Projekt |

Förberedelse energilagring med porösa grafenstrukturer
Bright Day Graphene
Emma Angehed, Bright Day Graphene 12 juli – 15 december 2021 Projektets mål är att skapa ett projektkonsortium för ett demonstratorprojekt som handlar om att använda porösa grafenstrukturer i energilagring. Vi har två […] Projektets mål är att skapa ett projektkonsortium för ett demonstratorprojekt som handlar om att använda porösa grafenstrukturer i energilagring. Vi har två huvudsakliga spår i vår idé om demonstratorprojekt; det första är användning av de porösa strukturerna som elektrod i superkondensatorer. Målet med detta är att skapa en superkondensator med högre energidensitet utan att förlora några andra egenskaper. Det andra spåret handlar om att applicera de porösa grafenstrukturerna som anoder i litium-jonbatterier. Här är målet att göra produkten mer snabbladdad. Båda dessa tillämpningar har en stor marknadspotential och intressenterna är flera. Vår hypotes är att konsortiet ska bestå av ett energibolag med intresse i båda formerna av energilagring, samt två tillverkande bolag som tillverkar en produkt var. Projektet omfattar att hitta dessa parter och sälja in idén om ett gemensamt projekt, att skapa en projektbeskrivning som sätter ramarna för projektets innehåll, fördelningen av arbetet, budget och tidplan, samt att skapa ett projektavtal mellan parterna som reglerar projektets styrning, genomförande samt hur framtida resultat ska fördelas. Projektet kommer också att genomföra en nyhetsgranskning kring de porösa grafenstrukturerna för att säkerställa att vi har Freedom to Operate inom detta område. 101, 65796

Förberedelseprojekt inför GAIA – Grafen Applikation i Industriell Anläggning
Provexa Technology, Chalmers Industriteknik, Provexa AB, RISE
Anders Skalsky, Provexa Technology 9 augusti – 15 december 2021 Provexa Technology har flera projekt där grafenderivat inkorporeras i en metall eller polymer i en ytbehandling för att uppnå förbättrade […] Provexa Technology har flera projekt där grafenderivat inkorporeras i en metall eller polymer i en ytbehandling för att uppnå förbättrade egenskaper rörande elektrisk ledningsförmåga, korrosionsskydd eller mekaniska egenskaper. Genom demonstrationsprojektet vill Provexa Technology bygga upp en flexibel anläggning för att bygga en pilotanläggning för att möta de utmaningar större drift medför och snabbt komma i gång med mindre kommersiell produktion. Förberedelseprojektet ger möjlighet att komponera en projektgrupp som kommer att inkludera hela värdekedjan från kemi och grafenleverantör till slutkund och konsument. Mindre förstudier genomförs med projektpartners för att identifiera nödvändiga avgränsningar och fokusera där marknaden och miljönyttan är störst. Potentialen hos de tilltänkta applikationerna för vilka demonstrationsanläggningen skall producera grafeninnehållande ytbeläggningar är mycket stor. En efterfrågan på bättre lösningar för ledande korrosionsskydd finns redan bland våra kunder i t.ex. fordons- och batteribranschen. Elektrifieringstrenden kommer leda till att denna efterfrågan tilltar ytterligare. Intresset för kromersättaren Venus är också stor av miljö- och imageskäl. Förberedelseprojektet kommer innehålla fyra mindre arbetspaket: Scouting och rekrytering till projektgrupp; Marknads- och konsumentorienterad behovsanalys; Identifiering av tekniska utmaningar med uppskalning och industriell drift och demonstrator projektansökning. 96,103, 65796

Grafen för resurseffektiva gummimaterial
2D Fab, Pro&Pro
Magnus Larsson, 2D Fab 1 augusti – 10 december 2021 Grafen kan användas för att förbättra andra material. Genom att tillsätta grafen i gummiblandningar skapas gummi med förbättrade egenskaper. Tillsammans […] Grafen kan användas för att förbättra andra material. Genom att tillsätta grafen i gummiblandningar skapas gummi med förbättrade egenskaper. Tillsammans med flera tillverkare av gummiprodukter genomför vi tester för att undersöka hur stora förbättringar som kan uppnås för viktiga egenskaper på gummimaterial. De egenskaper som är av störst intresse och som grafen kan förbättra är: • Styvare, starkare och mer töjbart • Ökad kemisk motståndskraft • Förbättrad termisk ledningsförmåga • Ökad nötningstålighet. • Bättre vidhäftning på substrat vid ytbeläggning av gummimaterial • Ökad UV-resistans Den svenska industrins konkurrenskraft är starkt beroende av gummi och det finns ett stort antal företag som tillverkar och säljer gummiprodukter eller produkter där gummi är en väsentlig komponent. Genom att förbättra gummimaterials egenskaper skapas produkter som håller längre vilket bidrar till ökad resurseffektivisering. I förberedelseprojektet vill vi verifiera förutsättningarna för ett demonstratorprojekt inom ett av följande områden: • Grafen i gummidäck • Grafen i industriella tätningar Inom dessa områden har vi ett flertal pågående samarbeten och försök med indikationer på lovande resultat som vi ser kan utgöra grunden för demonstrationsprojektet. Projektets aktiviteter innefattar att utvärdera resultat av pågående tester, analysera behov och marknadspotential för respektive tillämpning samt utveckla värdekedjan. 105,96, 65796

Grafen i hållbara limmer
2D Fab, Pro&Pro
Britta Andres, 2D Fab Augusti – december 2021 Hållbarhet är ett allt viktigare konkurrens-kriterium för att byta till hållbara material. Många produkter använder olika typer av lim och […] Hållbarhet är ett allt viktigare konkurrens-kriterium för att byta till hållbara material. Många produkter använder olika typer av lim och strängare krav kring skadliga fossilbaserade lim driver utvecklingen av innovation mot biobaserade limmer. Genom att blanda grafen i lim kan limmets mekaniska egenskaper förbättras och produktiviteten ökas. Resultat från att blanda grafen med stärkelsebaserat lim har visat betydligt förbättrade mekaniska egenskaper och gjort det möjligt för produktionen av wellpapp att köras 45% snabbare och vid en lägre temperatur, vilket har minskat den totala energiförbrukningen. De positiva resultaten inkluderar: - Limfogen stärks. - Limmet torkar snabbare. - Mindre lim behövs. Resultaten har verifierats vid tillverkning i fabriker som tillverkar wellpapp. Detta förberedande projekt syftar till att utveckla nya stärkelse- och biobaserade limmer för fler applikationer i cellulosabaserade material och produkter. Detta kommer att uppnås i samarbete med flera företag som tillverkar och använder lim i sin produktion. Projektet kommer att etablera ett starkt företagskonsortium som omfattar hela värdekedjan. Den kommer att definiera behov och inkludera en marknadsanalys och prioritera användningsområden för det kommande demonstrationsprojektet. Resultatet kommer att stärka den svenska industrins hållbarhetsprofil och konkurrenskraft och öka användningen av grafen i lim avsevärt. 96,105, 65796

