT). Den globala marknaden för kroppspansar och personskydd uppskattas till 2 miljarder dollar med en ökning på ca 10 % per år.Resultat
Framställning av grafen har utförts i 2D fab grafen process med expanderad grafit i vattensuspension. Viktiga komponenter i processen är antal skjuvningscykler, tillsatsmedel och grafitkoncentration. Försök med optimering av antal cykler och grafitkoncentrationer har utförts för att uppnå lämplig produkt för kompositer till ballistiska applikationer. Olika tillsatsmedel är också nödvändiga för att stabilisera den färdiga grafenprodukten och förhindra agglomerering i vattensuspension. Flera tensider (dispergeringsmedel) och processhjälpmedel har utvärderats för att uppnå hög stabilitet av grafen. Saintpro har formsprutat plattor och provstavar av polykarbonat-grafenkompositer ( PC-Gr ). Framställning för ballistiska undersökningar har i ett första steg komponderats till en masterbatch (MB) av PC-Gr med förhållandevis hög grafenhalt. Tillsammans med Polykemi AB (Ystad) framställdes ca 20 kg MB. Vid senare tillfälle blandades MB med vald baspolymer och formsprutades av Saintpro vid olika koncentrationer och anpassad detalj storlek (Bobe Plast AB). Framställda detaljer har grafenhalter av 0 %, 0.5% 0.75%, 1.0 och 2.0%. Utförd provning Specifika ytan (BET) av exfoilierad grafen (2Dx standard, pulver) har analyserats och uppvisar värden mellan 25-35 m2/g. Provstavar av PC/Gr formsprutades och testades med dragprovning i enlighet med ISO-527 (AD-manus Materialteknik AB). E-modulen ökade med ungefär 40 % vid 2.0 wt% tillsatt grafen (2D fab, 2Dx Standard) i PC, (Sabic, Lexan EXL 1434). Provkroppar av PC-Gr finns för framtida analyser Split-Hopkinson instrument. Uppfyllde ni de uppsatta målen och förväntningarna? – Tester hos CIT och 2D fab visar positiva förbättringar av provbitar med grafentillsats. Vi har testskjutit skarpt på materialet med positivt resultat. Vi även testskjutit på materialet i form av sandwichkonstruktionen (PC-Gr och kolfiber) och här kunde vi se en klar förbättring. Vi ser behovet av fler tester för att säkerställa exakt vilket material som tillförde dessa extra egenskaper som ökade ballistiska egenskaperna i materialet. De mekaniska egenskaperna hos provplattorna undersöktes på Chalmers med kryptester, dragprovning, DMTA och slagprovning. Dessa jämfördes även med provstavar tillverkade med samma masterbatchar på Chalmers. Vad var den viktigaste grafenrelaterade insikten i projektet? – Att vi fick fram all nödvändig information som behövdes för att kunna formspruta materialet, samt att de involverade företagen blev uppdaterade om grafen och dess egenskaper. Företaget Bobe Plast AB hade inte hört talas om grafen tidigare och visste inte om deras nuvarande maskinpark klarade av att formspruta materialet. Tillsammans med FOI (Totalförsvarets forskningsinstitut) genomfördes under två tillfälle mekaniska testskjutningar med 5 olika formsprutade plattor med olika blandning av grafen/PC och tjocklekar. Testerna visade en förbättring med grafen/pc än med enbart pc i plattorna. Hur ser ni på framtiden för grafen inom ert tillämpningsområde – hur lång tid är det kvar till första produkten? – Saintpro har under ett flertal tillfälle introducerad grafen för flera företag. Vi är helt övertygade om att grafen inom 3-5 års tid kommer att finnas i många olika applikationer. Framöver hoppas vi formspruta i skalenliga prototyper av våra sköldar. Projektet har varit mycket lärorikt för alla partner där kunskapen om grafen har medfört en ökad kunskap om materialets egenskaper och framförallt användningsområde som vi ser är oändliga för detta material. Finns det några partner eller expertis ni saknar för att gå vidare? – Vi har byggt upp ett starkt nätverk av forskare, tillverkare och testcenter. För tillfället saknar vi inte något expertis från vår sida, men detta kan komma att ändras framöver. Vi ämnar att gå vidare med en ny ansöka för nästa steg för att kunna tillverka skalenliga produkter för verifiering i riktiga testmiljöer. -
Grafenbaserade självsmörjande nötningsbeständiga kompositer för lager i vattenkraft
Vattenfall (Älvkarlebylaboratoriet), Luleå tekniska universitet och Sustainalube
Jan Ukonsaari, Vattenfall november 2017 - juni 2022 Syfte och mål Marknaden för vattenkraft förväntas att växa globalt från 2016 och framåt. En ökad efterfrågan på förnyelsebar energi tillsammans med striktare miljökrav förväntas väsentligt driva expansionen av vattenkraft. Den övergripande marknaden […] Syfte och mål Marknaden för vattenkraft förväntas att växa globalt från 2016 och framåt. En ökad efterfrågan på förnyelsebar energi tillsammans med striktare miljökrav förväntas väsentligt driva expansionen av vattenkraft. Den övergripande marknaden för vattenkraftsturbiner förväntas vara över 190 miljarder USD år 2023. Vattenkraften tillgodoser den stabilitet och kontinuitet vilket andra förnyelsebara energikällor inte kan. Ökad utbyggnad av andra förnyelsebara energikällor som vind och sol medför att vattenkraftsturbiner används mer under ofördelaktiga arbetsförhållanden på grund av ökad reglering samt fler start och stopp. Samtidigt så skärps de miljömässiga kraven för vattenkraft och det finns en trend att gå från olje-och fettsmorda lager till miljöanpassade smörjmedel och självsmörjande lagermaterial för att undvika miljöpåverkan till följd av smörjmedelsläckage. Livslängdskraven på de självsmörjande lagermaterialen och miljöanpassade smörjmedlen är väldigt höga. I dagsläget medför de tuffa arbetsförhållandena till följd av utbyggnaden av andra förnyelsebara energikällor att dessa lager havererar långt innan de når tilltänkt livslängd. För att kunna tillgodose att svensk vattenkraftsindustri fortsätter vara konkurrenskraftig så behövs nya och bättre självsmörjande lagermaterial som kan användas tillsammans med vatten eller andra miljöanpassade smörjmedel. Grafen har extraordinära mekaniska och smörjande egenskaper vilka kan nyttjas när grafen används som förstärkning av det självsmörjande lagermaterialet. Det huvudsakliga målet för detta projekt är därför att utveckla nya nötningsbeständiga och högpresterande självsmörjande polymera kompositer som kan användas som lager tillsammans med vatten och andra typer av miljövänliga smörjmedel. -
Grafenförstärkt zink som ytbeläggning på ståltråd
Swedwire, Chalmers Industriteknik och 2D fab
Filip Bengtsson nov 2017 - mars 2018 Syfte och mål Projektet har syftat till att ge information om hur grafen kan användas för att stärka de korrosionsskyddande egenskaperna […] Syfte och mål Projektet har syftat till att ge information om hur grafen kan användas för att stärka de korrosionsskyddande egenskaperna hos zink genom ytbeläggning på ståltråd, samt hur man kan tillämpa detta i en förzinkningsprocess av dragen ståltråd. Genom att öka ytbeläggningens korrosionsbeständighet kan produktens livslängd ökas och/eller ge en mer kostnadseffektiv produkt, eftersom en mindre mängd ytbeläggning kan användas med bibehållen korrosionsbeständighet. Projektet har utförts i 2 delar:- Preliminär studie i syfte att utnyttja redan genomförda studier inom fältet.
- Prototyptest: Med hjälp av informationen som erhållits i förundersökningen har ett test i liten skala genomförts, där en ståltråd har belagts med ett zink-grafenlager och sedan har korrosionsbeständigheten testats.
-
Graphene Enhanced Cement Based Coating
Lanark, SHT Smart High Tech, RISE CBI, Chalmers, Chalmersfastigheter/Akademiska Hus
Lars Nilsson, Lanark nov 2017 - april 2019 Syfte och mål Betong är dominerande material för byggnads- och anläggningskonstruktioner över hela världen; hållbart men poröst för nedbrytande klorider, […]Syfte och mål
Betong är dominerande material för byggnads- och anläggningskonstruktioner över hela världen; hållbart men poröst för nedbrytande klorider, koldioxid och andra aggressiva ämnen. För att förbättra hållbarhet används ytbeläggningar. Cementbaserade beläggningar, som bevarar och samverkar med betongens alkaliska miljö, utreds och nyttjas allt mer. Målet med projektet är att utveckla ett cement/stenmjölsbaserat skyddande ytskikt för betonginfrastrukturer; vägsidor, tunnlar, broar, silos, industribyggnader och bostäder. Projektet ska dessutom analysera om tekniken generellt kan användas för tunna skikt; kraftputs, golvspackel och reparationsbruk. Funktionaliserat grafen möjliggör en förstärkt bindning till cement och etablerar en mikroförstärkning av molekylstrukturen. Denna egenskap skulle vara särskilt fördelaktig i tunna beläggningslager; vidhäftning, skydd mot karbonatisering och med valfria estetiska egenskaper. Projektet är en uppskalning och utveckling av Vinnova-projektet 2015-05534. Projektet sammanfogar fyra partner med kompletterande kompetenser. Lanark utgör koordinator med syfte att utveckla och kommersialisera slutprodukten. Lanark samarbetar idag med Cementa och Sika och är producent av den befintliga cementbaserade beläggning som används i projektet som referensmaterial. SHT Smart High Tech och Chalmers och tillhandahåller kompetens och tillverkning av funktionaliserat grafen och 2D-material. RISE CBI tillhandahåller kompetens för forskning och utveckling samt testning/screening i produktutvecklingsprocessen. Chalmersfastigheter/Akademiska Hus etablerar/utvärderar en demonstrationsanläggning på Chalmersområdet.Resultat
Syftet med projektet var att införa funktionaliserat grafen i cementbaserat beläggningsmaterial för att förbättra dess mekaniska egenskaper. Förbättringsnivån ligger mellan 20-40%. Volymprodukten av funktionaliserat grafen kan erhållas för målning av upp till 100 m2 väggar. Jämfört med själva cementfärgen förbättrar tillägget av grafen böjegenskaper, ger bättre vidhäftning med cementbaserade underlag och är mer motståndskraft mot kloridgenomträngning. För nästa steg behöver vi mer förståelse för hydratationsprocessen och grafenets bindningsmekanism på cementkornen. Ett fortsatt projekt planeras fokuserande på utveckling av hur man kan utnyttja grafenflakets mekaniska egenskaper, uppskalning av tillverkningsmetoder av funktionaliserat grafen samt fullskaliga demonstratorer i utsatta miljöer med långtidsutvärdering. SHT kommer i detta också att förbättra repeterbarheten för uppskalningsprocessen för funktionaliserat grafen och Lanark kommer att förbättra basmaterialet i cementpulver. Vi förväntar oss att den första kommersiella produkten av grafenförstärkt cementfärg mognar fram inom 2-3 år. För närvarande har vi ett väl fungerande arbetsteam inför kommande utvecklingsprojekt. -
Graphene in loudspeaker membranes
Transient Design Sweden, Chalmers Industriteknik och Chalmers
Lars-Ola Hoffer nov 2017 - 4 april 2018 Syfte och mål Ett idealiskt högtalarmembran skulle vara styvt och kapabelt att effektivt avleda högtalarens överskridande värme. För närvarande är […] Syfte och mål Ett idealiskt högtalarmembran skulle vara styvt och kapabelt att effektivt avleda högtalarens överskridande värme. För närvarande är så inte fallet, vilket begränsar högtalarnas prestanda även de mest avancerade modellerna. En cellulosa-grafenkomposit, genom att kapitalisera på materialets inneboende egenskaper, skulle i bästa fall erbjuda rätt teknik. För att demonstrera detta planerar vi att använda ett kommersiellt pappershögtalarmembran modifierat med kompositmaterialet. På så sätt kan vi ändra storleken på papperskeglar från små 20 mm (diskanthögtalare) upp till 460 mm (18" woofers) med samma teknik, samtidigt som det ger möjlighet att minska distorsionen. Eftersom pappersmembran högtalare fortfarande används i de flesta ljudsystem runt om i världen hoppas vi kunna förbättra prestandan med en faktor 10. Bara med början i high-end-sektorn skulle vi visa konceptet för ytterligare generalisering. Projektet kommer att involvera tre huvudpartners. Transient Design Sweden kommer att erbjuda expertis inom ljudrelaterad teknik och högtalar-benchmarking. Chalmers Industriteknik kommer att tillhandahålla allmän kunskap om grafen och kommer att undersöka IP-frågor samt andra kommersiella aspekter och spridning. Applied Chemistry på Chalmers kommer att bidra med kompetens inom formulering, särskilt cellulosabaserad. Genomförande "Proof of concept" kommer att utföras genom att belägga ett membran med en formulering av grafenblandningen. Effekten av beläggningen kommer att bedömas i form av kriterier som minskning av distorsion bland annat. Effekter som beläggningstjocklek och densitet kommer att utvärderas. Effekter och resultatProjektet syftade till att undersöka den potentiella användningen av grafen i tillverkningen av högtalarmembran, mot high-end-sektorn. För att underlätta införandet av grafen i membranen har kompositytbeläggningar gjorda av nanocellulosa och grafen framställts och applicerats på traditionella papperskoner.Papperskonerna har testats och appliceringen av ett tunt skikt av sådana beläggningar, vilket tillför mindre än 5 viktprocent till konmassan, har visat sig förbättra membranens mekaniska egenskaper avsevärt, vilket motsvarar de mest krävande HiFi-förväntningarna. Sedan har projektet fokuserat på att rekrytera nya partners, nationellt och internationellt, och resultaten har skapat intresse bland de finaste hårdvaruproducenterna, som vanligtvis handlar om mycket avancerad utrustning som diamantbaserade högtalare.Projektet fortsätter nu med att utveckla ett rent nanocellulos-grafenmembran, i samarbete med Marten AB, en av världens fem största högtalartillverkare. Marten är väl etablerade inom området och har goda kontakter med avancerade high-end tillverkare som nu integreras i en ny tillämpning. -
Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen
APR Technologies, Chalmers och SHT Smart High-Tech
Peter Nilsson, APR Technologies nov 2017 - okt 2019 Syfte och mål APR Technologies AB har en affärsidé i att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor) helt […]Syfte och mål
APR Technologies AB har en affärsidé i att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor) helt utan rörliga delar och som drivs med termisk energi. Grafen är ett lämpligt material för den mest kritiska komponenten i pumpkärnan, som på flera nivåer skall kunna säkerställa kompressorns behov av en internt extremt hög termisk ledningsförmåga. Det är kombinationen av mycket hög värmeledningsförmåga och möjligheten till en anpassad permeabilitet för gaser, som gör grafen till en unik materialkandidat. Kryogeniska kylsystem behövs i en rad olika vetenskapliga, industriella, medicinska och militära utrustningar med syfte att kyla kritiska sensorer eller komponenter. Dagens kylsystem har höga kostnader, låg tillförlitlighet och behöver frekvent underhåll. Detta begränsar användningen av kryogeniskt kylda system och utesluter idag kryosystem inom en rad tillämpningar och marknadsområden. Kylsystem som är miniatyriserade, tillförlitliga och billigare efterfrågas inom till exempel; IR-detektion, magnetisk detektion för magnetoencephalografi, kardiologi, geofysik och radiosystem för satellitmarkstationer. Förbättringar i kryokyl-tekniken öppnar även nya marknader som idag inte kan acceptera dagens låga tillförlitlighet och höga kostnader, stora underhållsbehov, alstrade vibrationer eller högljuddhet. Exempel på två stora potentiella marknader är mobilradiosystem och magnetfältsdetektorer (SQUID). Projektet är en fortsättning på tidigare samarbeten mellan APR Technologies AB i Enköping, Chalmers och SHT Smart High-Tech AB i Göteborg. APR Technologies AB leder projektet, definierar kravbilden på materialet och står för idé-, system- och materialutveckling, Chalmers utför materialkarakterisering och SHTs roll är inom materialutveckling. En första fungerande prototyp togs fram i föregående projekt fast tillverkningsmetodiken behöver utvecklas mot bättre yield, stabilitet och prestanda. Huvudmålet med projektet är att uppnå en stabil tillverkningsprocess av kompressorn, ytterligare förbättra grafenmaterialet och ta fram ytterligare systemkomponenter för att efter projektet kunna gå över i en kommersialiseringsfas.Resultat
Projektet har haft som mål att utveckla en termiskt driven Joule-Thomson kryokylare utan rörliga delar, som möjliggörs m.h.a. den goda värmeledningsförmågan hos grafen-baserade kompositer. Projektet innefattade utvecklingen av ett lämpligt grafen-baserat material och dess tillverkningsprocess, för att ge goda förutsättningar för en framtida kommersialisering. Avsedda kommersiella applikationer är inom rymdteknik och annan industri, med krav på låga vibrationsnivåer och lång livslängd, främst med naturligt tillgängliga temperaturskillnader. Under projektets gång fokuserades APR Technologies insats huvudsakligen på den termiskt drivna kompressorn tillsammans med övriga kritiska systemdelar, genom ett flertal prototypiterationer. Fungerande och mekaniskt robust kompressor utan rörliga delar har byggts, i handhållen storlek, som förmår att skapa en tryckökning på 0.5 bar. Likaså kan kompressorn användas för att pumpa ett undertryck på sin inmatningssida, och där demonstrerades en tryckminskning ifrån 1 bar ner till 0.7 bar, endast drivet av en kontrollerad extern temperaturskillnad på ca 120 grader Celsius. Innan projektet inleddes kunde den föregående prototypen pumpa ett maxtryck på ca 0.02 bar vilket innebär att det under projektets gång uppnåddes en ca 20-faldig ökning av genererat maxtryck. Konceptet är därefter skalbart för högre tryck. I samarbete med SHT Smart High Tech och Chalmers har grafen-materialet optimerats och en komposit med koppar/grafen har tagits fram och verkar mycket lovande även inom angränsande områden som värmeväxlare. Kompositmaterialet har uppnått nära 4 gånger högre värmeledningsförmåga än ren koppar. Detta med goda förutsättningar för ytterligare förbättring genom att variera tjockleken på grafen-filmerna, som under projektets gång har uppnått en värmelednings-förmåga på över 2.000W/mK. För att optimera kompressorn för framtida kommersialisering utvecklades ett kompositmaterial, bestående av koppar och grafen-baserad film. Kopparbitarna tillverkades med foto-kemisk etsning vilket lämpar sig för stora volymer till tillräckligt låga priser. Detta material utgör en viktig grafen-relaterad insikt i projektet: att kompositmaterial bestående av grafen och koppar är ett möjligt sätt att nyttja värmeledningsförmågan hos grafen i applikationer som kräver täthet och mekanisk styrka. Kompositmaterialet användes även till utvecklingen av kylsystemets motflödande värmeväxlare, som näst efter kompressorn är den mest kritiska komponenten i en motflödande kryokylare. Värmeväxlaren har tagits till ett tidigt prototypstadie, och tros ha en kommersiell potential då dess koncept representerar vissa förbättringar gentemot motsvarande befintliga värmeväxlare. Möjliga applikationer En prototypkompressor är visad på några konferenser inklusive Mobile World Congress samt andra tillfällen i Sverige och APR har under projektet knutit kontakter med industri och Big Science. SHT säljer sina filmer bland annat via sin hemsida, och i framtiden tänker APR Technologies undersöka alternativa applikationer av Knudsen-kompressorn. Projektet har varit mycket värdefullt även utanför den specifika tekniska utvecklingen eftersom det starkt bidragit till att öppna dörrar hos industriella aktörer både i Sverige och internationellt. -
Quad Band infraröd detektor baserad på Graphene / Silicon heterostruktur
GKN Aerospace Sweden, Chalmers, Termisk Systemteknik
Per Henrikson, GKN Aerospace Sweden nov 2017 - feb 2018 Syfte och mål Automatisering av industriella processer är avgörande för företagens konkurrenskraft. GKN Aerospace arbetar med nya automatiserade kostnadseffektiva metoder […]Syfte och målNy teknik, såsom den quadband-fotodetektor som utvecklats av Chalmers som använder enlagersgrafen, var av särskilt intresse i detta sammanhang och potentialen för simultan flervåglängddetektering i infraröda band. Detta skulle kunna förbättra automatiserad termografisk icke destruktiv testning (NDT) för metallövervakning av flygkomponenter och användas inom andra industriella tillämpningar. För Sverige som nation, med tonvikt på högvärdetillverkning, kommer en sådan automatisering med hjälp av Industry 4.0-teknik och skapande av smart produktion att leda till ökad konkurrenskraft. Tre aktörer har ingått i denna genomförbarhetsstudie. GKN som var övergripande projektledare. Chalmers skulle validera detektorns prestanda. Termisk Systemteknik har utfört simuleringar på effekterna av multi-bandavkänning i termografi med avseende på defektsdetektering och temperaturmätning. Fyra arbetspaket ingick: Tillverkning och karaktärisering av en enstaka pixeldetektor har skett i Chalmers cleanroom. Simuleringsmodellbyggnad och testning har utförts av Termisk Systemteknik. Regelbundna projektmöten har hållits under projektets gång och alla resultat har delats mellan parterna. Effekter och resultat En simuleringsmodell har tagits fram och simuleringar har genomförts för att studera hur den tänkta grafensensorn skulle kunna nyttiggöras inom termografisk oförstörande provning (OFP). Genom simuleringar har vi kunnat studera variationer i temperatur, emissivitet, bakgrundsstrålning och mätning, och vi har kunna dra slutsatser kring hur sensorns prestanda påverkar mätresultatet jämfört med andra störningar. Vi har tillverkat infraröda detektorer baserat på Grafen-Kisel heterostruktur. Mätningar har utförts i syfte att karakterisera och verifiera detektorns egenskaper och prestanda. Detektorerna har designats för olika spektralband inom området 1.5-5 µm. Detektorerna uppvisar mycket låga brusnivåer vilket är lovande för framtiden. Däremot visade det sig vid uppmätningen av detektorn att tillverkningsprocessen behöver optimeras för att kunna uppnå önskad spektralrespons i de olika filterområdena. Vid tillverkningen framkom att sensorn inte fullt ut kunde realiseras med specificerade filteregenskaper i olika spektralband, så det var inte heller möjligt att inom förstudien validera utförda simuleringar med riktiga mätningar. En anledning till att inte önskade detektoregenskaper kunde uppnås kan vara oavsiktlig dopning i grafen, och möjliga orsaker till detta behöver studeras och utredas. Viktiga insikter är att för att kunna åstadkomma önskade multi-banddetektorer är det nödvändigt att utveckla tillverkningsprocessen så att denna inte producerar vad som antas vara oavsiktlig dopning i grafen. I övrigt så uppvisar sensorn mycket goda egenskaper beträffande känslighet, och när tillverkningsprocessen väl fungerar, förväntas denna kunna leverera ett såpass brusfritt mätvärde att inte längre sensorbruset kommer att ha någon betydelse för slutresultatet, då alla andra mät-och modellfel som uppstår i verkliga förutsedda tillämpningar såväl som i simuleringar kommer att vara större. När det gäller framtidsutsikterna för grafen för utveckling av infraröda detektorer så förväntas denna typ av sensor ha möjlighet att överträffa mätnoggrannheten hos en flerbandspyrometer och kunna kombineras med den bildgenererande förmågan hos en värmekamera. Utöver termografi för inspektion av t.ex. ytdefekter i metalliska material vilket fokuserats på i förstudien, finns ett antal andra möjliga tillämpningar som inte studerats här. Genom att utveckla och optimera en bättre process för detektortillverkning skulle uppskattningsvis en produktlansering kunna ske om 2-3 år. Nästa steg i utvecklingen skulle skulle vara att ta fram en fungerande prototyp och verifiera denna experimentellt. Fler parter skulle behövas på sikt i samband med eventuell produktutveckling, kommersialisering och tillämpning av detektorn i industriella applikationer skulle fler parter vara aktuella. -
Simulering och modellering av GRM i CAE-miljö
ÅF Industry, Chalmers
Fredrik Jareman Nov 2017 - Feb 2018 Syfte och mål En grundförutsättning för framgångsrik teknikintensiv industri är tillgången till tillförlitliga modellerings- och simuleringsmiljöer. Kraftfulla simuleringsverktyg i kombination […]Syfte och mål
En grundförutsättning för framgångsrik teknikintensiv industri är tillgången till tillförlitliga modellerings- och simuleringsmiljöer. Kraftfulla simuleringsverktyg i kombination med solid modelleringskompetens (Computational Added Engineering, CAE) är ett idag ett nödvändigt komplement till erfarenhetsbaserad design och innovationsarbete. Modellering av grafenrelaterade material (GRM) är idag begränsad till relativt små skalor upp till mikrometernivån. De numeriska metoder som används är starkt specialiserade och kan inte utan avsevärda insatser integreras i kommersiella modelleringsplattformar. Projektidén grundade sig i kunskapsklyftan kring modellering av GRM utifrån ett simuleringsperspektiv i förhållande till ett designarbete eller en konceptframställan. Vi har gjort detta genom att identifiera villkor, förutsättningar och prioriteringsordning utifrån en väletablerad CAE-plattform för sammanlänkning med simuleringsmodeller framtagna inom den akademisk forskningen. Detta har gjorts avgränsat och med ett systematiskt tillvägagångsätt på vetenskaplig grund med hög marknadsmässig återkoppling och med stor potential inom ökad teknikmognadsgrad för grafen.Resultat
Denna genomförbarhetsstudie hänvisade till simulering och modellering av 2-dimensionella grafen eller besläktade material (GRM). Den nuvarande statusen är företrädesvis sluten i en fördel jämfört med nackdelar med hjälp av skalhöjarkonfigurationen.
