Sök projekt
Här kan du söka bland de projekt som fått projektstöd genom SIO Grafens utlysningar.
Fritext - Du kan söka efter titel, innehåll, år eller projektpartners.
Utlysning - Filtrera efter utlysning, välj en eller flera.
Styrkeområde - Filtrera efter styrkeområde, välj ett eller flera områden.
Samverkan kring kommersiella grafentillämpningar, våren 2020
-
Elektriskt ledande kompositmaterial för additiv tillverkning
2D fab AB, Mittuniversitetet, Wematter AB
Henrik Andersson 31 maj 2020 - 30 november 2020 Syfte och mål Elektriskt ledande AM-material är av stort intresse för branschen. Projektet syftar till att skapa elektriskt ...Syfte och mål
Elektriskt ledande AM-material är av stort intresse för branschen. Projektet syftar till att skapa elektriskt ledande kompositmaterial för användning i additiv tillverkning (AM) med grafen. Kommersiella AM-tekniker används för att producera fasta föremål, såsom mekaniska delar eller konceptmodeller, med hjälp av ett enda material. Om olika funktionella material istället skulle kunna tillsättas under tillverkningen, skulle det öppna möjligheter att producera mycket mer avancerade föremål. Projektpartnern Wematter AB tillverkar en 3D-skrivare (Gravity) som använder metoden för pulverbäddfusion, en AM-teknik som kan skriva ut komplexa geometrier utan stödstrukturer. Wematter AB upplever en stark efterfrågan från sina kunder att kunna producera elektriskt ledande föremål i sina AM-maskiner. Projektpartnern 2Dfab AB är en grafenproducent som arbetar med storskalig produktion för industrin. Forskningsgruppen vid Mittuniversitetet har en stark bakgrund inom forskning om grafenproduktion. Tillsammans utgör projektpartnerna ett väl sammansatt konsortium för att möta denna utmaning. Mål- Identifiera lämplig grafen och undersöka eventuella grafenkällor som kan blandas med polyamidpulver. Detta kan vara olika typer av exfolierad grafen, reducerad grafenoxid och annan funktionaliserad grafen.
- Proof of concept 1: Blanda ett antal polyamidpulver/grafenmaterial från de valda grafenmaterialen och karakterisera pulveregenskaperna och det viskösa flödet för att undersöka om materialet kan vara lämpligt att använda i Wematters ABs AM-maskiner.
- Proof of concept 2: Välj den mest lovande blandningen av polyamidpulver/grafenmaterial. Smält kompositen och observera egenskaperna.
- Konsortiumsbyggnadsaktiviteter, involvera ett annat partnerföretag som kommer att använda resultaten samt föreslå hur man kan gå vidare med utvecklingen och tillämpningen av ett FoI-projekt.
-
Förbättrade egenskaper hos additivt tillverkade metaller genom tillsats av grafen
Amexci AB, Carpenter Powder Products AB, GE Additive-Arcam EBM, Graphmatech AB, Luleå tekniska universitet, Mittuniversitetet
Carlos Botero 31 maj 2020 - 30 november 2020 Syfte och mål Syftet med detta projekt är att kombinera de enastående fysiska och mekaniska egenskaperna hos grafen med den ...Syfte och mål
Syftet med detta projekt är att kombinera de enastående fysiska och mekaniska egenskaperna hos grafen med den enastående flexibiliteten och designfriheten för additiv tillverkning (AM). Detta kommer att göras genom en genomförbarhetsstudie för tillverkning av högpresterande Metal Matrix Composites (MMC) förstärkt med grafen. Projektet kommer att fokusera på AM-kategorin Powder Bed Fusion (PBF), speciellt Electron Beam- (PBF-E) och laserbaserad (PBF-L) metallteknik. Vidare kommer det att förstärka SS316L, en allmänt använd legering inom industrin. SS316L tillverkas redan i PBF-L-system och har en stor potential och intresse för båda teknologierna. Ett unikt tillvägagångssätt kommer att implementeras i vilket råmaterial SS316L-pulver optimeras med en funktionaliserande grafenkvalitet utvecklad för att belägga metallpulver. Bearbetningsförmågan hos de belagda pulvren kommer att undersökas och förväntas skapa en betydande förbättring av SS316L-mekaniska egenskaper. I denna förstudie kommer en grundläggande mikrostrukturs-, hårdhets- och tribologikarakterisering att utföras för att utvärdera de tillverkade proverna. Projektet syftar också till att identifiera de viktigaste utmaningarna vid bearbetning av grafenbelagda pulver både med PBF-E- och PBF-L-system, samt att undersöka möjliga transformationer av den ursprungliga grafenstrukturen och hur den integreras och interagerar med metallmatrisen i varje system under tillverkningen. En state of the art- och patentlandskapsanalys kommer att genomföras, tillsammans med en workshop för att konsolidera ett starkt konsortium för framtida FoI-projekt, där denna strategi kommer att utvidgas till andra legeringar som utvidgar spektrumet av potentiella applikationer. Konsortiet som presenteras inkluderar företag och FoU-enheter med lång erfarenhet inom både additiv tillverkning av metall och grafenteknologi. Genom att kombinera additiv metalltillverkning med grafenteknik kan man tillverka högpresterande material och komponenter med ett brett spektrum av tillämpningars om inkluderar flyg-, ortopedisk tillverkning, verktyg, energi och andra relevanta industrisektorer. -
Grafenförstärkt koboltfri katod för nästa generations högspännings 5V litiumjonbatterier
Graphmatech, KTH, RISE AB
Anwar Ahniyaz, RISE 4 maj 2020 - 3 november 2020 Syfte och mål Litiumjonbatterier spelar en viktig roll i energilagringsystemen, nu och framöver. Batterierna har blivit ett ...Syfte och mål
Litiumjonbatterier spelar en viktig roll i energilagringsystemen, nu och framöver. Batterierna har blivit ett första val för mobila enheter, så som datorer, mobiltelefoner och elektriska fordon. Utveckling av koboltfria litiumjonbatterier är för närvarande också en av de största utmaningarna inom batteriindustrin. I denna förstudie föreslår vi en genomförbarhetsstudie för att öka säkerhetsstabiliteten hos koboltfria, högspänning (5V) LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) spinell-katodmaterial så att nästa generations koboltfria litiumjonbatterier med hög energitäthet (270Wh) / kg) och låg kostnad (200 € / kWh) kan utvecklas. Detta vill vi uppnå genom att förbättra prestandan och stabiliteten hos högspänning 5V-spinell-katoden med hjälp av grafenbeläggning. Grafenbeläggningen kommer att förbättra prestanda för LNMO-baserade katodmaterial genom att:- Förbättra konduktiviteten hos LMNO-katoden
- Tillhandahållande av ett stabilt (mekanisk styrka) och effektivt barriärskikt som förhindrar upplösning av mangan samt genom att hämma andra parasitiska reaktioner.
-
Grafenpapper för elektrokatalytisk produktion av H2O2
2D fab AB, Ahlstrom-Munksjö, Linköpings universitet, RISE
Magnus Berggren 4 maj 2020 - 30 april 2023 Syfte och mål Detta projekt riktar sig till forskning, utveckling och tillämpning av grafenpapper för elektrokatalytisk ...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
RISE AB, KTH, Senseair AB
Sri Iyer, Senseair AB 11 maj 2020 - 12 november 2021 Syfte och mål Syftet med detta projekt är att utveckla en effektiv detekteringslösning för IR som gassensorer för ...Syfte och mål
Syftet med detta projekt är att utveckla en effektiv detekteringslösning för IR som gassensorer för fordonsapplikationer. Precisionsmätning av gaser som CO2 och etanol är avgörande för att upprätthålla konkurrenskraften hos Senseair AB (del av AKM-gruppen), den nuvarande världsledande marknadsledaren för optiska CO2-gassensorer. Genom att upptäcka etanol i förarens andedräkt kan berusad körning förebyggas. Att kontrollera luftkvaliteten inomhus (via CO2-sensorer) hjälper till att bibehålla en optimal mänsklig kognitiv funktion, bättre hälsa, positiv miljöpåverkan och minimera energikostnaderna. De viktigaste projektmålen är: 1) Utveckling av MIR-detektorer (MIR) som ska användas inom Senseairs CO2- och alkoholsensorer genom att använda CVD-grafen med stort område med kopplade metallantennelement. 2) Undersökning om hur man ska skala upp tekniken för industriella applikationer med förbättrad prestanda, avkastning, kostnad och enkel integration i elektroniska sensorsystem i åtanke. Detektorens optiska svar kan förbättras genom optimering av interaktionen mellan grafen och de kopplade antennelementen, vilket resulterar i en samtidig förbättring av både ljusabsorption och fotocarriäruppsamling. Förbättrade halvledarbehandlingsmetoder som är kompatibla med skivformad CVD-grafen möjliggör volymproduktion av detektorer med hög teknikberedskap. Konsortiet kombinerar kompletterande kompetens inom grafenmodellering och bearbetning/karakterisering av detektorer vid RISE, KTH och Halmstad universitet med gassensorns expertis vid Senseair AB för att bilda en forskningsmiljö som är väl utrustad för att nå projektmålen. -
Kiselgrafen-komposit elektrod för litiumjonbatterier
2D fab AB, Mittuniversitetet, Vesta Si AB
Magnus Hummelgård, Mittuniversitetet 31 maj 2020 - 31 maj 2022 Syfte och mål FoI-projektets mål är ett proof-of-concept för en ny kisel-grafenkomposit som är lämplig för storskalig ...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 Natrium-ion (Na) batterielektroder med skräddarsydd Grafen mikro-struktur