Gröna kontakter
Graphmatech
Mamoun Taher, Graphmatech 1 augusti 2021 – 15 december 2021 Genom smart inblandning av grafen med silver- eller kopparpulver kan de tribologiska egenskaperna (slitstyrka, friktion, nötning, etc.) förbättras drastiskt och […] Genom smart inblandning av grafen med silver- eller kopparpulver kan de tribologiska egenskaperna (slitstyrka, friktion, nötning, etc.) förbättras drastiskt och tillverkning kan ske med befintliga etablerade bearbetningstekniker. Vi strävar efter hållbara metall-grafenkompositmaterial med förbättrade elektriska, mekaniska och tribologiska egenskaper med applikationer så som unika gröna elektriska kontakter för spänningsregulatorer och brytare. Vi kommer att dra nytta av den svenska industrins ställning, i framkanten, inom elektrifiering av samhället och en hållbar omvandling av de industriella processerna. I förberedelseprojektet syftar vi till att övervinna osäkerheten om det gröna tillvägagångssättet relaterat till (i) affärsrollerna hos nyckelpartnerna i värdekedjan, (ii) accelereringen av datagenerering, (iii) de viktigaste IP-områdena för grön innovation och (iv) de partner som behövs för ett komplett erbjudande av gröna metall-grafen-hybrid elektriska kontakter. Vi har identifierat silver- och kopparbaserade elektriska kontakter som en primär marknad på grund av de behoven av minskad ädelmetallförbrukning, samt baserat på de framgångsrika resultat som hittills uppnåtts inom detta område, och de etablerade strategiska partnerskap mellan GMT och stora aktörer inom området som gemensamt kan forma framtiden för hållbara högpresterande elektriska kontakter. Det händer nu, kraven på att använda gröna komponenter och material med ett minimalt koldioxidavtryck och mycket mindre kritiska råvaror i produkter ökar snabbt. 107,101,105,103, 65796

Ultralätta, mjuka grafen-textilvärmare som andas (Grapheat)
Grafren, Coxa Carry, Interactive Wear
Erik Khranovskyy, Grafren 1 augusti – 1 december 2021 Det här projektet är en förberedande aktivitet för det framtida Demonstrator projektet, med målet att samla det framtida konsortiet som […] Det här projektet är en förberedande aktivitet för det framtida Demonstrator projektet, med målet att samla det framtida konsortiet som representera de separata länkarna i värdekedjan av tillverkning och kommersialisering av grafen-textilvärmare. Grafen textilvärmare kan bli en av de tidigaste ”äkta grafen” produkterna med potential att nå marknaden redan 2022/23. Det är tack vare egenskaperna hos 2D grafen som sådana värmare är extremt lätta, mjuka, tunna samt släpper igenom luft och fukt. I nuläget finns det ett globalt behov av komponenter som kan bistå med värmeenergi till diverse produkter – komponenter till mänskliga kroppsdelar i sport- och fritidsapplikationer; delar av fordonsinteriör och säten i transport eller flyg, eller klimatkontroll av känsliga elektronik eller batterier. Värmen måste tillföras uniformt, lokalt, snabbt och energieffektivt. Dessutom måste sådana värmeelement vara, mjuka, flexibla, av låg vikt samt förbli funktionella i aggressiva miljöer där det förekommer korrosion. Dessa krav kan uppfyllas av grafenbelagda textiler: vi på Grafren har nyligen demonstrerat effektiva grafenbelagda textiler, vilket blev möjligt tack vare kombinationen av högkvalitativt grafen och innovativa metoder av textilbeläggning. I det här projektet, där vi är tre aktörer, finns den kompletterande erfarenheten och rollerna på grafen textilvärmare tillverkning (Grafren), integreringen med den slutgiltiga produkten (Interactive Wear AG) och vidare kommersialiseringen (Coxa Carry AB). Under fyra månader kommer vi samla konsortiet och formulera målen, implementeringen av strategin samt identifiera risker och hantera IP för framtidens Demonstrationsprojektet. Resultatet för projektet blir en överenskommelse av konsortiet och ett förberett utkast för Demonstrationsprojektets ansökningen. 107,101,103, 65796

Flexibel grafentrycksensor för kompressionsterapi
RISE, Grafren
Ting Yang Nilsson, RISE 14 juni – 15 november 2021 Projektet syftar till att validera en lösning på problemet att mäta tryck vid medicinsk kompressionsbehandling genom att använda en grafenbelagd […] Projektet syftar till att validera en lösning på problemet att mäta tryck vid medicinsk kompressionsbehandling genom att använda en grafenbelagd textil. Projektets mål är att verifiera potentialen hos en grafenbelagd textil som sensor för att korrekt mäta trycket under-bandage/strumpor för kompressionsterapi. I projektet finns tre arbetspaket som täcker de viktigaste delarna av värdekedjan för utveckling av medicintekniska produkter: 1) medicinska och kliniska krav, 2) grafen och grafensensorproducent (Grafren AB) och 3) sensor- och komfortmätningar och återvinningslösning (RISE IVF AB); producent av kompressionsprodukter lösningsleverantör (Tryck or treat AB) som referens för senare utveckling av produkter. Projektets resultat kommer att bidra till att utforska och utveckla grafens kommersiella applikationspotential i bärbara medicintekniska produkter och att ytterligare komplettera konsortiet för vidare utvecklingsplaner. Resultatet av projektet förväntas också påverka FN:s globala mål för hållbar utveckling 3.8 för tillgängliggör sjukvård för alla, och 12,5 för hållbar konsumtion och produktion. Och i förlängningen bidra avsevärt till miljövänlig elektronikutveckling och den cirkulära bioekonomin. 107,103, 65243

GrafCoat: Grafenbaserad extrusionsbeläggning för kartong
RISE, Holmen Iggesund Paperboard, 2D Fab
Andreas Fall, RISE 14 juni – 31 oktober 2021 I detta projekt ska en ny hållbar teknologi utvecklas för extrusionsbeläggning av grafen-bioplaster. Det långsiktiga målet är att kunna ersätta […]

I detta projekt ska en ny hållbar teknologi utvecklas för extrusionsbeläggning av grafen-bioplaster. Det långsiktiga målet är att kunna ersätta dagens fossilbaserade lösningar genom tillsats av grafen i bioplaster. Om strategin är genomförbar vore det ett viktigt bidrag för att uppfylla Sveriges mål om att vara världsledande inom omställningen mot en biobaserad ekonomi år 2030. Vår strategi är att infiltrera biopolymer-stabiliserad grafen i biobaserade termoplaster bestående av termoplastisk stärkelse (TPS). Den infiltrerade plasten termoformas därefter till filmer och egenskaperna utvärderas. Tillsatsen av grafen är tänkt att förbättra filmernas barriäregenskaper. Genom att undvika dispergering med tillsats av tensider minskar man problem med defekter som försämrar barriäregenskaperna. Istället kommer biopolymererna, nanocellulosa och stärkelse användas för dispergering och stabilisering av grafenpartiklarna. Våra tidigare erfarenheter visar att stabila dispersioner kan genereras och om de torkas till filmer erhålls material med mycket bra barriäregenskaper. Tillsatsen av grafen förbättrar främst barriären mot vattenånga, mer än en storleksordning. Men på grund av den låga torrhalten i dispersionerna blir torkningen mycket energi- och tidskrävande. Termoplast-infiltreringen löser detta problem då lösningsmedelsfria pellets kan tas fram. Dessa kan sedan extrusionsbeläggas på kartong med befintliga industriella processer. Detta är en förberedandestudie inför den efterföljande pilotstudien som vid ett framgångsrikt projekt kan ske redan i nästa projektfas.