Genomförbarhetsstudien drar slutsatsen att det effektiva kontinuummetoden ger en stor potential i banbrytande framsteg när det gäller att hantera CAE-problem med flera skalor och multifysik. Studien angav också tydligt utmaningarna när man säkerställde en överföring av information från kontinuerlig makroskala till molekylär skala. Det identifierades också ett gap - i synnerhet på meso-skalan. För att föreslå ansträngningar för att övervinna dessa hinder, krävs fortsatt forskning inom följande:
- Bygga meso-skala metoder med tanke på överföringsinformationen som i parameter för variabel tillvägagångssätt, föredraget med användning av fina kurs rutnät metoder tydligen framgångsrik i FEM problem.
- Använd störningsinriktning för att uppnå känsligheten och det fysiska korrekta omvandlingsresultatet baserat på informationens nivå.
- Närma sig multiscaling problem genom sekventiella metoder och implementera en rekursiv förfining av parametrar, diskreta eller fältvariabler och FSI-metod.
FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (1) 2017
-
GNOME ACA
ScandiDos, Akzo Nobel, 2D fab och Acreo Swedish ICT
Kjell Lundgren juli-december 2017 Syfte och målSyfte och mål
Denna genomförbarhetsstudie syftade 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 var 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
Planerat upplägg och genomförande
Projektets huvudutmaning var att belägga polymersfärer med grafen så att dessa får en ledningsförmåga och att denna ledningsförmåga bibehålls då sfärerna expanderar. En annan stor utmaning var 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.Resultat
- Elektriskt ledande partiklar i form av grafenbelagda polymerpartiklar har utvecklats. Dessa kan blandas in i lim för att åstadkomma elektriskt ledande lim. Detta resultat kan leda till att montering av strålningssensorer med flip-chip teknik med ett metallfritt anisotropt ledande lim är möjligt. Detta kan i sin tur ha effekten att kretskort med en hög antalsdensitet av sensorer kan realiseras med tillverkningsmetoder som är skalbara och ekonomiskt realistiska. I projektet utvecklades en metod att med en skalbar våtkemisk metod belägga polymerpartiklar med grafen. Beläggningen gör att kompositer baserade på partiklarna blir elektriskt ledande. Det är möjligt att framställa anisotropt ledande material baserade på grafenbelagda polymerpartiklar framställda med metoden.
- Beläggningen har visat sig ha begränsad mekanisk hållfasthet och begränsad vidhäftning mot polymerpartiklarna. Detta skapar problem då partiklarna ingår i högviskösa adhesiv som utsätts för skjuvning. I elektriskt ledande lättviktskompositer, är mekaniska egenskaper, adhesiv och kohesiv styrka viktiga. Således är det nödvändigt att förbättra grafenbeläggningens mekaniska styrka och vidhäftning.
- Målet var ett anisotropiskt ledande lim. Isotropiskt ledande lim erhölls, anisotropin behöver vidare utvecklas genom bättre mekanisk sturka i beläggningen.
- Vissa kvalitativa aspekter av grafenbelagda partiklar och adhesiv baserade på dessa behöver vidare utveckling för full nytta. Vidare utveckling och karaktärisering bedöms nödvändiga för att skapa ett tillverkningsdugligt metallfritt ACA baserat på grafenbelagda polymerpartiklar.
- Begränsad mekanisk hållfasthet och vidhäftning mot polymerpartiklarna skapar problem då partiklarna ingår i högviskösa adhesiv som utsätts för skjuvning. I elektriskt ledande lättviktskompositer, är mekaniska egenskaper, adhesiv och kohesiv styrka viktiga. Därför är det nödvändigt att förbättra grafenbeläggningens mekaniska styrka och vidhäftning.
- En metod för att skapa en grafenbeläggning på polymerpartiklar har utvecklats. Partiklarna är elektriskt ledande och kan blandas med en häftämneskomposition för att skapa att anisotropt ledande materia
- Med högre ledningsförmåga och utvidgad karaktärisering kan möjligheterna för grafenbelagda partiklar och kompositioner, samt kompositer baserade på dessa, finna många användningsområden och materialen bli mer värdefulla. Inom 24-36 månader är rimligt att anta ett möjligt införande i målapplikationen.
- Kompetens inom automatisk montering av mikroelektronik är nödvändig för att finna tillräckliga egenskaper och begränsningar.
-
Grafenbaserade flexibla och återvinningsbara ljuskällor för livsvetenskapliga applikationer
LunaLEC och Umeå universitet (Thomas Wågberg, Nano for Energy)
Andreas Sandström maj - oktober 2017 Syfte och mål LunaLEC tillverkar ljuskällor och har flera befintliga kunder som vill integrera tunna, lätta och billiga ljusfilmer i […] Syfte och mål LunaLEC tillverkar ljuskällor och har flera befintliga 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 avgörande att LunaLEC identifierar en lösningsbaserad elektrod som kan ersätta nuvarande metallelektrod, vilken idag tillverkas genom termisk förångning av aluminium. Denna tillverkningsmetod är energiintensiv och långsam och är just 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 och har därmed identifierat två grafenmaterial 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 har syftat till utvärdera resursbehov samt identifiera ytterligare eventuella partners, för att genomföra ett 3-årigt projekt. Detta skulle ha gett 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, hoppades vi på att kunna introducera vår teknologi på marknaden 2020. Målet var att ta fram underlag och ett team för att genomföra ett större FoU-projekt med grafen som en viktig beståndsdel. Tre olika aspekter skulle verifieras:- Utförande av tidiga prototyper
- Identifiering av utvecklingsresurser
- Bekräftelse av personella och finansiella resurser från kunder
- Olika prototyper av grafenelektroder har utvecklats. Dessa kan användas i ljusemitterade elektrokemiska celler för både livsvetenskapliga applikationer och andra stora ytor där hållbarhetsaspekten är av stor vikt.
- De interna förberedelserna lyckades. Vi tog fram ett team från LunaLEC, Umeå Universitet och Nano for Energy som skulle kunna fortsätta att utveckla elektroderna till en färdig produkt för de tilltänkta kunderna.
- Vi misslyckades med att få externa parter att säkra internt stöd för deras del av projektfinansieringen. LunaLEC och Nano for Energy kommer därför inte att ansöka om ett FoU-projekt inom SIO Grafen hösten 2018, men kommer att fortsätta utvecklingen på egen hand.