Altris AB, Graphmatech AB, Uppsala Universitet
Tommi Remonen, Graphmatech 2 maj 2020 - 1 september 2020 Syfte och mål Målet med detta genomförbarhetsprojekt är att sätta strategin framåt för att förbättra energitätheten för Na-...Syfte och mål
Målet med detta genomförbarhetsprojekt är att sätta strategin framåt för att förbättra energitätheten för Na-jon-batterier med olika beläggnings-, blandnings- och tillverkningsstrategier för att belägga Na-ion-katodbatteri-materialet Fennac med grafen. Idag används > 5% av ett kolmaterial som tillsats i elektroderna för att få tillräcklig konduktivitet så att batterierna fungerar bra. Om det var möjligt att minska mängden kol (och därmed öka andelen aktivt elektrodmaterial) med bibehållen konduktivitet, skulle det vara mycket önskvärt. Därför vill vi ersätta kolet med grafen. Vi kommer att använda Graphmatech AB: s unika Aros Graphene och deras unika beläggningsteknik för att hitta strategier där Fennac/Grafen-kompositmaterialets mikrostruktur kan skräddarsys. Det viktigaste är att hitta verktygen för att kontrollera beläggningsgraden, hur grafenet interagerar med en eller flera av Fennac-partiklarna och hur man kontrollerar mikrostrukturen. När vi har dessa verktyg och ser att de har önskad effekt på egenskaperna har vi tillräckligt med information för att gå vidare med ett optimeringsprojekt. Natriumjonbatteri-teknologi som använder Fennac i aktivt material i katoden, har inte några sällsynta jordartsmetaller, vilket dessa typer av batterier grönare och säkrare än till exempel Li-ion-batterier. Vi tror därför att de föreslagna Na-jon-batterierna, särskilt för området för stationära lagringsapplikationer, har potential att bli en av de framtida batteriteknologierna. -
Optimera grafeninnehållande biobaserade beläggningar för korrosionsskydd av varmförzinkat stål
RISE AB, SSAB, PTE
Maziar Sedighi Moghaddam 4 maj 2020 - 3 oktober 2022 Syfte och mål SSAB-patenterade GreenCoat BT, biobaserad teknik för spolbeläggning ger långvarig korrosionsskydd på ...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 AB, Provexa AB, Chalmers Industriteknik, Chalmers, RISE, Nilar AB
Christian Werdinius, Provexa Technology AB 18 maj 2020 - 18 november 2022 Syfte och mål Målet är att utveckla en elektriskt ledande grafenbaserad ytbeläggning med korrosionsbeständighet, ...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, Chalmers
Martin Lovmar 31 maj 2020 - 31 maj 2022 Syfte och mål...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 AB,RISE AB, Saab
Anderson David Smith 2 maj 2020 - 2 maj 2022 Syfte och mål Vi föreslår att använda de inställbara ledande egenskaperna för grafen för att inducera en växlingseffekt i ...Syfte och mål
Vi föreslår att använda de inställbara ledande egenskaperna för grafen för att inducera en växlingseffekt i vågledare för högfrekvensapplikationer. En "grafenlapp" inbäddas i en gapvågledare och grindar en extern spänningskälla. Detta kommer att ställa in grafenladdningsbärartätheten elektriskt och därigenom modulera vågledarens ON/OFF-egenskaper. Den föreslagna designen kommer att simuleras, omvandlad till en prototyp och uppfylla konstruktionsspecifikationer som beskrivs av industrimedarbetare (Gapwaves AB och Saab). Denna applikation är fast tillstånd och kringgår därmed traditionella utmaningar som konventionella MEMS-baserade högfrekvensomkopplare står inför. Konstruktionen är skalbar när det gäller frekvensområdet och kan täcka kommersiella band (K-W) med potential att utvidgas till högre frekvenser i framtiden. Projektet tillhandahåller potentiell tillämpning i trådlösa ombordsensorer i självkörande bilar samt försvarsapplikationer som involverar fasarray-radar. -
Värmeledande grafenband för att kyla elektronikkomponenter
Saab AB, Chalmers, SHT Smart High Tech AB
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. Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen (våren 2019)
-
Additiv tillverkning av metallkomponenter förstärkta med grafen – Addit-G
Swerim AB, Graphmatech, Quintus Technologies, Sandvik Additive Manufacturing och Uppsala universitet
Irma Heikkilä 1 juni 2019 - 31 dec 2020 Syfte och mål De attraktiva egenskaperna hos grafen och dess tillgänglighet som ett funktionaliserat grafenpulver är av ...Syfte och mål
De attraktiva egenskaperna hos grafen och dess tillgänglighet som ett funktionaliserat grafenpulver är av stort intresse för komponenttillverkningstekniker som använder pulver som råmaterial. Målet med detta initiativ är att demonstrera bearbetningsbarheten och egenskaperna hos grafen-metall-kompositer som tillverkas genom additiv tillverkning (AM) i komponenter med nätform. De metalliska materialen som är av intresse är Cu- och Al-legeringar. Syftet med användningen av grafentillsats är att förbättra komponenternas termiska och mekaniska egenskaper. Detta kommer att skapa mervärde för produkten som tillverkas genom en energi- och materialeffektiv metod. Det industriella behovet av komplexa komponenter med utmärkta termiska och mekaniska egenskaper är brådskande inom transportsektorn, särskilt i termiska styrsystem för batterier i elfordon. Marknaden för metallpulver som används i additivtillverkning växer med mer än 20 % per år och förväntas nå 15-20 BSEK år 2025. Denna verksamhet kommer att inrätta processfönstret för AM-teknik Fused Deposition Modeling (FDM) och för härdning, sintring och varm Isostatisk Pressning (HIP) för de föreslagna kompositerna. Avancerade karakteriseringstekniker används för att mäta de termiska och mekaniska egenskaperna och för att identifiera deras korrelation med den uppnådda mikrostrukturen. Projektgruppen består av ett skickligt team med tillgång till utmärkta laboratorier och stor erfarenhet inom alla nyckelområden som krävs för att framgångsrikt kunna genomföra projektet. Industripartnerna är Graphmatech, Quintus Technologies och Sandvik Additive Manufacturing. Forskningsorganisationen är Uppsala universitet och Swerim AB. -
Förbättrad anti-korrosion skyddsbeläggning med grafentillsats
ABB, Graphmatec, RISE KIMAB och Tikkurila Sweden
Karin Beaussant Törne 15 maj - 31 dec 2020 Syfte och mål Syftet med detta projekt är att utveckla ett nytt innovativt skyddande beläggningssystem med en ...Syfte och mål
Syftet med detta projekt är att utveckla ett nytt innovativt skyddande beläggningssystem med en grafentillsats för förbättrat korrosionsskydd. Grafen har visat sig förhindra diffusion av frätande partiklar och kan därför förbättra korrosionsegenskaperna. Det kan också inducera andra fördelar som motstånd mot UV-nedbrytning, förbättrad mekanisk stabilitet och elektrisk ledningsförmåga. Den avsedda användningen av det nya beläggningssystemet är för stora industri- och infrastrukturinstallationer. Den svenska marknaden för skyddande beläggningar i infrastruktur uppskattas till 60 miljoner euro år 2020. En skyddande beläggning består av flera lager som primer, mellanbeläggning, och topplack, som alla tjänar till att förhindra korrosion men med olika funktioner. Projektet avser att göra systematisk forskning om effekten av att lägga grafen i olika lager av ett skyddande beläggningssystem. Detta för att fastställa i vilket lager grafentillsats har den bästa effekten, eftersom det saknas jämförande studier som rapporterats i litteraturen. Korrosionsbeständigheten undersöks genom elektrokemisk, kondensations och cyklisk provning. I slutet av projektet kommer de mest lovande kompositionerna att väljas för fortsatt lång exponeringstestning. Partnerna är ABB, Graphmatech, RISE KIMAB och Tikkurila. ABB är slutanvändare av färgsystemet. De har ett behov av förbättrat korrosionsskydd, eftersom en del av deras produktsortiment används i frätande miljöer. Tikkurila är en färgleverantör med lång erfarenhet av skyddande beläggningar. Graphmatech kommer att funktionalisera grafen för att vara kompatibel med Tikkurilas etablerade färgsystem. RISE KIMAB ansvarar för prestationsutredningen. -
Funktionaliserad grafen som strukturell förbättrare av polymerer och beläggningar
Applied Nano Surfaces Sweden, Chalmers tekniska högskola, Smart High Tech AB (SHT) och Alfa Laval Lund
Dr Chao Xia 13 maj 2019-12 maj 2021 Syfte och mål Den nyligen genomförda genomförbarhetsstudien (nr 2018-01473: Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning) ...Syfte och mål