26,96,103, 65243

Grafen i amorfa metaller för förbättrad effektivitet i komponenterna i elfordon – G-Ame
Swerim, Exmet, Graphmatech, Inmotions
Irma Heikkilä, Swerim 14 juni 2021 – 28 februari 2022 Det finns stort intresse att utveckla nya materiallösningar för elsystem till elektriska fordon. Under senaste decennier har stort fokus lagts […] Det finns stort intresse att utveckla nya materiallösningar för elsystem till elektriska fordon. Under senaste decennier har stort fokus lagts på att förbättra effektiviteten av elsystemen genom användning av en hög frekvens, dock begränsas prestandan av elsystemet av höga förluster i passiva komponenter, såsom induktorer och transformatorer. Amorfa metaller är en mycket lovande lösning för att nå de utmärkta mjukmagnetiska egenskaper som efterfrågas för de passiva komponenterna. Men, för att vara helt användningsbara i applikationen behöver de elektriska egenskaperna av amorfa material anpassas enligt kravbilden för slutprodukten. Målet för detta initiativ är att utvärdera potentialen av grafen för att uppnå en skräddarsydd kombination av magnetiska och elektriska egenskaper i amorfa komponenter. Olika funktionaliserade grafenvarianter utvecklas till ett amorft pulver och utfallet av elektriska och magnetiska egenskaper i en amorf bulkstruktur mäts i fast-formprover. Iterativa försök utförs för att kunna identifiera den mest potentiella grafenvarianten samt den optimala inblandningshalten för near net shape-tillverkade komponenter. Ett specifikt test utvecklat för komponenter i elfordon ingår i utvärderingen. Införandet av effektivare elsystem till elektriska fordon med hjälp av komponenter med skräddarsydda materialegenskaper påskyndar övergången till fossilfria transporter. Marknadspotentialen är omfattande. 105, 65243

Grafenförbättrad bindemedelsfri katodformulering för nästa generations litiumjonbatterier (GraFREE)
RISE, Graphmatech
Anwar Ahniyaz, RISE 15 augusti 2021 – 14 februari 2022 Den traditionella tillverkningsprocessen innehåller elektrokemiskt inaktiva bindemedel och ledande material, vilket minskar de aktiva materialens specifika kapacitet och energitäthet. När […] Den traditionella tillverkningsprocessen innehåller elektrokemiskt inaktiva bindemedel och ledande material, vilket minskar de aktiva materialens specifika kapacitet och energitäthet. När bindemedlet och det ledande materialet elimineras kan batteriets energitäthet till stor del förbättras. Här föreslås grafenförbättrad NMP- och PVDF-fri katodformulering för nästa generations litiumjonbatterier. Den nyligen bindemedelsfria elektrodformuleringen kommer att vara vattenburen och kommer inte att använda traditionellt bindemedel, polyvinylidenfluorid (PVDF) och giftigt lösningsmedel, N-Metyl-2-pyrrolidon (NMP). Den nya bindemedelsfria formuleringen förväntas inte bara vara mer miljövänlig och låg kostnad, utan kommer också att förbättra prestandan hos de vanliga litiumjonbatterierna med 20% när det gäller pulvertäthet och laddningshastighet. 101, 65243

GRECO – Green Earth, Clean Oceans
Chalmers, Glenntex, HEAD Sports
Jan Swenson, Chalmers Juli 2021 – mars 2022 Med projektet undersöks en ny infallsvinkel på återvinning av polyetylentereftalat (PET) efter konsumentanvändning. En nyligen framtagen typ av funktionaliserad grafen, här kallad ”nanolim”, kommer […] Med projektet undersöks en ny infallsvinkel på återvinning av polyetylentereftalat (PET) efter konsumentanvändning. En nyligen framtagen typ av funktionaliserad grafen, här kallad ”nanolim”, kommer att användas för att binda nyproducerad PET med postkonsument-PET som i detta fall består av plastavfall uppsamlad från den svenska västkusten. Genom att använda denna nya teknik kan återvunnen PET med hög hållfasthet och hög seghet produceras med minskat beroende av att använda nyproducerad PET. Därigenom kan en återvunnen PET-nanokomposit produceras med följande karaktäristik:

Förbättrade mekaniska egenskaper, vilket bidrar till ökad prestanda hos en slutprodukt.
Minskade bearbetningsenergier, vilket bidrar till minskad klimatpåverkan under produktion.
Högre återvinningsbarhet, vilket kan bidra till bättre cirkulär användning.

Den nya nanokompositen är avsedd att användas i textil- och sportkonsumentteknik. PET är en av de vanligaste termoplasterna i världen, där en årlig volym på 19 miljoner ton produceras för kortlivade förpackningar. Materialet har blivit allestädes närvarande i förpackningar, fiskeutrustning, textil- och sportutrustning, med 4 miljoner ton PET använda år 2019 i Sverige. 105, 65243

Ny generation grafenbelagda textilier för försvarsapplikationer
Saab Barracuda, Grafren
Ann-Sofie Olovsson, Saab Barracuda Juni 2021 – december 2021 Elektriskt ledande textilier är av stor betydelse för industrier så som flyg, energi och försvar. Vikten av det elektriskt ledande […] Elektriskt ledande textilier är av stor betydelse för industrier så som flyg, energi och försvar. Vikten av det elektriskt ledande materialet är avgörande för prestanda hos systemkomponenter och element. Konventionella metallkomponenter (nanotrådar, nanopartikelbeläggningar etc.) är välkända ledare, men de är tunga, styva, korrosionskänsliga och inte att föredra eller till och med förbjudna i vissa applikationer; medan kolmaterial kan ge överlägsen konduktivitet, låg vikt, hög hållfasthet och kemisk stabilitet. Kolnanorör eller grafenflingor är lättare kandidaterna för ledande beläggningar. Grafren AB har utvecklat en process för tillverkning av ultralätt ledande textil: beläggning av endast 3-5 g grafen per kvadratmeter fiberbaserad textil ger motstånd så lågt som 100 Ohm/□ . En sådan ultralätt viktdesign är möjlig på grund av användning av extra tunna flingor grafen och den innovativa beläggnings metoden av varje enskild fiber i textilen - impregnering på nanoskalanivå, vilket inga andra metoder (t.ex. bläckstråleskrivare, screentryck, torrplatta eller aerosolmålning) kan tillhandahålla. Syftet med denna studie är därför att validera den tekniska genomförbarheten av grafentextilier (GT) som utvecklats av Grafren AB som en komponent för Saab Barracuda AB:s produkter. För detta kommer listan över specifika krav på materialet att utformas och en plan för testning av grafen belagd textil att utarbetas. Prover av grafen belagd textil, med önskad storlek och antal, kommer att tillverkas av Grafren AB och karaktärisering kommer att utföras. Resultatet av projektet kommer att vara en rapport om genomförbarheten av grafenbelagd textil för att ersätta aktuella material i vissa processer och produkter från Saab Barracuda AB. 103, 65243

Smarta packningar med grafen: Övervaka egenskaper med virvelströmsensor
RISE, Trelleborg, 2D Fab
Stacy Trey, RISE 16 augusti 2021 – 13 maj 2022 Målet är att utveckla ett tätningsmedel som kan övervakas i termer av mekaniska egenskaper som korrelerar med tätningskraft, över tid […] Målet är att utveckla ett tätningsmedel som kan övervakas i termer av mekaniska egenskaper som korrelerar med tätningskraft, över tid helst utan behov av elektroder. Detta skulle minska oväntade fel hos packningar genom att möjliggöra tidig upptäckt av vilka tätningsmedel som bryts ned och minimera slöseri med resurser genom utbyte till fungerande tätningsmedel. För att bestämma egenskaperna över tid med hjälp av en virvelströmssensor är det viktigt att materialet är ledande, vilket grafen ska kunna tillföra (10² S m^-1 jämfört med kimrök 10³ S m^-1). Den tekniska potentialen är att visa att denna detektionsmetod är möjlig i tätningsmaterial med en viss ledningsförmåga och att en förändring av mekaniska egenskaper med tiden kan bestämmas av en virvelströmssensor. Detta projekt kommer först att involvera en litteraturstudie. Samtidigt kommer prover att göras av Trelleborg av etylenpropendienmonomer (EPDM) gummi med en rad olika typer och mängder grafen och kimrök. 2D Fab kommer att leverera sin pulvergrafit bestående av grafenflingor för detta steg. Gummitätningsmaterialen åldras sedan med kompression och värme och mäts med virvelströmsensorn under och efter åldring och korreleras med de mekaniska egenskaperna. Baserat på projektresultaten kommer ett större projekt med ett lämpligt konsortium att formuleras och en lämplig utlysning identifieras för fortsättning av projektet. 105,96,107, 65243