-
Grafenförstärkt betong för lättviktsstängsel
Heda Skandinavien, SHT Smart High Tech, Chalmers tekniska högskola
Simo Järvelöv 1 maj - 31 oktober 2017 Syfte och mål Ett stängsel är vanligtvis konstruerat av stål, trä, cement eller tråd. Viktiga faktorer vid val av staket […] 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. Kravet 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 förstudien var 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. Effekter och resultat Syftet med förstudieprojektet var att göra en konceptvalidering av att använda och tillsätta funktionaliserat grafen i cement för att minska vikten och samtidigt bibehålla de mekaniska egenskaperna. Både labb- och fältförsök har utförts. Resultaten pekar preliminärt på positiva förbättringar. Samtidigt är vår bedömning att ytterligare studier är nödvändiga för att optimera processparametrar i ett mer kontrollerat förhållande. Genom att tillsätta grafen uppnåddes en förbättring av kompressionsstyrkan, men den funktionaliserade gruppen behöver fortfarande optimeras för att få en mer verkningsfull inverkan från grafenbaserade material. Ett av målen var att utvärdera om det är praktiskt möjligt att hantera funktionaliserat grafenmaterial i fältapplikationer, där blandningen görs på plats eller i närheten. Under fältförsöken såg vi och upplevde flera saker som måste övervägas noga innan vi försöker att göra blandningen direkt på plats. Till exempel måste väderförhållanden och andra blandningsparametrar noggrant räknas med i ekvationen. Standardrecept och instruktioner för betonghantering är inte tillräckligt. Vi antar att denna förbättrade information kan presenteras som en instruktiv tabell till exempel, så att parametrar för blandning på plats kan justeras och vara praktiskt genomförbara av de personer som är involverade i att blanda betong. -
Polymerer med exponerade grafenkanter: nya antibakteriella material för medicintekniska applikationer
Dentsply IH/Astra Tech, Chalmers tekniska högskola, 2D fab
Magnus Svensson 1 juli 2017- 30 juni 2019 Syfte och mål Bakterier – som binder till och bildar biofilm – på medicintekniska produkter är mycket vanligt förekommande och kan både orsaka allvarliga […] 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. Resultat Målet var att utveckla en kostnadseffektiv tillverkningsprocess för polymermaterial med en antibakteriell yta. Det har projektet uppnått. 2Dfab bidrog med grafenprover och kunskap om grafens egenskaper. Forskargrupperna på Chalmers bidrog med bearbetning av grafeninnehållande polymerer (Kádár-gruppen) och utvärdering av antibakteriella egenskaper på framtagna prover (Mijakovic-gruppen). Wellspect bidrog med perspektiv från användare och tillverkare och krav på medicintekniska produkter. En relativt enkel tillverkningsprocess har utvecklats, innefattande extrudering med efterföljande kapning och etsning, som kan översättas till industriell skala. Effekterna av polymermatrisens egenskaper, extruderingsparametrar och grafeninnehåll undersöktes samt även steg för kapning och etsning av extruderade prover för att åstadkomma den önskade antibakteriella ytan. En grundläggande förståelse för den utvecklade tillverkningsprocessen har skapats och relevanta värden på faktorer har identifierats. Med enhetlig fördelning och orientering av grafenflingorna har grafeninnehållet stor inverkan på den antibakteriella effekten. Det är troligen direkt kopplat till avståndet mellan exponerade grafenkanter. Med den utvecklade tillverkningsprocessen kan en yta med mycket hög antibakteriell effekt (>99.9%) tillverkas. Användning av det antibakteriella materialet i medicintekniska produkter beror på hur kostnadseffektiv en uppskalad tillverkningsprocess kan bli. För att komma vidare och kunna bedöma kostnaden för den antibakteriella ytan behövs arbete på uppskalning av processen. Projektet har skickat två vetenskapliga artiklar för publicering och Wellspect har skickat in en patentansökan. -
Värmespridare och värmeöverförande element med grafenbaserade filmer för radar och laser
Saab, SHT Smart High Tech, Chalmers
Torbjörn Nilsson 1 maj 2017 - 31 januari 2018 Syfte och mål Genomförbarhetsstudien syftade till att studera möjligheten att tillverka och använda grafenfilmers extremt höga värmeledningsförmåga i tillämpningar där […]Syfte och mål
Genomförbarhetsstudien syftade till att studera möjligheten att tillverka och använda grafenfilmers extremt höga värmeledningsförmåga i tillämpningar där god värmespridning och/eller förmåga till värmetransport kan ge lägre temperaturer på elektriska komponenter. I synnerhet inkapslade grafenfilmer och termisk ”strap” studerades. Vi ville också prova en ny-gammal konstellation av partners: Chalmers tekniska högskola (karakterisering), SHT Smart High Tech (tillverkning) och Saab (användare). Genomförbarhetsprojektets partners samarbetade också med en extern leverantör.Genomförande
Projektet bestod av: • Studie och grafentillverkning för inkapsling i metall. Filmerna borde vara tjockare än 100 mikrometer. • Studie och tillverkning av film för värmeledande ”band”/”strap”. Filmer 10-100 mikrometer. • Karakterisering av värmeledningsförmåga och övriga relevanta mekaniska egenskaper • Mock-up för att visa prestanda i något applikationsliknande sammanhang. • Inventera världsmarknaden för liknande värmeledande produkter med grafen. • Studera om leverantörskedjan är lämplig.Effekter och resultat
Grafenfilmer med tjocklekar 10-100 mikrometer syntetiserades och den uppmätta värmeledningsförmågan var 1200-1900 W/mK i planet. Den mekaniska styrkan var överlägsen jämförbar pyrolytisk grafit på marknaden. Draghållfastheten var ca tre gånger högre än grafit och vår grafitfilm klarar ca dubbelt så många bockningscykler jämfört med testade grafitark. Vi konstaterade att tillverkning av grafenfilm fortfarande kräver bättre processkontroll. Filmer under 100 mikrometers tjocklek ser fortfarande mycket lovande ut som värmetransportör. De kombinerar utmärkt värmeledning med övriga goda mekaniska egenskaper. Tjocklekar över 100 mikrometer, t.ex. för inkapsling av film i metall, är fortfarande svårt att tillverka. Det finns dock ett flertal processparametrar att arbeta med för att kunna få bättre filmer. Under genomförbarhetsstudien hann vi inte gör någon mock-up. Övrigt Det finns några enstaka värmeledande grafenprodukter på marknaden nu. De är ett välkommet tillskott för användare, men deras prestanda är fortfarande okända för oss. Konstellationen med akademin, SMT, end-user och extern SME-leverantör fungerade bra. Detta motiverar fortsättning i ett större projekt. Lättviktslösningar med grafen – demonstratorprojekt 2017
-
Grafen-förbättrad värmespridare för elektronik
Kungliga Tekniska Högskolan, Aninkco och Huawei Technologies Sweden
Jiantong Li, Kungliga Tekniska Högskolan sep 2017 - feb 2019 Syfte och mål Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva kylsystem i nästa […]Syfte och mål
Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva kylsystem i nästa generations elektronik, särskilt inom mobil elektronik, kommunikationsteknik och infrastruktur. Cirka 30 % av volymen i nuvarande helt 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 viktminskning på minst 20 % och en ökad termisk verkningsgrad med ungefär 40 %. Med tanke på den breda spridningen 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-teknik för att tillverka grafenbeläggningar på ett effektivt, skalbart och kostnadseffektivt sätt.- Aninkco ska tillverka miljövänliga grafenbläck i stor skala.
- KTH ska skriva ut grafenfilmer i en unik 3D-struktur för att göra det bästa av grafenets höga värmeledningsförmåga.
- Huawei kommer att göra systematiska datorsimuleringar för att optimera 3D-strukturen och vägleda tillverkningen samt formulera testprotokoll för att karakterisera de slutliga komponenterna.
Resultat
I praktiken har vi lyckats tillverka tjocka (~ 200 mikron tjocklek) grafenbeläggningar på tunnare aluminiumsubstrat och genomfört jämförande test för att kontrollera att när 30% aluminium ersätts av en grafenbeläggning (9,6% vikt av den ursprungliga värmespridaren). Det erhållna grafenbelagda provet (20,4% lättare) uppnår nästan samma värmeledningsförmåga som de ursprungliga rena aluminiumproven. Denna forskning validerar experimentellt den utmärkta termiska prestanda hos grafenbeläggningar. Den lätta lösningen har stor potential för branschapplikationer, särskilt termisk hantering för elektronik. Jämfört med aluminium har grafenfilmer åtminstone flera gånger högre värmeledningsförmåga medan deras massatäthet är ungefär hälften av aluminium. Dessa meriter erbjuder goda möjligheter för detta projekt att utveckla den lätta lösningen. Men i praktiken är det utmanande att tillverka tjocka grafenbeläggningar. Och aluminiumsubstraten förhindrar också användning av hög glödgningstemperatur (> 2000 oC) för att optimera värmeledningsförmågan som i fristående grafenfilmer. För att lösa dessa problem formulerade vi stabila bläck med hög koncentration av orörd grafen (elektrokemiskt exfolierad grafen med få skikt, som kännetecknas av SEM och Raman) för att tillverka tjocka beläggningar via gjutning med flera passager och erhålla hög konduktivitet vid medium glödgningstemperatur. Emellertid behövs ofta höghastighetsbeläggningsprocess på icke-plan yta för industritillämpningar. Med stöd av SIP LIGHTer har vi genomfört ett uppföljningsprojekt för att utveckla skalbar sprutprocess för grafenbeläggningar på icke-plan yta för att driva grafenbeläggningen vidare mot industrialisering. Lab-to-fab-övergången kräver också tillförlitliga leverantörer av grafen av hög kvalitet och till låg kostnad. Olika kommersiella grafen utforskas i vår nya process. Vi söker också lämpliga grafenleverantörer som nya partners. -
Grafenmodifierade kompositer för långtids- och högtemperaturapplikationer
RISE SICOMP, GKN Aerospace Sweden, Nexam Chemical och Woxna Graphite
Guan Gong, RISE SICOMP Sept 2017 - Feb 2019 Syfte och mål Målsättningen med projektet var att verifiera hypotesen att hållbarheten hos kolfiberförstärkt polymerkomposit (CFRP) ökar med grafen som […] Syfte och mål Målsättningen med projektet var att verifiera hypotesen att hållbarheten hos kolfiberförstärkt polymerkomposit (CFRP) ökar med grafen som funktionell barriär, för högtemperaturtillämpningar i flygmotorer. Resultat Grafenoxidmodifierad högtemperaturpolyimid (HT-PI) bearbetades till CFRP som barriär på kompositytan (beläggningsmetod) och som modifierad matris för kompositmaterialet (matrismetoden). En ~ 11 μm tjock beläggningsfilm innehållande 1 vikt% GO hindrade termisk oxidation av CFRP effektivt - vikten förlusten var 77% mindre efter 500 h och 60% mindre efter 1000 h exponering i luft vid 280 ° C jämfört med CFRP utan beläggning. Via denna matrismetod uppnåddes inte förväntad minskning av viktminskning. Orsaken upptäcktes emellertid och förbättringar kan göras. Projektet har stor potential både i teknisk och kommersiell synvinkel. De framgångsrika resultaten kommer att tillämpas av industripartner i deras framtida produkter och är till nytta för skapandet av tillväxtmöjligheter för grafen- och grafittillverkare / leverantörer, samt främjande av FoU och kommersialisering av grafenteknik i Sverige. Resultaten ger också vägledning för fortsatt FoU-verksamhet. Den förbättrade hållbarheten hos CFRP vid höga temperaturer kommer att öka användningen av polymera kompositvarianter som ersätter metallkonstruktioner i flygplansmotor, särskilt de varma delarna. Den förbättrade fuktspärren kommer också att öka användningen av existerande kompositkomponenter. Viktminskningen i flygplan förväntas därför vara minst 20% på systemnivå. Utmaningar i projektet har varit att dispergera grafen i lösningsmedel/harts, samt att utveckla kostnadseffektivitet i processerna av att bearbeta modifierade kompositer. Projektet bidrar till till mindre miljöpåverkan, tillväxt och/eller innovationseffektivitet genom att öka säkerheten och prestanda i flygplan, minska vikten av komponenter och minska gasutsläppen för gaser - för att spara bränsle, kostnader och utsläpp över flygmotorns livstid. En demonstrator har tagits fram och en ansökan om fortsatt projekt har beviljats inom ramen för SIO Grafen. -
Multifunktionell kompositstruktur med hjälp av Grafen
Saab Aeronautics, 2D fab, Blackwing, Chalmers och UFABC (Universidade Federal do ABC)
Linnea Selegård, Saab Aeronautics sept 2017 - feb 2019 Syfte och mål 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.Resultat
Syftet med projektet var att introducera grafen i epoxibaserade kolfiberkompositer och därigenom producera multifunktionella, lätta material för luftfartsapplikationer. Fyra huvudbegränsningar av den för närvarande använda kolfiberarmerade plasten behandlades: 1. Hög inneboende sprödhet 2. Begränsad bultlagerstyrka 3. Dålig elektrisk ledningsförmåga - behov av metalliskt skydd mot blixtnedslag 4. Betydande fuktupptag Vi har genom en kombination av experimentella studier, simuleringar och modellering visat att tillsats av små mängder grafen (0,5-3%) i epoxibaserad komposit ger en förbättrad styrka tillsammans med förbättrad elektrisk ledningsförmåga och minskad fuktig absorption. Den ökade konduktiviteten har potential att minska behovet av de tunga, metalliska skydd mot blixtnedslag som används idag inom flygindustrin. Den förbättrade styrkan tillsammans med den minskade fuktupptagningen möjliggör också en mindre konservativ design. När det implementeras i en flygplanstruktur skulle detta nya material minska materialbehovet, flygplanets vikt och därmed bränsleförbrukningen vilket i sin tur minskar koldioxidutsläppet. Resultaten var över våra förväntningar där man redan vid små grafeninnehåll observerade en tydligt minskad skada vid blixtnedslag. Demonstratorer producerades med användning av epoxi med olika nivåer av grafenförbättring och testades med användning av blixtar upp till 90 000 A. Redan visades mycket tunna lager av grafenförstärkt epoxi förbättra skyddsförmågan. Den demonstrerade förbättringen belyser potentialen att använda sådant material för lättflygningsapplikationer. Grafenmaterialet karakteriserades med användning av olika typer av mikroskopitekniker, men projektet fokuserade dock främst på optimerad dispersion och erhållna funktionaliteter. Projektet har resulterat i flera konferensbidrag: • B. J. Blinzler, R. Larsson, K. Gaska, R. Kádár. Den 14: e internationella konferensen om flödesbearbetning i kompositmaterial. 2018 • B. J. Blinzler, R. Larsson, D. J. Carastan, D. V. A. Chiaretti, M. K. M. Mortugui, A. G. Táboas. ICCE-26, 26: e internationella konferensen om kompositer / Nano Engineering, Paris, Frankrike. 2018 • Felaktig förutsägelse i fiberförstärkta kompositer baserade på kontinumskada mekanik. S. A. C. de Oliveira, R. Larsson, M. Donadon, A. de Faria, L. Selegård. 7: e ECCOMAS temakonferens om mekanisk respons av kompositer: KOMPOSITER 2019. 2019 • Grafenarmerade kolfiberkompositer för förbättrade materialegenskaper. L. Selegård, D. Carastan, B. Blinzler, S. Forsberg, R. Larsson. Euromat 2019 Utöver konferenserna skrivs just nu en rapport och 2-3 artiklar planeras. Grafen har en stor potential att användas i aeronautiska lätta applikationer och det finns redan produkter som utvecklas på marknaden. En utmaning när man implementerar nya typer av tillsatser i strukturella material är emellertid de stränga kvalifikationerna och certifieringarna som krävs för flyg- och rymdapplikationer. Det mest lämpliga tillvägagångssättet kan följaktligen vara att utföra implementering steg för steg. Användning av konstruktioner där ett ledande polymerbaserat blixtnedslagskikt separeras från den bärande strukturen kan vara det naturliga första steget. Samarbete med andra partners är helt klart fördelaktigt där det nya materialet kan demonstreras i andra mindre konservativa applikationer som i sin tur tydligt förkortar implementeringstiden också för flyg- och rymdapplikationer. Diskussioner om ett uppföljningsprojekt pågår. Strategiska projekt 2017
-
Karaktäriseringscheckar
Programkontoret SIO Grafen tillsammans med analysleverantörer
Johan Ek-Weis, Chalmers Industriteknik augusti 2017 - juni 2020 Det finns många olika typer av grafen som har olika egenskaper. Det är därför viktigt att veta vilket grafen man […] Det finns många olika typer av grafen som har olika egenskaper. Det är därför viktigt att veta vilket grafen man har för att kunna utveckla nya tillämpningar. Det är dock inte alltid det finns fullständiga datablad från leverantörerna. I projektet erbjöds företag att ansöka om en check på upp till 60 000 kr för att finansiera analys av grafenmaterial från en analysleverantör. Resultaten från analyserna blev sedan öppen information för hela nätverket. Checkarnas syfte var att:- Underlätta för företag som vill köpa in grafenmaterial att få en kvalitetssäkring på materialet.