Den nyligen genomförda genomförbarhetsstudien (nr 2018-01473: Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning) visade att funktionaliserad grafen (FG) överträffar konventionell grafen när det gäller att förbättra mekaniska egenskaper hos testade polymerbundna beläggningar. Flera kemiska funktionaliseringsvägar utnyttjades, inklusive användning av amin och silanankare. Dessa material utvärderades som reaktiva fyllmedel i en-komponent vattenburna epoxi-beläggningar. En signifikant förbättring av de tribologiska egenskaperna uppnåddes. I synnerhet fördubblades nötningsmotståndet hos modifierade beläggningar. Partners i det föreslagna projektet är Applied Nano Surfaces Sweden AB (ANS), Chalmers tekniska högskola, Smart High Tech AB (SHT) och Alfa Laval Lund (Alfa Laval). ANS försöker förstärka sina polymerbundna fasta smörjmedelskikt via grafeninkapsling och att utveckla nya grafenförstärkta ytbeläggningar med förbättrade värme-, barriär-, antifouling- och antikorrosiva egenskaper. Chalmers är det primära kompetensnavet vad gäller grafenteknik och har stark kompetens inom grafenrelaterad nanoskala karakterisering. SHT ansluter sig till projektet som en materialleverantör som kan utveckla och leverera funktionaliserad grafen. Alfa Laval är slutanvändaren som söker ett beläggningssystem för en av sina kärnprodukter: värmeväxlare. Inom det föreslagna projektet kommer de mest lovande syntetiska systemen för grafenfunktionalisering, som identifierades under genomförbarhetsstudien, att vidareutvecklas och optimeras för avkastning och kvalitet. Olika grafentyper, kemiska transplantat och substitutionsgraderna testas för att finjustera materialegenskaperna och bana vägen till framtida produktkommersialisering. Detaljerad karakterisering av ympmekanismen, tvärbindningsförmåga och dispersionsstabilitet hos FG kommer att utföras av Chalmers och SHT. ANS kommer att genomföra all formulering och inledande produktbedömningsarbete. Alfa Laval kommer att utvärdera lämpligheten med hjälp av sina egna testanläggningar. -
Grafen i högtalarmembran
Marten AB
Jörgen Olofsson juni 2019-maj 2021 Syfte och mål Även om många delar orsakar distortion i ljudljudsystem, är det högtalarna och de mekaniska egenskaperna hos ...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 AB, SHT Smart High Tech AB, Chalmers tekniska högskola
Peter Andersén 20 maj 2019-20 nov 2020 Syfte och mål En typisk konstruktionsbetongvägg är en kombination av ytterväggar av två betongplattor med ...Syfte och mål
En typisk konstruktionsbetongvägg är en kombination av ytterväggar av två betongplattor med isoleringsmaterial mellan dem. En ny typ av isoleringsmaterial, som består av endast cementskum, kommer att utvecklas i det aktuella projektet. Genom att tillsätta funktionaliserad grafen i cementskum, ska detta öka den mekaniska prestandan av cementskumfyllda förgjutna isolationsväggar. Ultrahög draghållfasthet och elastisitetsmodul hos grafen, samt reaktionen mellan grafen och hydreringsgelerna i cement, är de inneboende önskvärda mekanismerna för grafen i cementmaterial. Det förväntas att närvaron av grafen i cementskummet kommer att stabilisera dess struktur och säkerställer frånvaron av porväggsperkolation. Cementisoleringsmaterialet kan lätt separeras från betongen och återvinnas. Därför kan den långsiktiga livslängden för byggnadsstrukturer uppnås, genom användning av mindre mängder cement, och förenkla arbetet av att kunna återvinna byggnader i industriprocessen i framtiden. Projektet kommer att drivas genom fem arbetspaket, inklusive projektledning, funktionalisering av grafen för cementskum, utvärdering av cementskum med grafenförbättring, installation av grafenhaltig insolationsvägg, samt spridning och utnyttjande. Svenska Cement AB (SC), SHT Smart High Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola (Chalmers) kommer att involverade i projektet. SC kommer att vara projektledare och ansvarar för installation av testmaterial, systematisk kontroll av platstest. SHT kommer att använda sin starka bakgrund inom produktion av funktionaliserad grafen och Chalmers kommer att utföra materialkaraktärisering . -
Grafenmodifierade kompositer för långtids- och högtemperaturapplikationer II
RISE SICOMP, Woxna Graphite AB, GKN Aerospace Sweden AB, Nexam Chemical AB
Guan Gong 20 aug 2019-17 jun 2020 Syfte och mål Baserat på de lovande resultaten och intressanta upptäckter som framkom i en hypotesutvärdering i ett ...Syfte och mål
Baserat på de lovande resultaten och intressanta upptäckter som framkom i en hypotesutvärdering i ett gemensamt LIGHTer/SIO Grafen-projekt (2017-02224), syftar detta projekt till att vidareutveckla och optimera de två tekniker som föreslås i hypotesutvärdering, som använde grafen som en effektiv diffusionsbarriär för polymerkomposit. Målet i detta projekt är därför att generera högpresterande kolfiberförstärkt komposit (CFRP) baserat på grafenmodifierat högtemperatur polyimid (HT-PI) harts, vilket kan ha ökad hållbarhet vid höga temperaturer och luftförhållanden, vilket följaktligen eventuellt övervägs för tillämpningar för varma delar av flygmotorer. Konsortiet i detta projekt är detsamma som i det förra projektet, och täcker hela värdekedjan från kommersiell leverantör av grafit/grafen till slutanvändare / tillverkare. Samma nyckelpersoner från varje partner kommer att vara närvarande. Ny resurs med kompetens för bearbetning och karaktärisering av kolnanomaterial och nanokompositer kommer att vara med för att stärka konsortiets förmåga. Det industriella engagemanget kommer att ökas, vilket kommer att fokusera på simulering av termisk oxidationsnedbrytningsprestanda för att skapa en praktisk modell för att utvärdera driftstemperaturen hos de resulterande kompositerna. Vidare kommer ett speciellt arbetspaket att ingå i det aktuella projektet, vilket kommer att övervaka och mäta det luftburna grafenet under kompositbehandlingen och därigenom att förbättra nano-säkerhetskontrollen. -
Multifunktionella grafenförbättrade termoplaster för luftfartstillämpningar
Saab AB (Aeronautics), Chalmers, Linköpings universitet, UFABC (Brasilien), 2DFab
Linnea Selegård 19 aug 2019-31 mars 2022 Syfte och mål I detta projekt kommer vi att utveckla en ny grafenförstärkt termoplastkomposit med avseende på ...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.
Samverkan för kommersiella tillämpningar med grafen – hösten 2018
-
10 ton
2D fab, Valmet, Ahlstrom-Munksjö Paper och SaltX Technology
Roland Bäck, 2D fab AB 1 dec 2018 - 31 maj 2020 Syfte och mål Projektidén är att i större skala koppla produktionen av grafen till egenskaper hos slutlig produkt. Detta ...Syfte och mål
Projektidén är att i större skala koppla produktionen av grafen till egenskaper hos slutlig produkt. Detta genom att sätta upp en pilotanläggning för produktion av grafen, tillverka halvfabrikat som sedan testas i en slutprodukt. Projektet kommer bland annat att ge en förståelse för vilka kvalitetsaspekter som är viktiga längs värdekedjan; problem och möjligheter med logistik och lagring; hur hälso- och miljöaspekter påverkar produktion och produkt; hantering av restprodukter; samt vilka affärsmässiga problem och möjligheter som kan uppkomma längs värdekedjan. För att Sverige ska bli en ledande grafennation krävs att olika värdekedjor etableras. Det finns naturligtvis ett antal andra potentiella värdekedjor, som kan ta lärdom av detta projekt och som kan få samma marknadstillväxt. Aktörer i projektet är 2D fab AB, Valmet, Ahlstrom-Munksjö och SaltX. Denna konstellation har både kunskap, resurser och vilja att genomföra detta stora FoI-projekt. Alla partners ser att projektet kommer att kunna skapa betydande kommersiella framgångar. Projektplanen är att designa en exfoliator som sätts in en pilotprocess. Processen kommer att producera grafen, som sedan formuleras för ytbehandling. Ytor kommer att behandlas med grafen och användas i energilagringsenheter, där effekten av grafen kommer att utvärderas. -
Anisotropa egenskaper hos grafen nanokompositer för högspänningsisolering (avslutat)
Chalmers tekniska högskola och ABB AB
Xiangdong Xu 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Dagens stora efterfrågan på och utveckling av kraftelektronikbaserade lösningar för energiöverföring från ...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
IMS/Chalmers, Högskolan Väst, 2D fab, TSE (Thermal Spraying & Engineering), GKN Aerospace Sweden, Federal-Mogul Friedberg GmbH och MAN Energy Solutions
Uta Klement 1 dec 2018 – 30 nov 2020 Syfte och mål Den långsiktiga ambitionen är att etablera en ekonomisk deponering av en ny klass av grafenhaltiga ...Syfte och mål
Den långsiktiga ambitionen är att etablera en ekonomisk deponering av en ny klass av grafenhaltiga beläggningar med stor area, med varierande matrismaterial: keramiska, metalliska och intermetalliska. Som utgångspunkt och med tanke på branschpartners specifika omedelbara intresse, kommer en keramisk matris och en metallisk matris att undersökas under projektperioden för detta FoI-projekt. Termisk sprutningsteknik kommer att användas för att framställa grafeninnehållande beläggningar, genom att applicera materialblandningar såväl som en ny hybridmetod, samtidigt som ett pulver utnyttjas tillsammans med grafensuspension. Vid slutet av projektet kommer följande fyra frågor att besvaras som för närvarande hindrar industriella användare från att utnyttja termisk sprutning som en väg för att deponera grafeninnehållande beläggningar:- Kan vi behålla grafens egenskaper om det är termiskt sprutat?
- Kan grafen fördelas jämnt i en matris?
- Finns det gränser för hur mycket grafen kan laddas i en viss matris?
- Vilken nivå av förbättring i funktionella egenskaper och uthållighet kan uppnås genom grafentillsats?