Starkare och mer hållbar betong – resistent mot frysning-tining
HIPOR Materials, Nouryon, RISE, SweRock, 2D Fab
Farid Akthar, HIPOR Materials Juni – december 2021 Två typer av råvaror är i fokus i detta projekt; grafen och termoplastiska mikrosfärer. Båda typerna av produkter har potential […] Två typer av råvaror är i fokus i detta projekt; grafen och termoplastiska mikrosfärer. Båda typerna av produkter har potential att öka hållfastheten för frysning-tining-resistent betong och minska mängden cementklinker som används i produkten. Minskning av cementklinker i betong har stor inverkan på koldioxidutsläppen. 2D fab har det senaste året skalat upp produktionen av grafen från pilot till fullskalig produktion och ytterligare produktutveckling är nyckeln till att optimera för användning i cementtillämpningar. Termoplastiska mikrosfärer (Expancel) har nyligen gjorts kommersiellt tillgängliga för användning i större skala i cementmaterial och applikationer. Aktuella publikationer beskriver Expancel Microsheres som den bästa tillgängliga tekniken för produktion av frys-tin (F/T)-resistent betong. Detta specifika SIO Grafen-projekt syftar till att vidareutveckla, utvärdera och finjustera grafenprodukter med avseende på kompatibilitet med cementpasta, produktstabilitet och kostnadseffektivitet i cementhaltiga material. Tillsatseffekten från grafen och Expancel-mikrosfärer på materialegenskaper hos cementprodukter kommer att utvärderas. De två komponenterna har aldrig utvärderats tillsammans i cementtillämpningar och kan ge synergistiska effekter på materialegenskaper såsom frys-/upptiningsbeständighet, vattenbeständighet och hållfasthetsegenskaper. Efter avslutat projekt kommer konceptet att vara klart för uppskalnings- och kommersialiseringsprojekt. Potentiellt resultat är att erbjuda teknik för nya starkare byggmaterial och att minska användningen av cementklinker i frostbeständig betong, vilket kommer att stödja Agenda 2030 och specifikt mål 9.4 och 9.5. 105,101, 65243

Supersonisk sprutning av grafen – MXene-baserade ledande slitstarka beläggningar för elektrifiering
KTH, ABB
Jiantong Li, KTH 31 aug 2121 – 31 maj 2022 I detta projekt kommer vi att utveckla en skalbar överljudssprutningsprocess för 2D-material, inklusive grafen och MXene, för att tillverka elektriskt […] I detta projekt kommer vi att utveckla en skalbar överljudssprutningsprocess för 2D-material, inklusive grafen och MXene, för att tillverka elektriskt ledande och slitstarka beläggningar för att skydda rörliga komponenter i elektrifieringsprodukter från slitage och under tiden behålla god elektrisk kontakt. Det elektriskt ledande grafen och MXene är idealiska material för sådana applikationer tack vare deras höga mekaniska hållfasthet och enkla skjuvförmåga mellan intilliggande atomskikt, vilket kan minska beläggningarnas friktion väsentligt. Överljudssprutningsprocessen kommer att förbättra vidhäftningen mellan 2D-materialen och metallsubstraten för att förlänga livslängden. Grafen/MXene-beläggningsprocessen kommer sannolikt att erbjuda billiga, miljövänliga och ultralågfriktionslösningar för slitskydd av elektriska kontakter för att avsevärt förlänga den elektriska utrustningens livslängd och minska energiförbrukningen under drift. Det kommer då att bidra kraftigt till elektrifieringsindustrin och stärka marknaden för beläggningar med låg friktion. Detta projekt kommer att genomföras gemensamt av KTH och ABB. KTH kommer att formulera grafen/MXene-bläck och utveckla den supersoniska kallsprutningsprocessen för att tillverka de ledande slitstarka beläggningarna. ABB kommer att utföra de tribologiska och elektriska testerna för att utvärdera prestanda hos 2D-materialbeläggningar för elektrificeringstillämpningar. 103, 65243

”Vit grafen” för cementbaserad färg
Lanark, Akademiska hus, Chalmers, RISE, SHT Smart High-Tech, Skanska
Lars Nilsson, Lanark 15 februari 2021 – 13 augusti 2021 Syfte och mål Projektets mål är att undersöka möjligheten för att använda hexagonal bornitrid (hBN) för cementbaserade ytbehandlingsapplikationer. Det långsiktiga målet är att […] Syfte och mål Projektets mål är att undersöka möjligheten för att använda hexagonal bornitrid (hBN) för cementbaserade ytbehandlingsapplikationer. Det långsiktiga målet är att använda det så kallade vita ”grafenet” (hBN har vit färg) i cementbaserad målarfärg för applikationer inom husbyggnad och infrastruktur. Cementstrukturer har låg draghållfasthet jämfört med hög tryckhållfasthet men denna kan förbättras genom skräddarsydd nanostrukturell konstruktion. Kemisk bindning mellan den skräddarsydda höghållfasta hexagonala bornitriden och cementkornen kommer att förbättra mekanisk armering av cementstrukturen avseende draghållfasthet. Användningen av denna högpresterande beläggning kan öka hållbarheten för byggnader och infrastruktur och förlänga dess livslängd. Projektets partners: Lanark, med rollen att koordinera och kommersialisera slutprodukten samt att bidra med cementbasmaterial. SHT Smart High-Tech tillhandahåller expertis inom hBN framställning. Chalmers bidrar med mikrostrukturell karakterisering och RISE tillhandahåller erforderlig testning av slutprodukten. Skanska och Akademiska Hus bevakar och deltar aktivt i planering och utvärdering av slutprodukten för att säkerställa rätt förutsättning för applikation på sikt. Det planerade arbetet inkluderar en förstudie av materialutveckling; hBN/cements kemiska och mekaniska interaktioner samt studier av draghållfasthet, elasticitet och motstånd mot kloridinträngning, de viktigaste parametrarna för storskalig användning. Projektet syftar även till att utveckla starkt aktörsnätverk inför fortsatt forskningsarbete. 96,105,103, 63449