- Synliggöra analysleverantörerna i systemet.
- Öka nätverkets kännedom om kvaliteten på specifika produkter.
-
Litteraturstudie komposit
Swerea SICOMP
Guan Gong, Swerea SICOMP augusti 2017 - januari 2018 Denna litteraturstudie syftade till att sammanfatta utvecklingen av teknologier som kopplar till grafenmodifierade polymerkompositer. Särskilt fokus har lagts på industrins […] Denna litteraturstudie syftade till att sammanfatta utvecklingen av teknologier som kopplar till grafenmodifierade polymerkompositer. Särskilt fokus har lagts på industrins behov. Studien innehåller följande områden: påverkan av processtekniker på strukturen och egenskaperna hos resulterande kompositer, de globala ledande producenterna av grafen och deras produkter samt multi-scale modellering av resulterande kompositer. Litteraturstudien granskade framstegen inom utvecklingen av grafenmodifierade polymerkompositer. Granskningen inkluderade:- De viktigaste strukturella egenskaperna för en modifierad komposit och hur de karakteriseras
- Var och hur man hittar lämpliga grafenbaserade produkter
- Processtekniker för att införliva grafen i kompositer
- Modellering av strukturella egenskaper hos de resulterande kompositerna.
Förstudieprojekt och Forsknings- och innovationsprojekt sommaren 2016
-
Grafen på fartygsskrov för minskad korrosion och påväxt
SHT Smart High-Tech Aktiebolag
Lilei Ye 2016-2017 Syfte och mål Projektet var en förstudie som skulle undersöka potentialen att använda grafen för att utveckla miljövänliga ytbeläggningar för förbättrat skydd […] Syfte och mål Projektet var en förstudie som skulle undersöka potentialen att använda grafen för att utveckla miljövänliga ytbeläggningar för förbättrat skydd mot korrosion och påväxt på marina strukturer. Grafenbaserade ytbeläggningar (GCM) skulle kunna leda till att användningen av offeranoder som avger giftiga metalljoner till det marina ekosystemet kan minskas. En bättre ‘anti-fouling’-bottenfärg för fartyg kan leda till förbättrad energieffektivitet genom minskad bränsleförbrukning och minskade utsläpp av växthusgaser från sjöfart. En ny färg förväntas stimulera grafenindustrin och gynna färgbranschen i Sverige. Planerat upplägg och genomförande- State-of-the-art litteraturstudie på marina ytbeläggningar
- Studera olika grafenmaterial som skulle kunna användas till ytbeläggningsmaterial
- Utvärdera den antikorrosiva egenskapen hos grafenbaserade ytbeläggningar och att testa de påväxthindrande effekterna. Om förstudien ger lovande resultat, kommer vi att fortsätta med mer djupgående studier och tester. Grafenbaserade färger förväntas ersätta konventionella färger eller ta en stor marknadsandel från beläggningsmarknaden.
-
Nanokolbeläggning
Applied Nano Surfaces Sweden, Epiroc, Trelleborg och Högskolan Dalarna
Lena Killander november 2016 - april 2018 Syfte och mål Lågfriktionsbeläggningar är av stort intresse i industriella tillämpningar där minskad friktion ger fördelar i form av ökad verkningsgrad, ökar livslängden […]Syfte och mål
Lågfriktionsbeläggningar är av stort intresse i industriella tillämpningar där minskad friktion ger fördelar i form av ökad verkningsgrad, ökar livslängden på maskiner och anläggningar och ger förlängda underhållscykler. Projektets mål är att ta fram en högpresterande lågfriktionsbeläggning baserad på grafen och introducera denna på marknaden. Ett viktigt mål är att ta fram en demonstrator som visar fördelarna med en grafenbaserad lågfriktionsbeläggning. Under projektets gång förväntas en ökad förståelse och fördjupad kompetens kring hur grafen påverkar lågfriktionsbeläggningens egenskaper.Planerat upplägg och genomförande
Den grafenbaserade 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.Resultat
I tribologiska situationer är det viktigt att ta hänsyn till komponenten, dess motyta och smörjmedel. Ett helhetsgrepp har tagits i projektet genom att inkludera flera komponentmaterial och grafenbaserade beläggningar på komponenten samt flera olika tätningsmaterial i en omfattande utvärdering.- Tester som genomförts visar att en komponent inklusive tätningar som behandlats med grafenbeläggning, får en radikalt sänkt start och rörelsefriktion jämfört med standardutförande. Friktionen är på en stabil nivå och läckaget av olja obefintligt.
- Projektet har varit av stort värde för parterna som lärt sig mycket om grafenbaserade lågfriktionsbeläggningar och ytor i ett tribologiskt sammanhang.
- Viktig kunskap är att det är stora variationer i egenskaper samt pris beroende på materialkälla och tillverkningsmetod, samt att grafen avsevärt har förbättrat de tribologiska egenskaperna och den mekaniska styrkan hos beläggningen.
Efter projektets avslut
Några månader efter att projektet avslutades, lanserade Applied Nano Surfaces en produkt: Tricolit-GO! - en grafenbaserad lågfriktionsbeläggning i form av en spray för att enkelt nå marknaden. Det är en halvglansig svart färg som sprayas på ytan som en vanlig färg och som sedan värmehärdas. Beläggningen man får innehåller en balanserad uppsättning av friktionsmodifierare, såsom WS2, BN, PTFE och grafit, inbäddad i en tvärbunden organisk polymermatris. De tribologiska effekterna är:- Minskad friktion, nötning, slip-stick rörelse och mikropitting
- Korrossionsskydd
- härdad filmtjocklek från 5 till 100 um
- vattenbaserade formuleringar = inget VOC-utsläpp
- fungerar både i torra och smörjda kontakter
- beläggningen är också lämplig för service av delar som redan har använts
-
Saintshield DX3-Bulletproof
Saintpro AB, 2D fab AB
Roro Yakoub 2016-2017 Syfte och mål Förstudien genomfördes av Saintpro AB och 2D fab AB. Saintpro utvecklar och säljer personlig skyddsutrustning, Saintshield DX3-Bulletproof, i […] Syfte och mål Förstudien genomfördes 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 var 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 Grafen förväntas kunna förbättra egenskaperna hos PC, vilket skulle förbättra Saintpros produkter, som direkt skulle gå ut på marknaden via etablerade försäljningskanaler. 2D fab skulle få en kund och möjligheter att utveckla materialet för 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
SaltX Technology Holding AB (ClimateWell) (publ), Chalmers Industriteknik (CIT)
Ulrika Tornerefelt 2016 - aug 2018 Syfte och mål I detta projekt skulle SaltX Technology (ClimateWell) i samarbete med Chalmers Industriteknik (CIT) exploatera grafens termiska egenskaper och […]Syfte och mål
I detta projekt skulle SaltX Technology (ClimateWell) i samarbete med Chalmers Industriteknik (CIT) exploatera grafens termiska egenskaper och kemiska stabilitet. En ny matris skulle utvecklas för den termokemiska värmepumpsteknologin, patentskyddad av SaltX Technology.Delmål, utveckling av:
- Chalmers Industriteknik: Kostnadseffektiv tillverkning av en grafensuspension.
- SaltX Technology: Teknik för tillverkning av sammanhängande grafenflak. Integrering av salt i grafenmatris. Ökad effekttäthet med grafenmatris för demonstratorer.
- SaltX Technology och Chalmers Industriteknik: Efterbehandling för ökad värmeledningsförmågan mellan grafenflaken.
Förväntade effekter och resultat
SaltX Technology 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 SaltX Technology 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 de workshops som SIO Grafen arrangerar.Resultat
Nya och viktiga partners har kopplats in för att utveckla grafenteknologin hos SaltX Technology. Detta har möjliggjort att betydligt större steg mot storskaliga processer har tagits i de tidiga arbetspaketen, än vad som kunde förutses före projektstarten. Därför kunde delresultaten i arbetspaket 1-3 infrias. Projektet har tillverkat en grafensuspension med en högre koncentration och i större volymer, och har utvecklat en appliceringsteknik av grafenflagor och efterbehandling med värme och tryck. Detta har lett till avsevärda förbättringar av värmeledningsförmågan. Däremot krävs det mer arbete kring hur saltet kan integreras med grafenet (arbetspaket 4). Projektet har avsevärt ökat kunskapen kring grafen och lagt en väldigt bra grund inför en framtida industriell tillverkning. En demonstrator har byggts inom projektet, vilken har visat att vi är på rätt väg. De viktigaste insikterna är att grafenmaterialet i matrisen både kan fungera som god värmeledare i planet, samt att när grafenmaterialet är sammanfogat med SaltX Technologys salt, kan ledningsförmågan inom salt-massan förbättras. Dessa två fördelar innebär att vi kan ta bort dyra och korroderande metalldelar i matrisen. Ytterligare en insikt är att grafenet går att producera och applicera i stor skala. En klar förbättringspotential kunde observeras tack vare integrering av grafen, men grafen-matrisen behöver alltså vidareutvecklas innan nya produkter kan tas fram. Den grafen-baserade matrisen beräknas vara produktifierad för försäljning under början av 2020. Förstudieprojekt och Forsknings- och Innovationsprojekt våren 2016
-
Barriärbestrykning av grafen för pappersförpackningar
BillerudKorsnäs och SP
Thomas Gillgren, BillerudKorsnäs 2016 Syfte och mål Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande grafenfilm för […] 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. Utöver det lyckades vi formulera och applicera grafenbaserade bestrykningar för kartong. Mätningar visade att grafenbestruken kartong 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, men på andra vägar än exakt de planerade. Vi hade höga förväntningar vilka mestadels lyckades uppfylldes. 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 ännu.