-
Funktionaliserade grafenkvantumpunkter som läkemedelsbärare
SHT Smart High Tech, Chalmers (Electronics Materials och Systems Laboratory) samt AstraZenaca
Nan Wang 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Detta förstudieprojektet syftar till att undersöka den potentiella användningen av grafenkvantprickar (quantum...Syfte och mål
Detta förstudieprojektet syftar till att undersöka den potentiella användningen av grafenkvantprickar (quantum dots) med hög renhet och exakt storlekskontroll för att fungera som potentiellt mRNA-leveranssystem. Vi behöver förstå de viktigaste parametrarna för att använda grafenmaterial som en läkemedelsbärare, baserad på ytmodifiering och funktionalisering av grafen. Grafenbaserade nanomaterial har i stor utsträckning undersökts som nya bärare för läkemedel, inklusive cancerläkemedel, svårlösliga läkemedel, peptider och gener. Preliminära data antyder att grafenbaserade nanomaterial också har potential att användas som RNA-läkemedelsbärare genom fastsättning via funktionaliserade ytgrupper och att det resulterande läkemedelskonjugatet kan ha lägre cytotoxicitet och högre effektivitet än traditionella läkemedel. På grund av sina exceptionella egenskaper, såsom en hög yta, enkelhet av funktionalisering, hög kemisk stabilitet, god biokompatibilitet, låg tillverkningskostnad och enkel uppskalning, betraktas grafenkvantprickar som nya material för läkemedelsleverans. Projektet omfattar tre partners: AstraZeneca AB, SHT Smart High Tech AB och Electronics Materials and Systems Laboratory på Chalmers. Projektet ska vara ett sex månaders förstudieprojekt från och med 2018-12-01. Projektet kommer att genomföras i steg som • Benchmark-studie av nanomaterial som läkemedelsbärare, • Fördjupad granskning av potentiellt grafenmaterial i läkemedelsleveranssystemet, • Utveckling av grafenkvantprickar och dess funktionalisering • Spridning av resultat. -
Grafenförbättrad vattenrening
KTH och Sta Marie Water
Jiantong Li 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål I denna genomförbarhetsstudie ska projektet utforska möjligheten att använda grafenbeläggningar med ...Syfte och mål
I denna genomförbarhetsstudie ska projektet utforska möjligheten att använda grafenbeläggningar med kontrollerad flakorientering, för att förbättra prestanda och livslängd hos flera nyckelmembran för den nuvarande vattenreningstekniken. Membranbaserad vattenrening är en effektiv lösning för att ta itu med problemen som orsakas av vattenbrist, en av de största problemen i det moderna samhället, och som har lett till en enorm global marknad. De framtida marknadsfördelarna måste förlita sig på högpresterande och kostnadseffektiva membrantekniker. Grafenbeläggningar med välinriktade flingor har stor potential att ta itu med kritiska utmaningar i nuvarande membrantekniker, såsom lågt motstånd mot biofouling (biobeväxning) och kemisk nedsmutsning, för att förbättra membranens prestanda och livslängd, etablera olika fördelar på marknaden och väsentligen ta itu med konsekvensen av vattenbrist för att minska sjukdomsutbredningen, förbättra människors livskvalitet och spara mer pengar och energi för att hantera de relaterade frågorna. Projektet kommer att genomföras av Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) och Sta Marie Water AB. KTH kommer att använda olika grafenbläck för att skriva ut grafenfilmer med olika flakorientering på membranet som tas fram av Sta Marie Water. Sta Marie Water kommer att karakterisera biofyllnadsmotståndet och kemisk stabilitet hos de grafenförstärkta membranerna för att verifiera idén. -
Grafenförbättrade biobaserade beläggningar för korrossionsskydd av varmförzinkat stål (avslutat)
RISE Research Institutes of Sweden AB (RISE) och SSAB AB
Anwar Ahniyaz 26 nov 2018 - 25 maj 2019 Syfte och mål Grafen har unika mekaniska, elektriska och barriäregenskaper som gör den attraktiv för anticorrosions-...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 (avslutat)
Bright Day Graphene AB (tidigare Bright Day Prototypes AB) och RISE Acreo
Anna Carlsson 30 nov 2018 - 31 maj 2019 Grunden för projektet är en grafenkomposit som tillverkas från biomassa, med vilken Bright Day Graphene AB (tidigare Bright...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 (avslutat)
Grafren AB, Envic-Sense AB och Linköpings universitet (Department of Physics, Chemistry and Biology, IFM)
Volodymyr Erik Khranovskyy 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Detta projekt (genomförbarhetsstudie) kommer att klargöra den tekniska och juridiska genomförbarheten av ...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 (avslutat)
APR Technologies, Chalmers Industriteknik och Chalmers tekniska högskola
Elisabeth Söderlund, APR Technologies 1 dec 2018 - 30 maj 2019 Ingen beskrivning hittadesFör 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 tekniska högskola, Borealis och Hot Disk
Roland Kádár 30 nov 2018 - 28 feb 2021 Syfte och mål Detta FoI-projekt kommer att utveckla skalbara processer och materialkompositioner för en ny klass av ...Syfte och mål
Detta FoI-projekt kommer att utveckla skalbara processer och materialkompositioner för en ny klass av högfunktionella nanokompositer av grafen och polyolefiner. Projektet har ett brett omfång och förväntas ha en betydande marknadspotential. Nanokompositerna kommer att baseras på en unik typ av specialdesignade grafenmaterial, som erbjuder enastående potential som fyllmedel i polyolefiner. I detta projekt kommer vi att försöka utveckla högpresterande specialdesignade grafenpolymernanokompositer, med industriellt skalbara bearbetningstekniker. Projektet kommer att testa effekten av bearbetningsbetingelser, till exempel höga skjuvhastigheter, extensionshastigheter, tryck, flödeshistorik, etc, som motsvarar massproduktionsbehandlingstekniker, till exempel extrudering och formsprutning. Fyllnadsorientering, dispersion och nätverksbildningsdynamik kommer att utvärderas angående förbättrad kompositprestanda. Sådan utveckling kommer att vara avgörande för att säkerställa hög prestanda och reproducerbarhet för framtida storskalig produktion. Ett brett spektrum av karakteriseringstekniker kommer att utföras genom de kombinerade insatserna hos projektpartnerna. Deltagande partners är Chalmers, som har starka kompetenser i grafenpolymerer och nanokompositer, polyolefinföretaget Borealis AB samt SME-företaget Hot Disk AB, en världsledande instrumenttillverkare. Tillsammans har branschpartnerna potential att utveckla massproduktionen av unika nanokompositer, samt kvalitetsstyrningsprocedurer för tillämpningar inom halvledare, thermal management, och mekanisk förstärkning, liksom andra industriellt relevanta tillämpningar. -
Sensor för snabbare, billigare, och enklare bestämning av dioxiner i miljön
Linköpings Universitet och Envic-Sense AB
Jens Eriksson dec 2018 – nov 2019 Syfte och mål Dioxiner är svårnedbrytbara organiska föroreningar som är extremt giftiga. De är ett prioriterat område inom ...Syfte och mål
Dioxiner är svårnedbrytbara organiska föroreningar som är extremt giftiga. De är ett prioriterat område inom EU. Dioxiner bildas bland annat vid kylning av rökgaser från anläggningar där hushållssopor förbränns. Dagens metoder för bestämning av dioxinkoncentrationer kräver sofistikerade instrument, är tidskrävande och mycket dyra, med kostnader runt 5 000 SEK per analys. En portabel sensor som enkelt kan detektera dioxiner i vatten, jord, och livsmedel till en betydligt lägre kostnad per analys - skulle innebära ett genombrott. Eftersom gränsvärden för industriella utsläpp och koncentrationer av dioxin i livsmedel är extremt låga, ställer detta strikta krav på sensorprestanda. Tillämpad Sensorvetenskap vid Linköpings Universitet har utvecklat en sensorteknologi baserad på epitaxiell grafen på kiselkarbid för gas- och vätskefas med state-of-the-art detektionsgränser för en rad analyter. I detta projekt avser vi att anpassa våra vätskefas-grafensensorer, som tillverkas genom 3D-printing, för dioxindetektion. Dioxiner är bensenderivat, och vi har utvecklat en sensor som kan mäta spårkoncentrationer av bensen i gas genom att använda hybridmaterial av metalloxid-nanopartiklar och grafen som känselskikt. Ett liknande upplägg tillämpas här för att skapa nödvändig känslighet gentemot dioxin i vätska. Envic-Sense har utvecklat FREEDD, ett instrument för detektion av tungmetaller i vatten och jord, med ett patenterat system för flödesceller där prov injiceras. I detta projekt integreras grafen-sensorer med FREEDD för att nå konceptvalidering av ett portabelt system för dioxindetektion. Projektresultaten främjar en snabbare samhällspåverkan för den akademiska partnern, och kompletterar industripartnerns applikationsportfölj. -
Små kapacitiva grafenbaserade sensorer (avslutat)
Aninkco AB, MacDonald-Arnskov AB och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH)
Carina Zaring 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Sammanfattning Genomförbarhetsstudiens mål var att undersöka möjligheten att utveckla grafenbaserade flexibla, beröringsfria...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 (avslutat)
Nolato Silikonteknik, Ericsson, Graphmatech
Nolato Silikonteknik 15 maj 2018 - 14 nov. 2019 Aros Graphene® är ett nyutvecklat joniskt hybridgrafenmaterial vars tillverkningsprocess är enkel och miljövänlig. Aros ... 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, RISE Acreo, Swedish National Forensic Centre, Pamitus och KTH
SenseAir 20 maj 2018 - 20 nov. 2019 Målet med detta projekt är att utveckla en processteknik för en grafenanordning genom att använda lågkostnads CVD-grafen ... Syfte och mål Målet med detta projekt är att utveckla en processteknik för en grafenanordning genom att använda lågkostnads CVD-grafen med stor yta för följande två applikationer:- Att kunna visa upp grafenkemikaliesensorer som kan upptäcka droger för kostnadseffektiva brottsplatsanalyser på plats enligt specifikationerna från National Forensic Center (NFC).
- Att undersöka möjligheten att producera plasmonik-grafenbaserade IR-detektorer inom våglängdsintervallet från 2 till 10 μm för att känna av CO2 och/eller alkohol i den verkliga världen i industriell skala och samtidigt bibehålla nyckelegenskaperna för responsivitet, upplösning, frekvensområde, förpackningsstorlek och kostnad som fastställts av det svenska sensortillverkningsföretaget SenseAir AB.