2D-elektriskt ledande lim för flexibel elektronik och termoelektronik till låg kostnad
Linköping universitet, ParsNord, IMRA Europe, RISE
Xavier Crispin, Linköpings universitet 1 mars 2021 – 28 februari 2023 Syfte och mål Termoelektriska moduler (TEM) är halvledarelektroniska enheter som producerar kylning/uppvärmning genom att applicera en elektrisk ström. TEM består […] Syfte och mål Termoelektriska moduler (TEM) är halvledarelektroniska enheter som producerar kylning/uppvärmning genom att applicera en elektrisk ström. TEM består av många hundra halvledarpellets baserade på Bi2Te3-legeringar kopplade elektriskt i serie och termiskt parallellt med metallförbindelser. Den typiska bindnings-/monteringstekniken för halvledarpellets på metallanslutningen är lödning. De höga kostnaderna för TEM är det första stora hindret för en vidare användning i fler applikationer. 50% av den totala kostnaden för TEM härrör från tillverkning, vilket fortfarande görs genom manuell lödning i tillväxtländer. Det andra stora hindret är att kommersiella TEM ofta är små och styva, vilket begränsar deras tillämpning till att kyla platta och styva ytor snarare än att kyla flexibla ytor på föremål som ändrar form. Den mekaniska styvheten hos TEM kommer från enhetens design som vanligtvis använder styv keramik som värmeöverföringsskikt, men också från lödfogarna som inte tål upprepad böjspänning och uppvisar utmattning och sprickor. Huvudsyftet med detta projekt är att utveckla ett nytt mjukt elektriskt ledande lim baserat på 2D-material och organiska ledande polymerkompositer för att möjliggöra en ny tillverkningsprocess, med limdispenser och ”pick-and-place”-robotar, för att tillverka billiga, stora och flexibla TEM. Även om det finns kommersiellt elektriskt ledande lim idag, har de inte tillräckligt hög värmeledningsförmåga och är inte tillräckligt mjuka och elastiska. Nyligen har Linköpings Universitet (LiU) visat ett nytt koncept för att ta fram mjuka, vidhäftande och elastiska kompositer gjorda av ledande polymer och polymerlim. Emellertid har denna typ av mjukt, elektriskt ledande lim inte tillräckligt hög elektrisk och termiska ledningsförmåga. Projektet syftar till att ta fram nya 2D-elektriskt ledande lim (2D-ECA) med en unik kombination av egenskaper – hög elektrisk ledningsförmåga, hög värmeledningsförmåga, mjukhet och god vidhäftning – genom att implementera exfolierade 2D-material (metallsulfider och Mxenes) från IMRA i den mjuka, ledande limmatrisen. Efter syntesen och karakteriseringen av dessa 2D-ECA kommer RISE tillsammans med ParsNord att använda den tekniken i RISE pilotlinje för tryckt elektronik för att tillverka flexibla TEM. Med dessa avancerade tillverkningsmetoder och 2D-ECA hoppas ParsNord att öka produktionshastigheten för TEM och minska den totala kostnaden för systemet upp till 50%, vilket möjliggör introduktion av TEM på större marknader för kylning. 96,105,101,107, 63449

CorroNite – en ny termokemisk behandlingsmetod för ökat korrosions- och nötningsmotstånd
Applied Nano Surfaces, Bodycote, Volvo CE
Johan Blomkvist, Applied Nano Surfaces 15 februari 2021 - 31 augusti 2022 Syfte och mål Syftet med projektet är att utveckla en behandlingsprocess för att på ett hållbart och kostnadseffektivt sätt generera […] Syfte och mål Syftet med projektet är att utveckla en behandlingsprocess för att på ett hållbart och kostnadseffektivt sätt generera korrosionsbeständiga och slitstakta ytor genom beläggning av värmebehandlade komponenter. Genom att kombinera termokemisk behandling och ytbeläggning, förseglas ytan med ett grafeninnehållande skikt, vilket möjliggör ett starkt korrosionsskydd med goda tribologiska egenskaper. Grafen bidrar till att öka beläggningens mekaniska styrka och tillför passiverande egenskaper genom att fungera som barriärskikt. I och med att processen kan integreras som ett sista led i värmebehandlingen kan hög behandlings-, resurs- och kostnadseffektivitet nås. Målet är att vid projektets slut ha skalat upp en prototypprocess i produktionsmiljö och verifierat prestanda för att kunna erbjuda ett konkurrenskraftigt alternativ till miljömässigt belastande ytbeläggningar såsom hårdkrom och fosfatering. Korrosion är en av de största hållbarhetsutmaningarna som industrin ställs inför, där material och utrustning för mångmiljardbelopp korroderar bort varje år. Dagens lösningar såsom fosfatering, galvanisering och hårdkromatering dras med resurs och miljömässiga utmaningar. CorroNite har goda möjligheter att utvecklas till ett resurssnålt och kostnadseffektivt alternativ med god hållbarhetsprofil, inte minst i applikationer där nötning och friktion har betydelse. Projektet kommer att fokusera på formulering, testning och utvärdering av alternativa processvätskor genom behandling i prototypprocess, där olika typer av grafenadditiv kommer att utvärderas. Egenskaper hos underliggande yta kommer att optimeras för att säkerställa god vidhäftning och prestanda. Framtagen lösning kommer att utvärderas av Volvo CE, genom beläggning av valda Volvo-applikationer. Vald lösning kommer att skalas upp för demonstration i full skala i produktionsmiljö. 103, 63449

Effektivisera värmeväxlare för Stirling-kryokylare baserad på grafen
APR Technologies, 2D fab
Are Björneklett, APR Technologies 1 mars 2021 – 31 augusti 2021 Syfte och mål Kryokylare är en grundläggande teknik i det nuvarande och kommande tekniksamhället, som möjliggör allt ifrån MRI-maskiner och förvaring […] Syfte och mål Kryokylare är en grundläggande teknik i det nuvarande och kommande tekniksamhället, som möjliggör allt ifrån MRI-maskiner och förvaring av covid-19 vaccin till rymdforskning, partikelacceleratorer, och kvantdatorer. Detta projekt har som mål att effektivisera dagens mest marknadsetablerade kryokylare genom en optimering av deras enskilt mest kritiska komponent: värmeväxlaren. Värmeväxlarna i dessa system har den centrala rollen att omvandla det tillförda arbetet ifrån kompressorn till den sökta temperaturminskningen med så lite effektförluster som möjligt. Dock så går majoriteten av energin förlorad även i dagens mest effektiva system, och befintliga värmeväxlare är oftast den största bidragande orsaken till denna förlust. De begränsar även utvecklingen mot högre drivfrekvenser som kan ge miniatyrisering av systemen. Genom att optimera värmeväxlarna i moderna regenerativa kryokylare med nano-materialet grafen så kan systemen få ökad verkningsgrad, på ett sätt som också vore särskilt konkurrenskraftigt för deras miniatyrisering. Ytbeläggningar av grafen utgör ett ekonomiskt skalbart sätt att förbättra precis de materialegenskaper som är allra mest fördelaktiga för en regenerativ värmeväxlares effektivitet, i synnerhet vid operation vid höga frekvenser. I detta projekt ska APR Technologies göra en FTO-undersökning, litteraturstudie, samt konstruera och bygga en första prototyp av en värmeväxlare för en Stirling-kryokylare, förbättrad genom ytbeläggning med grafen. Grafenet för projektet kommer att levereras av projektpartnern och underleverantören 2D fab, som har goda förutsättningar för skalbarhet i sin produktion. 96,105,103,101, 63449