-
Grafenbaserat korrosionsskydd med antifouling egenskaper för plattvärmeväxlare
Alfa Laval Lund, SP och KTH
Olga Santos, Alfa Laval 2016-2017 Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom användning av grafen och relaterade […]Syfte och mål
Syftet med projektet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom användning av grafen och relaterade material (GRM) som specialtillverkats för ändamålet. 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
Beläggningen 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.Resultat
Ett grafen eller grafenrelaterat material (GRM) baserat beläggningssystem har utvecklats för plattvärmeväxlare i krävande vattenhaltiga applikationer. Beläggningen utvecklades för att erhålla ett värmeledande korrosionsskydd och anti-biofouleringsskikt på rostfritt stål. För att uppnå en grafenbeläggning med god vidhäftning på den rostfria ytan måste olika parametrar väljas, såsom: ytbehandling, användning av primers, ett lämpligt bindemedel, grafenplättens storlek och tillsättning av additiv. Den utvecklade beläggningen befanns vara resistent mot 3,5% NaCl vid 85 ° C. De långsiktiga barriäregenskaperna hos belagda plattvärmeväxlare, som planerades att utvärderas av Alfa Laval, har inte avslutats på grund av svårigheter att spruta beläggningarna på värmeväxlarplattorna. Under projektet upptäcktes att bindemedlets natur och storleken på grafenplättarna var kritiska för en bra prestanda av beläggningen i korrosiva miljöer. Även om grafenbaserade beläggningar har en stor potential som både korrosions- och antifoulingapplikationer, är det inte möjligt att använda det i kommersiella beläggningar för plattvärmeväxlare under de närmaste åren. Följande utmaningar hindrar grafenbeläggningar kommersialisering för plattvärmeväxlare applikationer: • Pålitlig kvalitet • Uppskalning av produktionen • Appplieringsmetoder • Konkurrenskraftigt pris Projektet skulle haft nytta av att ha en partner med erfarenhet av att spraya grafendispersioner på värmeväxlareplattor. -
Grafenförstärkta betongpålar – industrialisering av funktionaliserad grafen i betong
Centrum Påle AB, Aarsleff Grundläggnings AB, SHT Smart High Tech AB, Chalmers
Björn Cullbrand maj 2016 - sept 2018 Syfte och mål Detta FoI-projekt syftade till att i större skala kunna ta fram prototyper på grafenförstärkta betongpålar samt möjliggöra […] Syfte och mål Detta FoI-projekt syftade till att i större skala kunna ta fram prototyper på grafenförstärkta betongpålar samt möjliggöra kommersiell tillverkning av funktionaliserat grafen. Projektet vidareutvecklade 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 koordineraed projektet och SHT Smart High Tech AB utvecklade och tillverkade funktionaliserat grafen tillsammans med två forskningsgrupper på Chalmers Tekniska Högskola med spetskunskaper om grafen respektive betong. Projektet genomfördes 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 har disseminerats och exploaterats 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. Dessutom står dagens betongindustri för cirka 7 procent av världens CO2-utsläpp och en minskning av utsläppsnivåerna via ett minskat betongbehov är mycket positivt. Resultat- Projektet har lyckats skala upp tillverkningen av funktionaliserat grafenoxid (FGO) från labbnivå till pilotskalenivå med en produktionskapacitet på nära 100g FGO/batch och en helautomatisk produktionsprocess. Med den ökade kapaciteten kunde dagliga gjutningar av FGO-förstärkta betongprovkroppar utföras och det slutliga betongreceptet uppnådde en hållfasthetsökning på som bäst 25 % mot referensbetong. Vi har med detta lyckats visa att det under vissa förhållanden går att få en signifikant hållfasthetsökning inte bara på labbnivå, utan även på fabrikstillverkad betong, dessutom i betong med superplasticerare (flyttillsatsmedel). Principen och processen fungerar men fortsatta försök i större skala behövs och planeras för att öka reproducerbarheten.
- Vi uppnådde 25 % hållfasthetsökning mot referensen i pilotskalenivå, vilket är en stor framgång då referensbetongen är tillverkad i en av de högsta hållfasthetsklasserna på marknaden. Generellt var målsättningen i projektet hög, men en stor del av resurserna gick åt till att optimera samspelet mellan flyttillsatsmedel och FGO. Projektets resultat visar att det är viktigt att anpassa metoder för tillförsel av FGO beroende tillsatsmedels egenskaper. Detta ger en stark vägledning för framtida processutveckling för tillverkning av grafenförstärkt betong.
- Den viktigaste insikten var att processen ställer stora krav på grafenets storlek, morfologi samt själva funktionaliseringen. Processen är dessutom känslig för kontaminering och moment som lagring, dosering och blandning av FGO är kritiska för nanopartiklarnas utblandning och därmed den slutliga hållfasthetsökningen i betongen. Det visade sig också vara svårare än väntat att skapa repeterbara resultat. Trots synbart samma procedurer varvades positiva resultat med negativa. Stora mängder provning gick åt till att försöka hitta felfaktorer i produktionskedjan.
- Framtidsutsikterna för grafenförstärkt betong är goda, även om de första produkterna kanske ligger några år fram i tiden. I ett större perspektiv kan projektet vara en pusselbit på vägen mot industriell grafenförstärkt betong. Den uppskalade pilotanläggningen kan exempelvis vidareutvecklas för att nå bättre stabilitet och repeterbarhet.
- Vi saknar en partner med analyskunnande på atomnivå för att gå vidare.
-
Longterm performance monitoring of concrete structures using a novel graphenebased DURAble SENSor
Thomas Concrete Group, Chalmers, SHT Smart High Tech AB
Ingemar Löfgren 2016 Syfte och mål Projektet skulle utnyttja grafens speciella egenskaper och utveckla nya grafenbaserade sensorer, för att dokumentera och verifiera betongens beständighetsegenskaper i konstruktionen, genom […] 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 andra 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 Pulp and Paper Asia, 2D fab, Battenfeld Sverige, Perstorp, Polykemi, RISE Bioscience, Saving Spaces, Tetra Pak Packing Solutions, Chalmers
Chris Bonnerup 2016-2017 Syfte och mål Projektets mål var att skapa förpackningsmaterial vars grafenbarriärer vida överträffar dagens barriärer trots låg halt. Papper, pappersmassa […] Syfte och mål Projektets mål var 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. 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. 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. Resultat Projektet syftade till att ersätta aluminiumfolie i förpackningar, vilket skall leda till nya miljövänliga förpackningsmaterial. Målet var att reducera syrgaspermeabiliteten med 90 % vid låga halter av grafenflak i extruderade och skummade filmer. Försök visar att det är möjligt att använda befintlig industriell utrustning för att applicera och orientera flaken. Däremot krävs mer forskning kring råmaterialegenskaperna hos tillsatta grafenoxidflak och kompatibiliteten mellan flak och matris, för att på ett stabilt sätt reducera syrgaspermeabiliteten vid låga grafenhalter. Resultaten visade på en reduktion av syrgaspermeabiliteten i polyeten (PE) med cirka 90 % vid 7,5 wt % grafen och i PVOH-filmer med 60 % vid 0,5 wt % grafen (låg reproducerbarhet). Grafenflaken var orienterade vinkelrätt mot syrgastransporten i både extruderade och dispergerade filmer. Projektet har uppnått god förståelse för mekanismerna som styr syrgastransporten. Flakegenskaper, exfoliering, kompatibilitet och aggregering är viktiga. Två demonstratorer har tagits fram med extrudering och med skumning i pappersbestrykningsmaskin, som visar på goda möjligheter att applicera teknologin industriellt. Däremot återstår mer arbete för att uppnå önskade barriäregenskaper på ett reproducerbart sätt. Det krävs mer kunskap kring grundläggande egenskaper hos de tillsatta grafenflaken och kompatibiliteten mellan grafenflak och omgivande matris. -
Tillverkning av grafenbaserade komponenter för bio- och kemiska sensortillämpningar på skivskala
Graphensic, Acreo Swedish ICT, Nationellt Forensiskt Centrum, Pamitus
Amer Ali maj 2016- juli 2017 Syfte och mål Målet med projektet var att uppvisa högpresterande grafensensorer med transistorer på grafen på kiselkarbid (G-SiC) för att selektivt kunna […] Syfte och mål Målet med projektet var att uppvisa högpresterande grafensensorer med transistorer på grafen på kiselkarbid (G-SiC) för att selektivt kunna detektera enskilda molekyler som begärts av slutanvändaren. Arbetet har fokuserats 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, ett svenskt SMF, och Nationellt Forensiskt Centrum (NFC) har gått med som partners i konsortiet. Pamitus kommer att bidra med elektronik och gränssnitt till sensorer och slutanvändaren. NFC kommer att bidra med specifikation, krav och realtidsverifiering av sensorerna tillverkade genom projektet. 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. Effekter och resultat Grafen på kiselkarbidskivor tillverkades och dessa gick sedan igenom olika processsteg för framtagning av chip enligt projektdeltagarnas önskemål. Processning av chip itererades för att få mer stabila sensormätningar. En modulär testuppställning utfördes för att kunna utvärdera sensorn tillsammans med elektronik och mikrofluidikssystem. En chip-hållare designades med kontakter till mikrofluidik och elektronik. I uppställningen ingick även programvara för central- och automatiserad styrning av de olika systemen och för lagring av mätdata. Projektet har tillverkat och utvärderat grafentransistorer på skivskala. Utbytet har varit högt i den använda processen. Produkten som helhet har konstruerats med kostnadseffektiv elektronik. Den drivande kostnaden i produkten som helhet blir grafenchipet, vilket blir kostnadseffektivt om det miniatyriseras. Tyvärr blev sensorprestandan lidande av att de tidigare undersökta strategierna för funktionalisering inte gav de önskade resultaten. Plattformen som sådan är användbar för framtida studier av kemo-/bio-chip, men andra strategier för funktionalisering bör användas. Projektet har medfört en förståelse för olika funktionaliseringar av grafen på SiC (kiselkarbid) för sensortillämpningar samt för interaktionerna mellan molekyler och grafen. Detektion av klassade substanser (amfetamin och kokain) har påvisats, dels via antikroppar och dels i och med fotoaktivitet hos vissa molekyler. En slutsats är att det återstår mycket kvar att göra i funktionaliseringsarbetet med grafen. -
Vågledarintegrerade grafenbaserade IR-detektorer för optiska gassensorchip (demonstrator)
SenseAir AB, Kungliga Tekniska högskolan (KTH)
Henrik Rödjegård 2016-2017 Syfte och mål Målet med detta projekt var att ta fram vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående grafenmembran för gassensorer […] Syfte och mål Målet med detta projekt var 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 skulle 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 planerade 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 assesoarer. 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. Resultat- Optisk MEMS-teknologi (Micro Electro-Mechanical Systems), med etsade vågledare på chip är ett hett forskningsområde och en möjlig banbrytande teknik för miniatyrisering av optiska gassensorer.Inom projektet har vi framgångsrikt utvecklat processteknik som gör det möjligt att överföra kommersiellt tillgängligt grafen till chip med vågledare för detektion av infrarött ljus i MID-IR-området. Projektet har demonstrerat och verifierat att tekniken fungerar i labb-skala. Forskarna på KTH har genererat ett patent som idag förvaltas av Senseair. Projektet har resulterat i utökade samarbeten och två beviljade EU-projekt för fortsatt forskning.