-
Från koltjära till grafen – produktionsmetoder och framtida användningsområden (avslutat)
Swerea MEFOS och SSAB EMEA
Swerea MEFOS 31 maj 2018 - 31 jan. 2019 Målet med förstudien är att kartlägga vilka möjligheter det finns för ett industrialiseringsprojekt för tillverkning av ... 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 (avslutat)
Applied Nano Surfaces, SHT Smart High-Tech, Chalmers och Flexlink
Applied Nano Surfaces 12 maj 2018 - 30 sept. 2019 Funktionaliserad grafen har potential att förbättra mekaniska egenskaper hos polymerbundna lågfriktionsbeläggningar och ... 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, Akzo Nobel, Mycronic, 2D fab, och RISE Acreo
ScandiDos AB 15 maj 2018 - 15 nov. 2019 Att skapa grafenbeläggningar på ihåliga polymerpartiklar för att skapa metallfria elektriskt ledande partiklar för ... Idé: Att skapa grafenbeläggningar på ihåliga polymerpartiklar för att skapa metallfria elektriskt ledande partiklar för metallfria anisotropt ledande adhesiv och för att skapa ett basmaterial för lätta elektriskt ledande kompositmaterial. Idén baserar sig dels på en teknik för att belägga polymersfärer med grafen från ett förstudieprojekt inom SIO Grafen, GNOME ACA, och dels på en ny teknik för att immobilisera grafen på ytor för att skapa beläggningar med god vidhäftning och goda mekaniska egenskaper med våtkemiska metoder. Potential: Kolbaserade och metallfria elektriskt ledande partiklar kan möjliggöra rationell och ekonomisk tillverkning av sensor-arrayer för strålningssensorer. Kolbaserade och metallfria elektriskt ledande material kan utgöra basen för nya elektriskt ledande adhesiv som ger korrosionsbeständiga elektriska kontakter vid mikromontering. Utöver huvudtillämpningen ledande häftämnen, kan grafenbelagda ihåliga polymerpartiklar utgöra grunden för ultralätta elektriskt ledande kompositmaterial. Genomförande: Projektet inleds med att definiera inledande specifikationer och etablera utvärderingsmetoder. Grafenbelagda partiklar från det tidigare GNOME ACA-projektet vidareutvecklas för att få förbättrad vidhäftning, mekanisk stabilitet och ledningsförmåga. Nya metoder för att fästa grafen på ytor och att skapa mekaniskt starka skikt med våtkemiska metoder utvecklas. Partiklarna karaktäriseras kvalitativt och kvantitativt. Häftämnen baserade på grafenbelagda partiklar karaktäriseras med avseende på reologiska egenskaper och hur de fungerar i metoder för att deponera ledande häftämnen. -
Grafen i innebandyblad (avslutat)
Renew Group Sweden, Polykemi, Götene Plast och Chalmers Industriteknik
Renew Group Sweden AB 15 maj 2018 - 15 maj 2019 Syfte och mål Grafen har visat sig kunna förstärka polymerer och göra dem betydligt styvare, eller alternativt kunna ...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 (avslutat)
Provexa och Chalmers Industriteknik
Provexa 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 (avslutat)
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 (avslutat)
Heda Skandinavien, SHT Smart High-Tech och Chalmers tekniska Högskola
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 (avslutat)
Chalmers, RISE, Chalmers Industriteknik, Volvo Cars, CEVT, Lamera AB, Dow Automotive och SIKA
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 (avslutat)
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 ...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 (avslutat)
2D fab AB, Pegil AB och SaltX Technology
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 ...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
Saab Aeronautics 30 maj 2018 - 30 nov. 2019 Grafen kommer att studeras som en funktionell tillsats i färg. Tanken är att genom att blanda in grafen i existerande ... Syfte och mål Grafen kommer att studeras som en funktionell tillsats i färg. Tanken är att genom att blanda in grafen i existerande färger kunna generera nya funktioner i ytbeläggningar för flygplansdelar och därigenom möjliggöra multifunktionalitet. Grafen kan möjliggöra elektrisk och termisk ledningsförmåga som på lång sikt kan möjliggöra inbäddade blixtskydd och avisningssystem. Ett minskat behov av konventionella blixtskydd, erosionsskyddstejp och konventionella avisningssystem (AIPS) skulle ha stor inverkan på flygplanets totala vikt och därigenom minska bränsleförbrukningen. Tillvägagångssättet i FoI-projektet är att introducera grafen i en specifik färg följt av organisering av grafenflagorna för att ytterligare förbättra färgens ledningsförmåga. Tanken med detta gemensamma projekt är att, genom ett yttre fält, orientera grafenflagorna medan flygplansdelen målas. Användningen av ett externt fält möjliggör en anpassad orientering beroende på tillämpningen. Guidad lösning av flagorna i färgen möjliggör kontrollerad orientering av flagorna i filmen, som hjälper till att kontrollera 3D-modifierade egenskaper med avseende på ledningsförmåga och resistivitet. Projektet kommer att utföras i ett samarbete mellan Saab Aeronautics, Linköpings universitet och det slovakiska företaget Danubia Nanotech. Saab tillhandahåller kunskap om färgen och dess tillämpningar medan Danubia tillhandahåller grafenmaterialet och en lång erfarenhet inom fältet. Linköpings universitet kommer att karaktärisera materialet och bidrar med sin djupa kunskap inom modifiering och karakterisering av nanomaterial. -
Optisk fiber med ytbeläggning innehållande grafen (avslutat)
Bitelecom, Chalmers (Industri- och materialvetenskap), KTH Optical Network Lab och RISE/Acreo Optical Lab
Bitelecom AB 31 maj – 31 dec. 2018 Projektet ska studera ytbeläggning av optiska fibrer genom att använda framstegen som gjorts inom nanoteknik. I synnerhet... 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 AB, Kongsberg Automotive AB, Uppsala universitet
Graphmatech AB 15 maj 2018 - 14 nov 2019 Syftet med detta projekt är att utveckla ett nytt kompositmaterial, PPS-Aros Graphene, för smörjningsfria komponenter med... Syfte och mål Syftet med detta projekt är att utveckla ett nytt kompositmaterial, PPS-Aros Graphene, för smörjningsfria komponenter med låg vikt. Mer specifikt - ett kompositmaterial som kan ersätta relativt tunga och oljesmorda metallkomponenter inom fordonsindustrin. Genom att använda Aros Graphene® som additiv i ett PPS-material förväntar vi oss väsentligt förbättrade tribologiska, mekaniska och termiska egenskaper jämfört med befintliga PPS-kompositer. Detta FoI-projekt är ett samarbete mellan Graphmatech, Kongsberg Automotive och två forskargrupper vid Uppsala universitet (tribologi och oorganisk kemi). Ny kunskap om hur Aros Graphene® fungerar i kompositmaterialet och hur dess egenskaper kan påverkas och utvecklas byggs upp stegvis. Tre viktiga steg är:- Tillverkning av ett PPS-Aros Graphene kompositmaterial
- Optimering av växelverkan mellan PPS-matrisen och additivet
- Utvärdering av PPS-Aros Graphene kompositmaterialet
-
Stabila dispersioner av grafen och nanocellulosa för framtida kompositmaterial (avslutat)
RISE Innventia, RISE och BillerudKorsnäs
RISE Innventia 15 maj - 31 mars 2019 Denna studie undersökte genomförbarheten för stabila dispersioner av grafen i vatten, där grafen stabiliserades med hjälp ...- Syfte och mål
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 (avslutat)
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 ...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 (avslutat)
SAAB Barracuda och Swerea IVF
SAAB Barracuda 15 maj - 15 nov. 2018 Syfte och mål Genomförbarhetsstudien har genomförts av SAAB Barracuda och Swerea IVF. Studien syftade till att ge ...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. FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (2) 2017
-
Grafen Energi (avslutat)
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 ...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 (avslutat)
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 ...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 (avslutat)
Inuheat Group, Smart Textiles vid Högskolan i Borås och Swerea IVF.