Förbättrade egenskaper hos additivt tillverkade metaller genom tillsats av grafen – fortsättning
Luleå tekniska universitet, Amexci, Mittuniversitetet, Uppsala universitet, Graphmatech, GE Additive/Arcam EBM, Carpenter Powder Products
Marta-Lena Antti, Luleå tekniska universitet 1 april 2021 – 30 september 2022 Syfte och mål Detta projekt är en fortsättning på en genomförbarhetsstudie som gjordes 2020. Tidigare projekt visade på möjligheterna att använda grafen som ett andra material eller förstärkningsmaterial vid additiv tillverkning med pulverbädd. Projektet visade även potential för […] Syfte och mål Detta projekt är en fortsättning på en genomförbarhetsstudie som gjordes 2020. Tidigare projekt visade på möjligheterna att använda grafen som ett andra material eller förstärkningsmaterial vid additiv tillverkning med pulverbädd. Projektet visade även potential för förbättring av mekaniska egenskaper. Målet med detta forsknings- och innovationsprojekt är att fortsätta att bygga kunskap från förstudien och baserat på de mest lovande resultaten tillverka metallmatrixkompositer av rostfritt stål SS316L förstärkt med grafen, vilket kommer ge materialet förbättrade mekaniska och tribologiska egenskaper. Komponenterna kommer tillverkas med den flexibilitet i utformning som additiv tillverkning tillåter, och kommer samtidigt dra nytta av de förbättrade egenskaperna som uppnås genom tillsats av grafen. Rostfritt stål 316L är en av de mest använda järnbaserade legeringarna för additiv tillverkning i industrin och den mest utvärderade i pulverbäddsbaserade metoder. Detta öppnar stora möjligheter för en snabb introduktion av materialen på marknaden. I projektet föreslås tillverkning av en komponent från en slutanvändare med användning av en laserbaserad pulverbäddsmetod för additiv tillverkning. De tribologiska egenskaperna kommer att utvärderas i en tribometer. Det tillverkade materialet kommer att karaktäriseras för att öka förståelsen för grafens stabilitet under additiv tillverkning och dess interaktion med struktur hos matrismaterialet (316L). Före den additiva tillverkningen kommer pulver av 316L beläggas med det funktionaliserade grafenet "GraphCoat", från Graphmatech. Konsortiet är välbalanserat med representanter från både forskning och industri, inklusive aktörer inom additiv tillverkning och grafen. Att kombinera additiv tillverkning med grafen öppnar potentiellt ett stort antal applikationer där hög prestanda krävs, såsom flygindustrin, ortopedisk tillverkning samt verktygs- och energisektorer. Tekniken förväntas senare tas till kommersialisering med slutanvändare på AMEXCI och Graphmatech. 105,96, 63449

Grafenförbättrade släta keramiska beläggningar för högpresterande elektronik
KTH, Huawei Technologies Sweden
Jiantong Li, KTH 1 mars 2021 – 31 augusti 2021 Syfte och mål I detta projekt kommer vi att utveckla en skalbar och kostnadseffektiv process för grafenförbättrad, ultramjuk och sprickfri keramisk […] Syfte och mål I detta projekt kommer vi att utveckla en skalbar och kostnadseffektiv process för grafenförbättrad, ultramjuk och sprickfri keramisk beläggning för komplexa 3D-keramiska komponenter till elektroniska radiofrekvens enheter, för att öka jämnheten i gränssnittet mellan keram-metall samt förbättra enhetens prestanda. På grund av materialets sprödhet är ytsprickor vanligt förekommande hos keramer, vilket kan försämra enhetens prestanda och förkorta livslängden. På grund av grafenflagornas stora storlek, det extremt tunna skiktet och den höga mekaniska hållfastheten kan grafen effektivt förhindra sprickbildning i den keramiska beläggningen genom att böja av sprickspetsen och förhindra att sprickan vidgas utan att kompromissa med ytans jämnhet. Detta projekt är sannolikt det första som tillverkar ultramjuka och sprickfria keramiska beläggningar på komplexa 3D-keramiska underlag. Det har stor potential att uppnå banbrytande prestanda för 3D-keramiska elektroniska enheter på ett billigt och skalbart sätt. Det erbjuder också goda möjligheter att skapa en ny värdekedja för att utvidga marknaden för den nuvarande keramiska beläggningsindustrin från korrosionsskydd till elektronik. Projektet genomföras i ett samarbete mellan KTH och Huawei Technologies Sweden AB. Gruppen för tryckt elektronik på KTH kommer att formulera grafen-keramiska kompositbläck och utveckla beläggningsprocessen för komplexa 3D-keramiska substrat för att jämna ut ytan. Huawei kommer att tillverka elektroniska enheter baserade på de mjuka 3D-keramiska substraten och testa deras radiofrekvensprestanda. 107,105,103, 63449

GREC – grafenförbättrad cementbaserad ledande beläggning
Chalmers, Chalmers Industriteknik, GVV, Lanark, SIKA, Talga
Arezou Baba Ahmadi, Chalmers 1 april 2021 – 1 april 2023 Syfte och mål Kloridinducerad korrosion är en av de vanligaste orsakerna till nedbrytning av armerade betongkonstruktioner. En vanlig reparationslösning är katodiskt skydd med pålagd ström, det […] Syfte och mål Kloridinducerad korrosion är en av de vanligaste orsakerna till nedbrytning av armerade betongkonstruktioner. En vanlig reparationslösning är katodiskt skydd med pålagd ström, det är en av de mest använda reparationsmetoderna i Sverige för större betongkonstruktioner. Metoden minskar dock i användning på grund av problem som huvudsakligen är relaterade till den använda anoden. Det största hindret är de höga kostnaderna för anodmaterial följt av problem vid installation och vid nödvändigt underhåll av systemet. För att övervinna utmaningar för katodiskt skydd med pålagd ström kommer i detta projekt utveckla en hållbar, grafenförbättrad cementbaserad ledande beläggning som kan användas som anod istället för det traditionella titannätet. Målet för projektet är att erhålla en tillräcklig ledningsförmåga i beläggningen (5–20 mA/m2) genom att tillsätta av grafen i matrisen, egenskaperna avseende vidhäftning och hårdhet är redan säkerställda. Projektet är indelat i fyra tekniska faser: 1. Beläggningsutveckling, 2. Ledningsförmåga, 3. Tillämpning, och 4. Hållbarhetsdeklaration. Projektet har en säkrad stor industriell relevans, med ett projektkonsortium som representerar alla delar av värdekedjan för produkten. Man förväntar sig att slutprodukten kommer ha en stor marknadspotential då den kan få till avsevärda kostnadsreduktioner. 96,105,103,107, 63449

Högledande 2D-material med “layer-by-layer deposition” (2D LbL)
RISE, 4EAntenna, Grafren
Mats Sandberg, RISE 1 april 2021 – 30 september 2021 Syfte och mål Syftet med projektet är att utveckla nya metoder för att skapa högledande tunna skikt av 2D-material med layer-by-layer deposition (LbL), […]

Syfte och mål

Syftet med projektet är att utveckla nya metoder för att skapa högledande tunna skikt av 2D-material med layer-by-layer deposition (LbL), att använda partiklar belagda med 2D material i elektriskt ledande häftämnen. Målet är åstadkomma stabila elektriska kontakter mot aluminium och mot grafen och att aluminiumkontakter med utvecklade häftämnen kan fungera i NFC-antenner. Reducerad grafenoxid (rGO) och andra 2D-material, som tunna filmer på partiklar, bidrar till att bilda basen i elektriskt ledande och stabila elektriska kontakter mot aluminium och grafen. Potential – teknisk och kommersiell. Idag tillverkas flexibla kretskort, NFC-komponenter och flexibla antenner i en relativt dyr och komplicerad tillverkningsprocess. Utöver detta utgör processen en belastning för miljön eftersom miljöfarliga kemikalier används när kretsmönster etsas fram. 4E Antenna har utvecklat en process med modern laminering- och laserteknik och kan i denna process tillverka ovan produkter på ett mycket mer kostnadseffektivt och miljövänligt sätt. Genom att kombinera 4E Antennas produktionsprocess med de unika egenskaper grafen har kan vi utveckla produkter som inte bara har överlägsna tekniska egenskaper utan också är billigare att tillverka och dessutom minskar utsläpp av koldioxid och kraftigt minskar utsläpp av miljöfarligt avfall. Idag används flexibla kretskort och NFC-produkter i princip i alla mobiltelefoner, kameror, med mera. NFC-produkter används även i en stor rad andra sammanhang som i till exempel passagesystem, betalningssystem, larm, m.m. Marknaden bedöms vara flera 100 miljarder för varje segment och sammantaget kan marknaden beräknas vara över 1000 miljarder kronor. Genom att möjliggöra montering av komponenter utan tungmetaller och utan miljöfarliga etsprocesser kan projektresultaten skapa en stor och värdefull nisch inom denna stora marknad. Genomförande – Fyra arbetspaket ingår i projektet