- Vi vet idag att det är tekniskt möjligt att integrera fungerande grafenstrukturer direkt på vågledarchip.
- Vi ser att möjligheten till integration av grafen är god, däremot är metoderna och tillgängligt grafenmaterial ännu inte tillräckligt utvecklade för kommersiell produktion.
- Grafen är fortsatt en möjliggörare för framtida chip-baserade gassensorer inom ett perspektiv på ca 5 år.
- I kölvattnet av projektet har vi knutit ett rikt och komplett nätverk inom Europa för komponentdesign, modellering, tillverkning och integration av grafen.
Strategiska projekt 2016
-
En svensk färdplan för grafenteknologier inom kompositer & ytbeläggningar
Programkontoret SIO Grafen, FOI och Konsert Strategy & IP
Sophie Charpentier, SIO Grafen september 2016 - december 2016 Syftet med projektet var att leverera en färdplan för svensk utveckling och innovation kring grafenteknologi, särskilt avseende tillämpningar med kompositer […] Syftet med projektet var att leverera en färdplan för svensk utveckling och innovation kring grafenteknologi, särskilt avseende tillämpningar med kompositer och beläggningar. Målen var att identifiera möjliga tillämpningar av betydelse för svenskt näringsliv, att genomföra intervjuer med aktörer från företag utvalda för att täcka in ett brett spektrum av möjliga tillämpningar, samt jämföra svenska och europeiska resultat. Målen var att identifiera möjliga tillämpningar med grafen i kompositer och beläggningar av betydelse för den svenska industrin och hur utvecklingen av dessa områden prognostiseras under de kommande 5 och 10 år. Avsett resultat har uppnåtts och färdplanen kommer att användas för SIO Grafens fortsatta strategiska arbete. Analyserna baserade sig på telefonintervjuer med svenska aktörer med känd verksamhet inom området. Resultatet sammanställdes i SWOT analys och färdplan. De 17 intervjuer som genomfördes omfattade hela det användningsområde som identifierats som viktigt i Sverige. Ett utkast på färdplanen presenterades på en öppen workshop där alla intresserade fick kommentera. Efter mindre justeringar sammanställdes den slutgiltiga versionen. Färdplanen kan läsas här. -
Entreprenörskapsstöd
Programkontoret SIO Grafen
Helena Theander, SIO Grafen januari 2017 - december 2017 Det strategiska projektet lade grunden för ett utökat stöd från programmet till små och medelstora förtag. Det strategiska projektet lade grunden för ett utökat stöd från programmet till små och medelstora förtag. -
Innovationstävling 2016
Programkontoret SIO Grafen tillsammans med ekosystem grafen
Helena Theander, SIO Grafen juni 2016 - december 2017 Syftet med tävlingen var att få små och medelstora företag och entreprenörer att övervinna de första hindren de har för […] Syftet med tävlingen var att få små och medelstora företag och entreprenörer att övervinna de första hindren de har för att på börja kommersialisering och affärsutveckling av ett grafenkoncept. I nästa steg ska de kunna söka till exempel ett projekt i någon av SIO Grafens öppna utlysningar. Fem vinnare utsågs i tävlingen, som var öppen för svenska små och medelstora företag, entreprenörer och forskare. -
Karakterisering och standardisering
Programkontoret SIO Grafen, SP
Helena Theander, SIO Grafen september 2016 - december 2016 Projektets mål var att sammanställa de egenskaper hos grafen som behöver karakteriseras, såväl som karakteriseringsmetoder och aktörer som kan utföra […] Projektets mål var att sammanställa de egenskaper hos grafen som behöver karakteriseras, såväl som karakteriseringsmetoder och aktörer som kan utföra karakteriseringen. En ytterligare målsättning var att lägga grunden till ett fortsatt svenskt standardiseringsarbete. Målen att sammanställa egenskaper, karakteriseringsmetoder samt aktörer som kan utföra karakteriseringen har uppfyllts. Målet med framtagning av förslag för standardiseringsplattform har uppfyllts. Framtagna datablad med metoder och serviceleverantörer förväntas underlätta för svenska aktörer på flera sätt. Till exempel beskrivs vilka parametrar som är viktiga för grafen och med vilka metoder dessa kan karakteriseras samt vilka som kan erbjuda sådana tjänster i Sverige. Grunderna till ett nätverk för samarbete inom Sverige kring dessa frågor har lagts. Viktiga områden för ett svenskt standardiseringsarbete har identifierats och nästa steg för fortsatt arbete har tagits fram. Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2015
-
Grafen i strålmätning
ScandiDos, Acreo Swedish ICT
Kjell Lundgren ScandiDos AB 2015-2016 Syfte och mål Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer när strålar träffar tungmetaller som finns i […] Syfte och mål Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer när strålar träffar tungmetaller som finns i ledarbanor och bärarmaterial hos strålningssensorer. Ett sätt att reducera sekundärstrålningen kan vara att ersätta koppar i ledarbanor på kretskorten med grafen. Grafen har en möjlighet att lösa problemet genom sin relativt höga ledningsförmåga för organiska material. Förväntade effekter och resultat Användningen som avses är i strålningsdetektorer som ingår i kvalitetssäkringssystem för radioterapi som utvecklas och marknadsförs av ScandiDos AB. I en sådan strålningsdetektor finns 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, vilket gör att ledningsdragningen kräver tätt packade smala ledarbanor i en flerlagers kretskortsstruktur. Detta gör också att mängden kopparledare är ganska hög i närheten av dioderna. Det är önskvärt att kunna minska mätfel från sekundärstrålning inducerad av koppar i ledarbanor och andra tungmetaller i monterings- och bondningsmaterial. 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 en 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 Syfte och mål Projektets mål var att utnyttja grafens egenskaper för att skydda en medicinteknisk produkt från bakterietillväxt och därmed […] Syfte och mål Projektets mål var att utnyttja grafens egenskaper för att skydda en medicinteknisk produkt från bakterietillväxt och därmed reducera risken för kateterassocierad urinvägsinfektion. 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, gjorde att vi förväntade oss att det var lämpat för att skydda en medicinteknisk produkt, såsom en kateter, från bakterietillväxt. Chalmers grafencentrum är världsledande i att producera stora, intakta flak av grafen. Genom det här projektet har den mikrobiologiska effekten av sådana flak för första gången kunnat studeras. Detta ger Wellspect en unik möjlighet att vara först på marknaden med 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 var ett samarbete mellan Wellspect Healthcare, Chalmers grafencentrum och forskargrupperna som leddes av Ivan Mijakovic och Fredrik Westerlund på Chalmers. Wellspect har bidragit med sin expertis om den kliniska tillämpningen samt utveckling och kommersialisering av den färdiga produkten. Grafencentrum har bidragit med stora flak av grafen. Forskargrupperna på Chalmers är experter på signalering i bakterier (Mijakovic) samt mikrofluidik och fluorescensmikroskopi (Westerlund). Effekter och resultat- Projektet har gett en fördjupad kunskap om varför vissa former av grafen är antibakteriella, medan grafen i andra former inte påverkar bakterier (eller andra celler) överhuvudtaget.
- Delar av detta arbete har publicerats eller är på väg att publiceras i olika vetenskapliga tidskrifter och det är kunskap som är helt avgörande för användningen av grafen i medicintekniska applikationer.
- En patentansökan kring antibakteriella egenskaperna hos vertikalt grafen har lämnats in. Antibakteriell grafen har ett antal unika egenskaper som gör den speciellt användbar för vissa medicintekniska tillämpningar. I kombination med en mer kostnadseffektiv produktionsmetod, som vi nu försöker utveckla, så finns det goda möjligheter att utveckla produkter som kan dra nytta av dessa egenskaper.
- Sammantaget anser vi att projektets mål och syfte har uppfyllts. Projektet har lett till ett ömsesidigt kunskapsutbyte och ett välfungerande samarbete mellan Chalmersforskarna och ansvariga på Wellspect, vilket har varit en förutsättning för att identifiera områden där möjligheterna bäst överlappade de medicintekniska behoven.
- Projektets arbete har lett till en bättre förståelse för egenskaperna bakom grafenets antibakteriella effekt, varför bara vissa former av grafen är antibakteriella.
-
Grafenoxid – ett nytt smörjmedel i industriella tillämpningar
ABB AB, Uppsala universitet
Anna Andersson, ABB AB 2015 – 2017 Syfte och mål Projektet syftade till att utveckla nya smörjningskoncept baserade på grafenoxid för industriella tillämpningar. Det har visats i litteraturen […] Syfte och mål Projektet syftade 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 enkelt 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 gjordes 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 har följande genomförts: - Utvärderat grafenbaserade material specifikt GO, som smörjande additiv i smörjfetter - Utvärderat GO, som smörjande additiv i Ag-baserade elektriska kontakter - Utvärderat 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) utvecklades och 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 ”kula-skiva” (stål mot stål och Ag mot Cu, konfiguration 10 mm strykning), visade ingen skillnad i friktionsuppförande mellan fetter med additiv och fetter utan additiv. Ingen signifikant termisk effekt upptäcktes 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 utomordentligt bra 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 har 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. -
Hybridmaterial av grafenoxid och silica-nanopartiklar för vattenrening och andra membranapplikationer
Chalmers (Teknisk Fysik), ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Biolin Scientific AB och Insplorion AB
Bengt Herbert Kasemo, Chalmers 2015-2016 Syfte och mål Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för membranapplikationer, speciellt […] 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.
-
iEnergy – Industrialisering av bläckstråletryckteknik med grafen för energilagringstillämpningar
KTH Royal Institute of Technology, XaarJet AB (Xaar)
Mikael Östling (KTH) 2015-2016 Syfte och mål Målsättningen var att utveckla en effektiv och tillförlitlig bläckstråleteknologi för grafen för att möjliggöra innovativa tillämpningar inom flera […] 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
LunaLEC och Umeå universitet
Andreas Sandström, LunaLEC 2015 – 2016 Syfte och mål Syftet med projektet var att ta fram en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, som kan skapa […] Syfte och mål Syftet med projektet var att ta fram en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, som kan skapa ljus vid en spänning lägre än 6 V, vilket man lyckats med. 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 ljusemitterande 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. En prototyp har tagits fram som består av helt metallfri ljuskälla (LEC) i plastfilm där en grafenbaserad elektrod ersätter indiumtennoxid (ITO) eller aluminium. Den leder ström och kan lysa vid en spänning lägre än 6 Volt. 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. Det som saknas är en robust tillförlitlig form av grafen som kan användas för produktion i vanlig rumsatmosfär. Genom projektet har 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. Man 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.
- LunaLEC har tagit patent på att använda grafen som katod.
- Produkten skulle kunna användas inom medicinområdet i form av armband som aktiverar vissa typer av cancerbehandlingar med hjälp av ljus eller till lysande plåster som går att forma efter kroppen.