Pia Roy, Inuheat Group nov 2017 - juni 2018 Förstudien har genomförts av Inuheat Group (som utvecklar värmesystem för kläder), Smart Textiles vid Högskolan i Borås och... 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 (avslutat)
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 ...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
Jan Ukonsaari nov 2017 - okt 2020 Marknaden för vattenkraft förväntas att växa globalt från 2016 och framåt. En ökad efterfrågan på förnyelsebar energi ... 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 (avslutat)
Swedwire, Chalmers Industriteknik och 2D fab
Filip Bengtsson nov 2017 - mars 2018 Projektet har syftat till att ge information om hur grafen kan användas för att stärka de korrosionsskyddande ... 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 (avslutat)
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 ...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 (avslutat)
Transient Design Sweden, Chalmers Industriteknik och Chalmers
Lars-Ola Hoffer nov 2017 - 4 april 2018 Ett idealiskt högtalarmembran skulle vara styvt och kapabelt att effektivt avleda högtalarens överskridande värme. För ... 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 (avslutat)
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 ...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 (avslutat)
GKN Aerospace Sweden, Chalmers, Termisk Systemteknik
Per Henrikson, GKN Aerospace Sweden nov 2017 - feb 2018 Syfte och mål GKN Aerospace arbetar med nya automatiserade kostnadseffektiva metoder inom området kvalitetskontroll och ...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 (avslutat)
ÅF Industry, Chalmers
Fredrik Jareman Nov 2017 - Feb 2018 Syfte och mål En grundförutsättning för framgångsrik teknikintensiv industri är tillgången till tillförlitliga modellerings...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 (avslutat)
ScandiDos, Akzo Nobel, 2D fab och Acreo Swedish ICT
Kjell Lundgren juli-december 2017 Syfte och mål anisotropt ledande adhesiv (ACA) Framtidsutsikter Behov av framtida ...Syfte 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 (avslutat)
LunaLEC och Umeå universitet (Thomas Wågberg, Nano for Energy)
Andreas Sandström maj - oktober 2017 För att kunna skala upp tillverkningen av ljuskällorna är det avgörande att LunaLEC identifierar en lösningsbaserad ... 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 (avslutat)
Heda Skandinavien, SHT Smart High Tech, Chalmers tekniska högskola
Simo Järvelöv 1 maj - 31 oktober 2017 Ett stängsel är vanligtvis konstruerat av stål, trä, cement eller tråd. Viktiga faktorer vid val av staket och material är ... Syfte och mål Ett stängsel är vanligtvis konstruerat av stål, trä, cement eller tråd. Viktiga faktorer vid val av staket och material är säkerhetsplatsen, mått, lokalt klimat, tid och pengar. 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 (avslutat)
Dentsply IH/Astra Tech, Chalmers tekniska högskola, 2D fab
Magnus Svensson 1 juli 2017- 30 juni 2019 Syfte och mål 2Dfab kommer att ta fram grafen av rätt kvalitet, två forskargrupper på Chalmers kommer att dels utveckla ... 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 (avslutat)
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 ...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 (avslutat)
Kungliga Tekniska Högskolan, Huawei Technologies Sweden, Aninkco
Jiantong Li sep 2017 - feb 2019 Syfte och mål Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva ...Syfte och mål
Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva kylsystem i nästa generations elektronik, särskilt 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 (avslutad)
Swerea SICOMP, Nexam Chemical, GKN Aerospace Sweden, Woxna Graphite
Guan Gong Sept 2017 - Feb 2019 Målsättningen med projektet var att verifiera hypotesen att hållbarheten hos kolfiberförstärkt polymerkomposit (CFRP) ... 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 (avslutat)
Saab Aeronautics, Blackwing, Chalmers och 2D fab
Linnea Selegård sept 2017 - feb 2019 Syfte och mål Grafen, i kombination med kolfiber och epoxi, ska användas för att demonstrera ny funktionalitet för högt ...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. Förstudieprojekt och Forsknings- och innovationsprojekt sommaren 2016
-
Grafen på fartygsskrov för minskad korrosion och påväxt (avslutad)
SHT Smart High-Tech Aktiebolag
Lilei Ye 2016-2017 Projektet var en förstudie som skulle undersöka potentialen att använda grafen för att utveckla miljövänliga ytbeläggningar ... 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 (avslutat)
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...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 (avslutat)
Saintpro AB, 2D fab AB
Roro Yakoub 2016-2017 Förstudien genomfördes av Saintpro AB och 2D fab AB. Saintpro utvecklar och säljer personlig skyddsutrustning, ... 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 (avslutat)
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...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 (avslutat)
BillerudKorsnäs och SP
Thomas Gillgren 2016 Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande ... Syfte och mål Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande grafenfilm för kartong med förbättrad adhesion, elektrisk ledningsförmåga och barriäregenskaper lämpliga för pappersförpackningar. Planerat genomförande Den täta strukturen hos grafen ger materialet barriäregenskaper, vilket gör det attraktivt i förpackningstillämpningar. Initiala undersökningar har indikerat att det är möjligt att formulera en vattenbaserad dispersion av grafen med bindemedel för utveckling av grafenbeläggning på papper för förpackningsapplikationer. Ett problem som återstår att lösa är att öka adhesionen mellan beläggningen och pappret utan att ge avkall på den elektriska ledningsförmågan eller barriäregenskaperna. Effekter och resultat Ett lyckat resultat skulle utgöra en komponent för att tillverka högteknologiska pappersförpackningar, baserad på vattenbaserad bestrykningsteknik, vilket gör att tillverkningsprocessen blir både miljövänlig och ekonomiskt fördelaktig. Detta kan i förlängningen ge svensk pappersindustri en konkurrensfördel.- I studien lyckades vi framställa vattenbaserade grafendispersioner av hög koncentration. 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 (avslutat)
Alfa Laval Lund AB, SP, KTH
Olga Santos 2016-2017 Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom ...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 (avslutat)
Centrum Påle AB, Aarsleff Grundläggnings AB, SHT Smart High Tech AB, Chalmers
Björn Cullbrand maj 2016 - sept 2018 Detta FoI-projekt syftade till att i större skala kunna ta fram prototyper på grafenförstärkta betongpålar samt ... 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 (avslutat)
Thomas Concrete Group, Chalmers, SHT Smart High Tech AB
Ingemar Löfgren 2016 Projektet skulle utnyttja grafens speciella egenskaper och utveckla nya grafenbaserade sensorer, för att dokumentera och ... Syfte och mål Projektet skulle utnyttja grafens speciella egenskaper och utveckla nya grafenbaserade sensorer, för att dokumentera och verifiera betongens beständighetsegenskaper i konstruktionen, genom att mäta dielektriska egenskaper och resistivitet. Möjligheten att kunna mäta betongens hårdnande och beständighetsegenskaper under bygg- och driftskedet är i dag begränsat på grund av att nuvarande sensorer inte är långtidsstabila. Därför är den vanligaste tekniken att övervaka temperaturutvecklingen under byggskedet och använda detta som en indikation på hållfasthetsutveckling samt att gjuta in elektroder för att mäta korrosionspotentialer. Men ingen av dessa mätmetoder ger någon information om betongens beständighetsegenskaper och hur dessa förändras med tiden. Med en total årsförbrukning på mer än 4,2 miljarder ton, är betong ett av de mest använda materialen och primärt det som används inom byggnation av infrastruktur, vilket gör potentialen för sensorer mycket stor. Planerat upplägg och genomförande I projektet deltar Thomas Concrete Group, Chalmers tekniska högskola (institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap samt institutionen för Bygg- och miljöteknik) och SHT Smart High Tech AB. Utformning av olika sensorer kommer att undersökas för ett erhålla optimal upplösning och långtidsstabilitet. Sensorerna ska gjutas in i färsk betongmassa och mätningar med sensorerna ska göras för att bestämma bindetid och utveckling av porstrukturen i den hårdnade betongen. Mätningar kommer samtidigt att genomföras med andra metoder, för att korrelera med sensorernas mätvärden. Effekter och resultat Det huvudsakliga målet var att utveckla en stabil och beständig sensor för mätning av betongens hårdnande och beständighetsegenskaper under bygg- och driftskedet. Sensorsystemet baseras på fyra elektroder (Wenners fyrapunktsmetod), där elektroderna består av grafen-modifierad cementpasta vilken har en hög elektrisk ledningsförmåga och god kompabilitet med betong. I studien genomfördes många försök för att hitta den bästa blandningen av grafen och 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 (avslutat)
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 Projektets mål var att skapa förpackningsmaterial vars grafenbarriärer vida överträffar dagens barriärer trots låg halt. ... 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 (avslutat)
Graphensic, Acreo Swedish ICT, Nationellt Forensiskt Centrum, Pamitus
Amer Ali maj 2016- juli 2017 Målet med projektet var att uppvisa högpresterande grafensensorer med transistorer på grafen på kiselkarbid (G-SiC) för ... 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), (avslutat)
SenseAir AB, Kungliga Tekniska högskolan (KTH)
Henrik Rödjegård 2016-2017 Målet med detta projekt var att ta fram vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående ... 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.
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2015
-
Grafen i strålmätning (avslutat)
ScandiDos, Acreo Swedish ICT
Kjell Lundgren ScandiDos AB 2015-2016 Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer när strålar träffar tungmetaller som finns... 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 (avslutat)
Dentsply IH AB (Wellspect Healthcare), Chalmers
Martin Lovmar, PhD, Wellspect Healthcare 2015 – 2017 Projektets mål var att utnyttja grafens egenskaper för att skydda en medicinteknisk produkt från bakterietillväxt och ... 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 (avslutat)
ABB AB, Uppsala universitet
Anna Andersson, ABB AB 2015 – 2017 Projektet syftade till att utveckla nya smörjningskoncept baserade på grafenoxid för industriella tillämpningar. Det har ... 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 (avslutat)
Chalmers (Teknisk Fysik), ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Biolin Scientific AB och Insplorion AB
Bengt Herbert Kasemo, Chalmers 2015-2016 Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för ... Syfte och mål Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för membranapplikationer, speciellt vattenrening. Planerat upplägg och genomförande Förstudien involverar fem aktörer, som inte tidigare samarbetat: ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Chalmers (Teknisk Fysik), Biolin Scientific AB och Insplorion AB. Var och en bidrar med speciell expertis, som tillsammans ger projektet en mycket stark 'competitive edge'. GOSiO-membranen byggs upp lager-för-lager med kommersiellt tillgängligt grafenoxid och silicapartiklar från Akzo Nobel. Den kontinuerliga lagertillväxten kommer att analyseras med hjälp av en mikrogravimetrisk metod (QCM-D) och en optisk metod, Nanoplasmonisk Sensing (NPS). Effekter och resultat Projektmålet var att bygga hybridmaterial av grafenoxid (GO) och nanopartiklar (NP), samt göra preliminära applikationstester av sådana ”filter” för vattenrening. Uppbyggnaden av lager-för-lager strukturer av GO och NP av silica (SiO2) var framgångsrikt och har resulterat i en artikel som kommer att sändas in för publikation under våren 2017. Vi påvisade även inbindning av protein (Hb) i filterstrukturen. Det pekar mot en annan applikation än vattenrening, nämligen separation. Filterstrukturens porositet och porstorlek kan varieras genom variation av NP-storleken. Separationsegenskaperna kan varieras kemiskt genom funktionalisering av GO och NP. Målet vad gäller framställning av filterstrukturer uppfylldes. Metoden kan tillämpas generellt på olika GO-kombinationer. Målet att testa på vattenrening nåddes inte. Den viktigaste insikten var att lager-för-lagerstrukturer av GO-NP kan byggas steg för steg och att de erbjuder en stor potential för rening (av vatten och luft) och separation. Projektet bedömer den utpekade riktningen som mycket intressant för olika typer av separation (inklusive vattenrening), men att betydande forskningsinsatser behövs beträffande:- kemisk funktionalisering av NP och GO och tillhörande karakterisering
- variation av porstorlek
- processteknisk utveckling för snabb och billig tillverkning av strukturerna.