AP1 – Storleksfraktionering av 2D-material
AP2 – Syntes. Polykatjoner för 2D LbL-framställning syntetiseras
AP3 – 2D LbL-beläggningar
AP4 –Aluminiumkontakter baserade på 2D-material

103,107, 63449

INTEGRAPH – Integrerad grafenbelagd glasfiberstruktur för multifunktionella kompositer
RISE, GKN Areospace, Grafren
Mohamed Loukil, RISE 1 mars 2021 – 28 februari 2024 Syfte och mål Syftet med projektet är att utvärdera, kvantifiera och demonstrera funktionen av en revolutionerande teknik, utvecklad och patenterad […] Syfte och mål Syftet med projektet är att utvärdera, kvantifiera och demonstrera funktionen av en revolutionerande teknik, utvecklad och patenterad av Grafren, för att tilldela långfibriga kompositmaterial termiska och elektriska egenskaper för flygindustrin. Målet är att tillverka en TRL 4-5 demonstrator av en flygmotorkomponent med integrerad avisnings- och blixtskyddsfunktionalitet. Behovet av integrerade metallstrukturer i kompositen skulle elimineras med teknologin, vilket skulle minska komponentens komplexitet och förenkla produktionsprocessen, samt reducera vikten. Genom att använda grafenbelagda fibrer på kompositstrukturer tillförs elektrisk- och värmelednings-förmåga, i princip utan viktspåslag jämfört konventionella lösningar. Tekniken kan också enkelt adderas till befintlig produktionsprocess. De tillförda funktionerna, snabb uppvärmning för att avisa komponenter, eller elektrisk ledningsförmåga för att leda bort blixtströmmar, utan att tillföra någon massa av betydelse kan ge konkurrensfördelar åt GKN Aerospace Sweden. Detta projekt är inriktat mot flygmotorindustrin och dess teknikutveckling för nästa generations flygplan. Särskilt för elektrifierat eller vätgasdrivet flyg kommer funktionella- och lättviktsmaterial vara nödvändiga. Ett positivt utfall i detta projekt har en enorm affärspotential inom flygindustrin, men även andra industrier där elektrisk och termisk funktion kan vara nödvändig, t ex vindkraft i kallt klimat, fordonstillämpningar, etc. Projektet kommer att studera grafenets inverkan och kompositens materialegenskaper, grafenbelagda kompositer kommer också att tillverkas och testas med olika metoder. Till sist kommer en teknologidemonstrator med högt TRL att tillverkas och testas. En tät kontakt mellan grafenproducenten och slutanvändaren under projektets löptid kommer att möjliggöra stora framsteg mot industriell produktion. 105, 63449

Mikrovågsassisterad syntes av kisel-grafenkompositer för högpresterande litiumjonbatterier
Mittuniversitetet, Percy Roc, Uppsala universitet
Manisha Phadatare, Mittuniversitetet 15 februari 2021 – 15 augusti 2021 Syfte och mål Kisel i litiumjonbatterier (LIB) kan avsevärt öka lagringskapaciteten. Emellertid har användningen av kisel begränsats av den dåliga elektriska ledningsförmågan och den mycket […] Syfte och mål Kisel i litiumjonbatterier (LIB) kan avsevärt öka lagringskapaciteten. Emellertid har användningen av kisel begränsats av den dåliga elektriska ledningsförmågan och den mycket stora volymutvidgningen i kombination med litium. Idag har kommersiella batterier bara 3–7% kisel i sina anoder på grund av dessa begränsningar. Ett intensivt forskningsarbete har lett fram till många nanolösningar med potential, dock blir många av lösningarna inte tillräckligt kostnadseffektiva för industriella implementeringar. Detta forsknings- och innovationsprojekt arbetar vidare med ett proof-of-concept, från ett tidigare SIO Grafen-projekt, med en ny kisel-grafenkomposit som är lämplig för storskalig produktion. Produktionsmetoden innefattar uppvärmning av en kompositblandning av kiselpulver och grafen. På grund av den uppvärmningsprocessen omvandlas kiselpulver till nanokisel. I vårt senaste resultat kunde vi konvertera cirka 33% kiselpulver till kiselnanopartiklar. För att ytterligare förbättra nanokompositens kommersiella användning behövs arbete för att förbättra omvandlingen av kiselpulver till nanopartiklar och även optimering av uppvärmningsprocessen. En lösning är att använda mikrovågsuppvärmning istället för termisk uppvärmning. Även om mikrovågor är beprövade i andra applikationer är de för helt nya och otestade för användningen i denna förstudie. Samarbete som inletts med Percy Roc kan möjliggöra en grön process med mindre koldioxidutsläpp och hög energieffektivitet. Resultaten från förstudie kommer att användas för att attrahera ytterligare partner till ett fullständigt FoU-projekt. Projektmålet kopplas till SIO Grafens vision för 2030 att Sverige ska vara ett av världens tio bästa länder på att använda grafen för industriellt ledarskap inom energiområdet. De deltagande parterna i projektet har potential att producera den nya elektrodkompositen, vilket kommer undersökas i detta projekt. 96,105,101,107, 63449

Mot biobaserad cirkulär ekonomisk för industriella applikationer: Grafenbaserat, elektromagnetiskt kompatibilitetsmaterial
RISE, Atlas Copco, Biofibertech, EMC Services, Graphmatech, Megger, Meva Energi.
Hans Grönqvist, RISE mars 2021 – september 2022 Syfte och mål Projektet syftar till att ersätta material som används för att säkerställa elektromagnetisk kompatibilitet med ett mer miljövänligt […] Syfte och mål Projektet syftar till att ersätta material som används för att säkerställa elektromagnetisk kompatibilitet med ett mer miljövänligt och återvinningsbart alternativ. Den föreslagna metoden bygger på cirkulär ekonomi. Metoden som ska testas är att blanda grafen i en komposit, som sedan formsprutas. Denna komposit kan vara biobaserad. Dessutom kommer skärmande material, främst nickel och aluminium, att ersättas med grafen. Deltagare i projektet är tillverkare av grafen och slutanvändare som Atlas Copco Industrial Technique och Megger. Utvärdering av materialet kommer ske med avseende på både elektriska och mekaniska egenskaper. När det gäller utvärdering av elektriska egenskaper ska detta göras dels på testbitar där EMC Services och RISE IVF kommer utföra ett jämförande test mellan det producerade grafenbaserade materialet och en bra ledare, och dels på produktnivå där ett handtag för en elektriska verktyg kommer testas i en EMC-LAB. 107,101,103,105,96, 63449