-
Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen
APR Technologies, Chalmers och SHT Smart High-Tech
Peter Nilsson, APR Technologies 2015 - 2016 Syfte och mål 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 innebär 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
Nanosc AB, Chalmers och Göteborgs universitet
Fredrik Magnusson Nanosc AB 2015 – 2016 Syfte och mål 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. Upplägg och genomförande Projektet har letts av Sveriges ledande 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
Ericsson AB, Chalmers
Ulrika Engström, Ericsson AB 2015 – 2016 Syfte och mål Förstudieprojektet skulle ta reda på om grafen kan fungera som transparenta elektroder för detektion av omgivande högfrekventa radiovågor, likriktning och […] Syfte och mål Förstudieprojektet skulle 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 var "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 bestod av forskare vid Ericsson Research och avdelningen för THz och millimetervågsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Tillsammans hade vi kompetens från grafenelektronik, mikrovågsteknik och antennteknik för kommunikationssystem (5G). Under en 6 månaders förstudie skulle vi studera potentialen med grafen i antenn- och detektortillämpningar med en djupare teknisk analys, som förhoppningsvis skulle leda till en projektplan för ett ”proof-of-concept” projekt. Effekter och resultat I och med utvecklingen av sakernas internet (IoT) 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
2D fab och Woxna Graphite
Sven Forsberg, 2D fab 2015 – 2016 Syfte och mål Syftet med projektet var att tillverka grafen från svensk grafit. Det sekundära projektmålet var att hitta de tillämpningar som […] 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
ABB AB, Acreo
Joachim Schiessling, ABB AB 2015-2016 Syfte och mål Syftet med förstudien var att undersöka möjligheterna att använda tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter. Målet var att förbättra […] Syfte och mål Syftet med förstudien var att 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 var att skapa ledande skikt och blanda in grafen för att optimera ledningsförmågan. Tack vare att grafen flagor 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 Projektet utfördes av ABB som tillverkar högspänningsprodukter och RISE Acreo som är aktiva inom tryckteknik. Prover tillverkades på RISE Acreo i Norrköping och den elektriska utvärdering gjordes på 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
Climatewell AB, Chalmers Industriteknik, Chalmers
Ulrika Tornerefelt, Climatewell AB 2015 – 2016 Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av en fibermatris för värmepumpar, utvärdera och verifiera […] Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av en fibermatris för värmepumpar, 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 har expertis inom termokemiska system, Chalmers Industriteknik bidrog med kunskap och erfarenhet inom kolbaserad nanoteknik och Chalmers tekniska högskola bidrog med den expertis som krävs för att göra korrekta termiska karakteriseringar. Projektet utfördes i 5 arbetspaket: 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 %.
- 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.
- 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.
- 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.
Strategiska projekt 2015
-
Innovationstävling 2015
Programkontoret SIO Grafen tillsammans med ekosystem grafen
Helena Theander, SIO Grafen september 2015 - december 2015 Syftet med tävlingen var att få små och medelstora företag och entreprenörer att övervinna de första hindren de har för […] Syftet med tävlingen var att få små och medelstora företag och entreprenörer att övervinna de första hindren de har för att på börja kommersialisering och affärsutveckling av en grafeninnovation. I nästa steg ska de kunna söka till exempel ett projekt i någon av SIO Grafens öppna utlysningar. Sju vinnare utsågs i tävlingen, som var öppen för svenska små och medelstora företag, entreprenörer och forskare. Totalt 47 ansökningar kom in till tävlingen. -
Made for Sweden
Programkontoret SIO Grafen tillsammans med grafenleverantörer
Helena Theander, SIO Grafen mars 2015 - december 2015 Projektet syftade till att öka förmågan hos svenska leverantörer av grafenmaterial att anpassa eller utveckla sitt material till produkter som […] Projektet syftade till att öka förmågan hos svenska leverantörer av grafenmaterial att anpassa eller utveckla sitt material till produkter som kunden efterfrågar. Genom projektet fick medverkande parter ökade möjligheter till samarbetsprojekt och kontakter, både med företag och forskare. Generellt upplevs det dock fortfarande vara en avvaktande marknad. Samtliga materialaktörer är positiva till utvecklingen under 2015 och poängterar att projektet inneburit ökade möjligheter att bearbeta den nationella marknaden. Tillsammans har aktörerna under projektet skapat 37 företagsdiskussioner, 21 med större företag och 16 med små och medelstora företag. Till detta tillkommer 15 kontakter med akademiska parter, som är viktiga aktörer i samarbetsprojekt då multifunktionella materialegenskaper krävs. -
Omvärldsbevakning 2015
Programkontoret SIO Grafen
Helena Theander, SIO Grafen september 2015 - december 2015 Syfte med omvärldsbevakning var att ta de första stegen mot en materialguide för grafen. Resultatet blev den första versionen av […] Syfte med omvärldsbevakning var att ta de första stegen mot en materialguide för grafen. Resultatet blev den första versionen av SIO Grafens materialguide. Arbetet visade med stor tydlighet att ett standardiseringsarbete behövde startas. Materialguiden har i senare projekt vidareutvecklats till SIO Grafen's Suppliers Guide, en webbaserad databas för 2D-material . Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2014
-
Elektrisk karakteristika av epitaxiell grafen i waferstorlek för industriell användning mot sensorer
Graphensic, Acreo Swedish ICT, Linköpings University, Lindmark Innovation
nov 2014-dec 2015 Syfte och mål Denna förstudie har utförts av Graphensic AB (Graphensic), Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings universitet (LiU) och […] Syfte och mål Denna förstudie har utförts av Graphensic AB (Graphensic), Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings universitet (LiU) och Lindmark Innovation AB (Lindmark). Aktörerna har samverkat för att överföra kunskap från akademisk forskning och forskningsinstitut till industri. Material på waferskala har tillverkats. Kontakter har utvecklats samt verifierats genom flertalet karakteriseringsmetoder. Mätapparatur för ytresistans har utvecklats och beröringsfri mätmetod undersökts. Upplägg och genomförande Graphensic har kunnat optimera produktionsprocessen och tagit sikte mot att själva utveckla tillämpningar genom projektsamarbetet. Linköpings universitet har undersökt bensenkänslighet som överträffar state-of-the-art. Acreo Swedish ICT har utvecklat processkunnande för grafen på kiselkarbid samt publicerat en artikel avseende grafenbaserad biosensor. Lindmark Innovation har utvecklat kunnande inom kontaktering mot grafen samt mätmetod. Effekter och resultat Förstudien har genererat betydande resultat och de aktiva samarbetena som etablerats mellan aktörerna, genom att ett fortsatt utvecklingsprojekt föreslås där målsättning är kommersiell grafenbaserad biosensor. Ny ansökan skrivs nu till SIO Grafens utlysning och möjligtvis även H2020. Kunskapsutbytet har lett till att materialet mognat tillräckligt för industriell tillverkning, då produktionsprocessen nu är verifierad genom flertalet karakteriseringsmetoder. Kompetens finns nu hos aktörerna att även processa och deponera goda kontakter. Graphensic har tillsammans med LiU producerat grafenbaserade gassensorer med lovande resultat avseende känslighet mot flera gaser av intresse för luftkvalitetskontroll. Dessa resultat erhölls genom att dekorera grafenen med metall- och metalloxidnanopartiklar med användning av skalbara tunna filmavsättningstekniker. Parterna arbetar nu för en djupare undersökning av effekterna av nanopartikelavsättning på sensorns prestanda, och hur partikelmått, enhetlighet och täckning kan styras över större områden för produktion av waferskala. Graphensic har också förvärvat en patentansökan för en grafenbaserad sensoranordning. -
Förstudie på Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen
APR Technologies, Chalmers, SHT Smart High-Tech
Peter Nilsson, APR Technologies 2014 – 2015 Syfte och mål APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk energi. […] 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. Projektet skulle ta fram ett lämpligt material, grafen i form av HOPG (Highly ordered pyrolytic graphite) och karakterisera dess termiska och gaspermeabla egenskaper i provuppställning. Sedan skulle grafenmaterialet integreras med kompressorns andra nyckelmaterial. Effekter och resultat Denna 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 utifrån en kravställning från APR och dessa har utvärderats både på Chalmers och hos APR. Genom anpassning av grafenmaterialet i ett försök mikroperforerade grafenbaserade filmer, vilket gav bra resultat, har den kritiska kombinationen av värmeledning och permeabilitet kunnat uppnås. 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
SP Food and Bioscience (tidigare SIK, Institutet för Livsmedel och Bioteknik AB), Stora Enso, Chalmers
Mats Stading och Niklas Lorén 2014 – 2015 Syfte och mål Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer. Målen med projektet var […] Syfte och mål Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer. Målen med projektet var att:- Göra en litteraturstudie kring grafens användning i förpackningsapplikationer och dess interaktioner med cellulosa.
- Identifiera möjliga sätt att använda grafen i förpacknings- och cellulosaapplikationer.
- Bestämma olika basala fysikaliska egenskaper hos grafen som är viktiga i förpackningsapplikationer såsom egenskaper i polymersmälta, dispersionsbeläggningar och flockuleringsegenskaper.
-
Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer
NanOsc AB, Chalmers
Fredrik Magnusson, NanOsc 2014 – 2015 Syfte och mål Demonstrera och optimera spinnströmsfokusering i grafen. Demonstrera användning av optimerad spinnströmsfokusering i grafen i spinntroniska oscillatorer. Projektets […] 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
SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB (AlfaLaval Lund AB, KTH)
Karin Persson, SP 2014 – 2015 Syfte och mål 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
-
IR-Kameleont: Grafen för styr- och tryckbara kompositmaterial
Acreo Swedish ICT AB, Linköpings universitet och Saab
Björn Norberg 2014 – 2015 Syfte och mål Projektets syfte var att studera hur grafen och ledande polymerer kan användas för att skapa kompositmaterial som […] 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) -
Vågledarintegrerade grafenbaserade IR-detektorer för optiska gassensorchip
Kungliga Tekniska Högskolan, KTH Skolan för elektro- och systemteknik, Senseair AB
Kristinn Gylfason KTH, Forskare Micro- och nanosystem 2014 – 2015 Syfte och mål Utveckling av grafenbaserade fotodetektorer för infrarött ljus för användning i optiska gassensorer. Projektmålen var: 1) Kunskapsöverföring 2) […] 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. Strategiska projekt 2014
-
Informationsturné och patentlandskap 2015
Programkontoret SIO Grafen tillsammans med ekosystem grafen
Helena Theander, SIO Grafen oktober 2014 - februari 2015 Informationsturné 2015 SIO Grafens informationsturné syftade till att sprida kunskap om grafen och identifiera fler aktörer i Sverige som kan […] Informationsturné 2015 SIO Grafens informationsturné syftade till att sprida kunskap om grafen och identifiera fler aktörer i Sverige som kan stärka sin egen affär med grafen och samtidigt stärka svenska värdekedjor inom olika grafenområden. Turnén, där SIO Grafen besökte sju svenska städer under januari - februari 2014, medförde att SIO Grafen nåde en bredare målgrupp än tidigare. Vid möten presenterades materialet grafen, dess tillämpningar, samt information om programmet och vad vi vill uppnå. Vidare genomfördes diskussioner bland de deltagande företagen om deras frågor och utmaningar. Aktörerna fick en möjlighet att knyta kontakt med andra personer inom samma region, med liknande intresse. Patentlandskap 2015 Patentlandskapsstudien syftade till att stödja svenska aktörer genom att ge dem en översiktlig bild av patentaktiviteter inom grafenområdet. Genom studien får de stöd att identifiera områden med framtida möjligheter till forsknings- och innovationsaktiviteter. 6047 st patent i sju utvalda områden analyserades. 55 % av patenten ägs av forskningsaktörer, Svenska aktörer äger 1 % av patenten. Även om Kina dominerar starkt med 45 % patentägande, så är hela 96% av dessa patent endast sökta i Kina.