-
iEnergy – Industrialisering av bläckstråletryckteknik med grafen för energilagringstillämpningar (avslutat)
KTH Royal Institute of Technology, XaarJet AB (Xaar)
Mikael Östling (KTH) 2015-2016 Målsättningen var att utveckla en effektiv och tillförlitlig bläckstråleteknologi för grafen för att möjliggöra innovativa ... Syfte och mål Målsättningen var att utveckla en effektiv och tillförlitlig bläckstråleteknologi för grafen för att möjliggöra innovativa tillämpningar inom flera områden, till exempel tryckt elektronik, avancerad energilagring, intelligenta förpackningar, liksom biomedicinska tillämpningar och därmed stärka svensk industri. Denna förstudie, iEnergy, syftade till att utveckla en effektiv teknologi för bläckstråleteknik i industriell skala för flexibla superkondensatorer. Planerat upplägg och genomförande Projektet har genomförts i ett samarbete mellan KTH och XaarJet Sweden AB. Genom att göra en effektiv uppskalning av KTH:s nuvarande grafenbläcksteknik i kombination med Xaar’s innovativa printerhuvud, ska industriella tryckmetoder för grafenbläck och massproduktion av flexibla superkondensatorer kunna realiseras, för att förbättra möjligheten att tillverka avancerade energilagringsenheter med både hög energidensitet och samtidigt hög effektdensitet under stort antal laddningscykler, vilket skulle kunna innebär ett genombrott på marknaden för elbilar. Effekter och resultat KTH har skalat upp tillverkningstekniken för grafenbläck och XaarJet har testat bläckens tryckbarhet. Projektet har kunnat demonstrera att KTH’s grafenbläck uppvisar utmärkt stråleprestanda (jetting performance) samtidigt genom de 126 munstyckena på Xaar’s industriskale-printerhuvuden. Motiverade av detta resultat har KTH startat ett bläckföretag, Aninkco AB, för fortsatt utveckling och försäljning av högkvalitetsgrafenbläck. Den verifierade förmågan att kunna bläckstråletrycka med grafen i industriell skala kommer att förbättra vår konkurrenskraft på marknaden och öka vår möjlighet att attrahera fler svenska industriaktörer till att vilja utveckla innovativa applikationer. Den viktigaste insikten i projektet är att vi har förstått skillnaden mellan laboratorievolym och industriell volym för bläckformulering. Vi ser väldigt ljust på framtida applikationer av bläckstråletryckning med grafen. Speciellt förutser vi tryckning för energilagring som väldigt attraktivt. För vårt nystartade företag Aninkco AB, förväntar vi oss att bläckformulering och produktion realistiskt kan vara kommersiellt om 1,5-2 år. För att gå vidare behöver vi eventuellt några fler potentiella slutanvändare med visioner om hur man gör business case. -
Lösningsbaserad katod för tryckbart ljus (avslutat)
LunaLEC, Umeå universitet (Thomas Wågberg)
Andreas Sandström, LunaLEC 2015 – 2016 Syftet med projektet var att ta fram en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, som ... 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 (avslutat)
APR Technologies AB, Chalmers och SHT Smart High-Tech AB
Peter Nilsson, APR Technologies 2015 - 2016 Syftet med projektet är att använda grafen för att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor... Syfte och mål Syftet med projektet är att använda grafen för att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor), helt utan rörliga delar som drivs med termisk energi, samt att framställa tunna grafen-aerogel-grafen-laminat. Projektet är en fortsättning på ett tidigare påbörjat samarbete mellan APR Technologies AB i Enköping, Chalmers och SHT Smart High-Tech AB i Göteborg. Målet är att förbättra dagens miniatyriserade kylsystem genom att göra dem mer tillförlitliga och billigare. Effekter och resultat APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad kompressor för kryokylsystem, helt utan rörliga delar, som drivs med termisk energi. Grafenbaserade filmer ses som ett lämpligt material för att en kritisk komponent skall kunna säkerställa kompressorns behov av en internt extremt hög termisk ledningsförmåga. Det är egentligen kombinationen av mycket hög värmeledningsförmåga och möjligheten till en anpassad permeabilitet för gaser som gör grafen till en unik materialkandidat. I projektet har vi tagit ett stort tekniskt kliv framåt för detta. Grafenbaserade filmer har tagits fram av SHT Smart High-Tech och Chalmers, med egenskaper som är bättre än de kommersiellt tillgängliga alternativen. Materialet är nu flexiblare, mer lätthanterligt och har en jämnare tjocklek. Dessa filmer har integrerats med övriga ingående material för att för första gången påvisa gaskompression i en integrerad och seriekopplad kaskad av Knudsenkompressorer. Kompressorn har även itererats samt optimerats genom datorsimulering. Under integrationsarbetet har även nya metoder för att bearbeta aerogelkompositer utvecklats. De uppsatta målen nåddes till 90%. Det praktiska arbetet visade sig mer kostsamt och tidsödande varför målsättningen reviderades. De grafenbaserade filmerna som användes uppfyllde de termiska kraven, men var svåra att hantera. Framtiden för grafen inom detta tillämpningsområde ser ljus ut, men 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 (avslutat)
Nanosc AB, Chalmers och Göteborgs universitet
Fredrik Magnusson Nanosc AB 2015 – 2016 Målet med projektet var att utveckla en demonstrator där substratbiasering och komponentlayout ger både ny funktionalitet och... Syfte och mål Målet med projektet var att utveckla en demonstrator där substratbiasering och komponentlayout ger både ny funktionalitet och bättre prestanda hos grafenbaserade mikrovågsgeneratorer. Förväntade effekter och resultat Projektets idé var att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dem för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Projektet var en fortsättning på det projektet Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer. Den grundläggande idén var densamma som i det pågående projektet och skulle möjliggöra fortsatt utveckling av mikrovågsgeneratorer baserade på de erhållna resultaten. Därutöver skulle projektet demonstrera två väsentliga vidareutvecklingar, som dels gäller optimering av komponentgeometrin för att maximera spinnströmmarna, dels gäller ett helt nytt sätt att avstämma frekvensen på mikrovågsgeneratorn. Precis som i det pågående projektet var dessa idéer helt nya och de ledande experterna inom projektet kände inte till någon liknande aktivitet eller ens diskussion någonstans i världen inom sina respektive områden. Om projektmålen uppfylls har projektidén en oerhört stor potential att revolutionera hur bredbandiga (1-100 GHz) mikrovågssignaler kan genereras, moduleras och detekteras i framtida grafenbaserad mikrovågselektronik. 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 (avslutat)
Ericsson AB, Chalmers
Ulrika Engström, Ericsson AB 2015 – 2016 Förstudieprojektet skulle ta reda på om grafen kan fungera som transparenta elektroder för detektion av omgivande ... 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 (avslutat)
2D fab AB, Woxna Graphite AB
Sven Forsberg, 2D fab AB 2015 – 2016 Syftet med projektet var att tillverka grafen från svensk grafit. Det sekundära projektmålet var att hitta de tillämpningar... Syfte och mål Syftet med projektet var att tillverka grafen från svensk grafit. Det sekundära projektmålet var att hitta de tillämpningar som är mest lämpliga för svenskt grafen och utifrån det initiera förlängningen av olika värdekedjor mot industriell användning av grafen. Woxna Graphite och 2D fab var huvudaktörer i detta projekt. Effekter och resultat Målet var att tillverka grafen från svensk råvara, samt att bygga värdekedjor som kan ta grafen ut på marknaden. Projektet har visat att det går att tillverka grafen från svensk grafit, men att utbytet blir lågt. Det har varit möjligt att bygga upp flera intressanta värdekedjor för att kommersialisera resultaten. Det primära målet uppnåddes, grafen kunde tillverkas från grafit som kom ifrån Woxna grafitgruva. Utbytet av grafen levde dock inte upp till förväntningarna. Den benchmark som gjordes av olika typer av grafit som råvara, visade tydligt på vikten att välja rätt råvara beroende på vilka egenskaper man vill uppnå. Förbehandling av råvaran före exfoliering är också av största vikt. Utbytet varierade också stort mellan olika typer av grafit. Under 2017 hoppas 2D fab på att lansera en ny familj av ledande tryckfärger. Woxna Graphite, numera Leading Edge Materials (LEM), har beslutat att fokusera sin utveckling av grafit mot energilagringstillämpningar. Det kommer att innebära investeringar innan den går att producera och ligger därför något år fram i tiden. Den batterigrafit som kommer att produceras kommer då också att bli en bra råvara för grafentillverkning. För 2D fab är det viktigt att hitta teknik- och marknadskunskap inom olika applikationsområden, främst inom kompositer och elektriskt ledande tryckfärger. Det görs oftast enklast genom att samarbeta med potentiella kunder. Detta får 2D fab delvis tillgång till via SIO Grafen. För LEM är kompentens och partners inom energilagring av stor vikt. -
Tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter (avslutat)
ABB AB, Acreo
Joachim Schiessling, ABB AB 2015-2016 Syftet med förstudien var att undersöka möjligheterna att använda tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter. Målet ... 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 (avslutat)
Climatewell AB, Chalmers Industriteknik, Chalmers
Ulrika Tornerefelt, Climatewell AB 2015 – 2016 Syftet med projektet var att utveckla en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av en fibermatris för värmepumpar, ... 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.
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2014
-
Elektrisk karakteristika av epitaxiell grafen i waferstorlek för industriell användning mot sensorer (avslutat)
Graphensic AB, Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings University (LiU), Lindmark Innovation AB
nov 2014-dec 2015 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 (avslutat)
APR Technologies AB, Chalmers Bionano Systems Laboratory, SHT Smart High-Tech
Peter Nilsson, APR Technologies AB 2014 – 2015 APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk... Syfte och mål APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk energi. Grafenbaserade filmer undersöks som kritiska delar där extrem termisk prestanda behövs tillsammans med en kontrollerad permeabilitet. 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 (avslutat)
SP Food and Bioscience (tidigare SIK, Institutet för Livsmedel och Bioteknik AB), Stora Enso, Chalmers
Mats Stading och Niklas Lorén 2014 – 2015 Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer. Målen med ... Syfte och mål Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer. Målen med projektet var att:- 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 (avslutat)
NanOsc AB, Chalmers
Fredrik Magnusson, NanOsc 2014 – 2015 Demonstrera och optimera spinnströmsfokusering i grafen. Demonstrera användning av optimerad spinnströmsfokusering i grafen... Syfte och mål Demonstrera och optimera spinnströmsfokusering i grafen. Demonstrera användning av optimerad spinnströmsfokusering i grafen i spinntroniska oscillatorer. Projektets idé är att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dessa spinnströmmar för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Projektidén en oerhört stor potential att revolutionera hur bredbandiga (1-100 GHz) mikrovågssignaler kan genereras, moduleras och detekteras i framtida grafenbaserad mikrovågselektronik. Effekter och resultat Projektet hade som mål att demonstrera, förstå, och optimera spinnströmsfokusering i grafen och sedan använda detta grundläggande fenomen för att aktivt styra den ferromagnetiska resonansen i nanomagneter för framtida frekvensstyrning hos spinntroniska oscillatorer baserade på grafen. I projektet har vi demonstrerat att vi kan växa våra magnetiska material på grafen med bibehållna magnetodynamiska egenskaper. Vi kan även mönstra våra magnetiska material när dessa växts på grafen. Vi har för första gången demonstrerat att vi aktivt kan styra den ferromagnetiska resonansen hos nanomagneter på grafen när dessa absorberar spinnströmmar som genererats genom att leda in spinn-polariserade strömmar i grafen från närliggande magnetiska elektroder. Den ferromagnetiska resonansen kan kontrolleras både vad gäller avstämbarhet i frekvens och dess linjebredd. Vi har därför goda indikationer på att vi kan styra spinnvågsdämpningen i nanomagneter på grafen vilket är första steget mot att sedan kunna driva magnetiska oscillationer i liknande nanomagneter. Detta nu experimentellt demonstrerade fenomen kommer därför att ligga till grund för våra spinntroniska oscillatorer. -
Graphene-based Coatings for Heat Exchangers (avslutat)
SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB (AlfaLaval Lund AB, KTH)
Karin Persson, SP 2014 – 2015 Målet med projektet var att undersöka grafen som rostskydd för värmeväxlare. Syftet var att utveckla en multifunktionell ... Syfte och mål Målet med projektet var att undersöka grafen som rostskydd för värmeväxlare. Syftet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för värmeväxlare med hjälp av väl dispergerad GRMs (Grafen eller likande material) som: leder värme och ger utmärkt korrosionsskydd av rostfritt stål. För användning av plattvärmeväxlare (PHE) i krävande miljöer såsom saltvatten, behöver det utvecklas värmeledande kostnadseffektiva beläggningar för rostfritt stål. Denna typ av beläggning kan senare överföras till andra sektorer där värmeledning behövs exempelvis komplext formade aluminiumkonstruktioner som ofta används i kylning av elektronik. Effekter och resultat Det huvudsakliga målet var att utveckla ett GRM-baserat, värmeledande, korrosionsskydd för plattvärmeväxlare av rostfritt stål i saltvattenapplikationer. Materialen som användes i projektet var kommersiellt tillgängliga grafenbaserade material och organiska bindemedel med god effekt för korrosionsskydd av rostfritt stål. Flera olika tillvägagångssätt utvärderades:- grafta (ympa) polymer från grafenoxid
- använda kommersiell grafenoxid i vattendispersion
- dispergera kommersiellt grafenbaserat material direkt i bindemedel
-
IR-Kameleont: Grafen för styr- och tryckbara kompositmaterial (avslutat)
Acreo Swedish ICT AB, Linköpings universitet och Saab
Björn Norberg 2014 – 2015 Projektets syfte var att studera hur grafen och ledande polymerer kan användas för att skapa kompositmaterial som är ... Syfte och mål Projektets syfte var att studera hur grafen och ledande polymerer kan användas för att skapa kompositmaterial som är styrbara och tryckbara, för exempelvis kamouflage. Projektet omfattade marknads- och materialstudier samt prototyptillverkning. Effekter och resultat Patentundersökningen och litteraturstudien, visade att forskningsområdet elektrokromism med grafen i kamouflage är väldigt ungt och få relevanta dokument hittades. Det finns ett stort antal företag som säljer grafen och marknaden växer snabbt. I detta projekt hade vi kontakt med ett par av dem för att studera olika tekniker för att använda grafen. En innovativ metod för konstruktion av elektrokroma prototyper, med och utan grafen, utvecklades för att studera prestanda på prototyperna. Överföring av multilagers CVD-grafen till polyethylene har gjorts. Mätning av IR-reflektans och IR-transmission hos CVD-grafen på polyolefiner har genomförts. Multilagers CVD-grafen på nickel har överförts till polyolefiner. Ytorna hos det överförda grafenet var tillräckligt för spektroskopiska mätningar. Projektet har ökat kunskaperna kring grafen och hur grafenkompositer kan skapas med tryckteknik. Projektet har även innefattat fysiska tester av grafen/polymerkompositer med avseende på vissa specifika karakteristika. Läs mer: Pressmeddelande från Saab > (20150806) -
Produktion av grafen på kiselkarbid för sensorer (avslutat)
Graphensic AB, Lindmark Innovation AB, Linköpings universitet
Amer Ali, Graphensic AB 2014 – 2015 Grafen på kiselkarbid utgör en möjlig plattform för olika sensorer (särskilt gas- och biosensorer). För att realisera ... Syfte och mål Grafen på kiselkarbid utgör en möjlig plattform för olika sensorer (särskilt gas- och biosensorer). För att realisera tillämpningarna så krävs en förståelse för den elektriska karakteristika som industriellt producerat material har. I projektet har aktörer samverkat med målet att industriellt kunna producera grafen på kiselkarbid i waferstorlek, och för detta verifiera val av kontakter och mätteknik för elektrisk karakteristika på materialet. Projektets aktörer sträcker sig från akademisk forskning och forskningsinstitut till industri. Projektet har etablerat ett samarbete mellan dessa som har långvarig karaktär. Effekter och resultat Graphensic har tillsammans med Linköpings universitet producerat grafenbaserade gassensorer med lovande resultat för ett flertal gaser som är av intresse vid mätning av luftkvalitet. Resultaten uppnåddes genom att skalbara depositionstekniker för tunna filmer användes, där grafen täcktes med nanopartiklar av metall och metalloxid. Parterna arbetar fortsättningsvis mot att mer ingående undersöka hur nanopartiklars fördelning/deposition påverkar sensorns prestanda och hur partikeldimensionen, oregelbundenhet och täckning kan kontrolleras vid produktion av större ytor av grafen i waferstorlek. Graphensic har även sökt patent för en grafenbaserad sensorutrustning. Inom denna förstudie har Acreo genom olika metoder karakteriserat material i waferstorlek för att säkerställa dess noggrannhet. Resultaten visar tydligt att Graphensics process för att framställa grafen har mognat och att materialet är homogent i större ytor än tidigare. Lindmark Innovation AB (Lindmark) har utvecklat en mätteknik för att elektriskt karakterisera ytresistansen hos grafen på kiselkarbid i waferstorlek. Med hjälp av denna har Graphensics material jämförts med grafen som producerats med andra metoder. Lindmark har även jämfört olika kontakteringsmetoder genom att mäta dess brusnivåer, vilka påverkas av materialval och kontakttyp. De preliminära resultaten av mätningarna visar att grafen på silikonkarbid har den lägsta brusnivån inom den här komparativa studien och är det mest stabila över tid. Framåt så arbetar Lindmark med att utveckla en kontaktfri metod för snabb och icke-invasiv karakterisering av de elektriska egenskaperna för grafen på kiselkarbid i waferstorlek. I framtiden så siktar parterna på att tillsammans producera utrustning för kommersiellt bruk. -
Vågledarintegrerade grafenbaserade IR-detektorer för optiska gassensorchip (avslutat)
Kungliga Tekniska Högskolan, KTH Skolan för elektro- och systemteknik, Senseair AB
Kristinn Gylfason KTH, Forskare Micro- och nanosystem 2014 – 2015 Utveckling av grafenbaserade fotodetektorer för infrarött ljus för användning i optiska gassensorer. Projektmålen var: 1... Syfte och mål Utveckling av grafenbaserade fotodetektorer för infrarött ljus för användning i optiska gassensorer. Projektmålen var: 1) Kunskapsöverföring 2) Integrering av grafen för IR-detektorer i gassensorer 3) Evaluering av prestanda 4) Evaluering av den kommersiella potentialen Effekter och resultat Projektet har lagt grunden för ökad förståelse av grafens potential för IR-detektering genom experiment med prototyper. Projektparterna har delat kunskap under projektets gång genom diskussioner om design och resultat, och genom skrivande av patent och en ansökan för uppföljningsfinansiering. KTH har utvecklat en ny tillverkningsprocess för frihängande kiselvågledare ovanpå vilka grafendetektorer kan integreras. Prestandan för frihängande kiselvågledare med integrerade platina-emittrar och detektorer har utvärderats. Den kommersiella potentialen har utvärderas. Utvecklingen har gjorts av vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående grafenmembran, för användning i optiska gassensorchip. Framtagning av frihängande kiselvågledare har genomförts och de första prototyperna har utvärderats med integrerade ljuskällor och detektorer i platina. Eftersom utvecklingen av processen för frihängande kiselvågledare tagit något längre tid än planerat, har integrering av grafen inte kommit så långt som planerat, men vid förstudiens slut är alla bitar på plats för att påbörja det arbetet.