Porösa grafenstrukturer för energilagring
Bright Day Graphene, RISE
Malin Alpsten, Bright Day Graphene 1 mars 2021 – 31 augusti 2021 Syfte och mål En av grafens egenskaper är dess aktiva yta, men för att den aktiva ytan skall kunna användas […] Syfte och mål En av grafens egenskaper är dess aktiva yta, men för att den aktiva ytan skall kunna användas i de tekniska applikationer som har behov därav, krävs att man kan bygga porösa 3D-strukturer av grafen på ett enkelt sätt, som är industriellt skalbart. Bright Day Graphenes grafen som utvecklats från biomassa, har unika egenskaper som gör det lämpligt för denna typ av vidareutveckling. En marknad där denna typ av porösa 3D-strukturer är oerhört viktigt, är energilagring. Projektet avser utforska möjligheten att skapa porösa 3D-strukturer av det biobaserade grafenet och sedan testa detta material i superkondensatorelektroder och litiumjonbatterianoder. RISE har unik kompetens kring biobaserad energilagring och kommer att testa det förädlade grafenmaterialet som huvudbyggsten i både superkondensatorelektroder och litiumjonbatterianoder. En ytterligare behandling av materialet kommer också att genomföras, för att adressera problemet med irreversibelt bundet litium som observerats i litiumjonanoder av grafen. Projektet kommer också att genomföra en ekonomisk analys och en marknadsanalys av potentialen hos denna typ av material. Målet är att bidra till att skapa miljövänliga s.k. ultracapacitors med en specificerad energidensitet mellan 4.1 och 8.0 Wh/kg. När det gäller litiumjonbatterier vill vi titta på möjligheten att skapa anoder, då en mer tillgänglig och större kolyta skulle kunna bidra till en snabbare laddning med lägre diffusionshinder. Projektet blir ett kliv mot en stor marknad som i dag saknar miljövänliga högpresterande material. En marknad som spås en kraftig utveckling de närmaste åren. Enligt IMARC Group var den globala marknaden för litiumjonbatterier värd 31,7 miljarder USD 2019 och den förväntas växa med en genomsnittlig årlig tillväxttakt på 10,8% och nå ett värde på 58,6 miljarder USD 2025. 101, 63449

Utveckla polymerkompositer för SLS-applikationer
Graphmatech, Uppsala universitet
Andrea Spanou, Graphmatech 1 mars 2021 – 1 september 2021 Syfte och mål Selective Laser Sintering (SLS) är en additiv tillverkningsteknik som för närvarande används inom industrin för tillverkning av fri–formade plastdetaljer. Det […] Syfte och mål Selective Laser Sintering (SLS) är en additiv tillverkningsteknik som för närvarande används inom industrin för tillverkning av fri-formade plastdetaljer. Det är en pulverbaserad teknik, där en laserstråle riktas mot punkter på pulverbäddsytan som är definierad av en 3D-modell, vilket gör att materialet sintras och skapar en solid struktur. En stor fördel med SLS är att metoden inte kräver stödstruktur, vilket gör den lämplig för fullt fungerande prototyper och komplexa slutanvändningsdelar. SLS-tekniken används fortsatt i prototyper, men den blir även vanligare för funktionella prototyper som kan testas och för tillverkning av produkter. En begränsande faktor för användning av SLS är att det inte finns så många olika polymerer som kan användas för processen. Det vanligast SLS-materialet idag är polyamid 12 (PA 12), vilket utgör cirka 90% av den totala förbrukningen i industrin. Syftet med detta projekt är att utveckla nya kompositer av polymer och grafen som passar för tillverkning med SLS. Projektet skall lösa utmaningar kopplat till utveckling av SLS-pulver, speciellt partikelstorlek och morfologi. Tillsatsen av grafen i polymeren förväntas förbättra pulvrets materialegenskaper, speciellt de optiska och termiska egenskaperna. Genom att tillsätta grafen, med Aros Graphene-teknik, kommer de additivt tillverkade detaljer bli elektriskt ledande och få goda mekaniska egenskaper. Detta kommer förbättra den industriella potentialen för SLS-tillverkning och tillhandahålla lösningar inom områden som fordons-, flyg- och elektroteknik. Om detta projekt blir framgångsrikt och pulvrets användning kan fastslås kan processen lätt skalas upp och kommersialiseras. 96,105,103, 63449

Elektriskt ledande kompositmaterial för additiv tillverkning
Mittuniversitetet, 2D fab och Wematter
Henrik Andersson, Mittuniversitetet 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 ledande kompositmaterial […]

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.

107,105,96, 58325

Förbättrade egenskaper hos additivt tillverkade metaller genom tillsats av grafen
Mittuniversitetet, Amexci, Carpenter Powder Products, GE Additive-Arcam EBM, Graphmatech och Luleå tekniska universitet
Carlos Botero, Mittuniversitetet 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. 96,105, 58325

Grafenförstärkt koboltfri katod för nästa generations högspännings 5V litiumjonbatterier
RISE, Graphmatech och KTH
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 första val för mobila enheter, så som datorer, mobiltelefoner […]

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.

Projektet genomförs av en multifunktionell projektgrupp bestående av experter inom katod spinell-materialen (RISE), grafen och grafen beläggningar (Graphmatech) och karrakterisering och förståelse av batterier (KTH). 101, 58325

Grafenpapper för elektrokatalytisk produktion av H2O2
Linköpings universitet, 2D fab, Ahlstrom-Munksjö och RISE
Magnus Berggren, Linköpings universitet 4 maj 2020 - 30 april 2023 Syfte och mål Detta projekt riktar sig till forskning, utveckling och tillämpning av grafenpapper för elektrokatalytisk produktion av väteperoxid (H2O2) […]

Syfte och mål

Detta projekt riktar sig till forskning, utveckling och tillämpning av grafenpapper för elektrokatalytisk produktion av väteperoxid (H2O2) i stor skala. Väteperoxid (H2O2) är i centrum för en revolution inom industriell grön kemi, men den håller också nyckeln till framtida effektiv, billig och säker energiteknologi. Det firas som ett hållbart reagens eftersom dess enda biprodukter är vatten och syre. H2O2 innehåller en hög fri energi (120 kJ / mol) och denna energi kan frigöras på många sätt, till exempel genom bränsleceller och förbränningsmotorer. Det saknas elektrolysteknologi för att effektivt producera H2O2 genom en skalbar, ekonomisk och miljövänlig process via elektrokatalys. Grafen erbjuder stor ytarea, är mycket ledande och har visat sig vara utmärkt som elektro-katalysator som utför reduktion av syregenererat H2O2.

Inom projektet syftar vi till att utveckla en grafenpapper-elektrodteknologi för att producera H2O2 med stora hastigheter och hög effektivitet, och genom att använda en skalbar och grön elektrodteknologi, med syfte att:
Skapa hög stabilitet under elektrolytisk drift i vattenhaltiga media,
Uppnå ett stort specifikt elektrodområde och porositet,
Optimera balansen mellan H2O och O2 mot elektrodytan, porositeten och en kö/gasflöde med hjälp av transport- och enhetsmodelleringsmetoder tillsammans med mikroskopi,
Förstå de grundläggande begränsningarna för elektrokatalytisk produktion av H2O2, och
Att utveckla elektrodinställningar tillsammans med en demonstration för att producera H2O2 med hög effektivitet, stor skala och hög hastighet. Elektriskt funktionaliserat papper möjliggör nya möjligheter för pappersindustrin.

101,105,96, 58325

IR-detektorer baserade på CVD-grafen
Senseair, RISE och KTH
Sri Iyer, Senseair 11 maj 2020 - 12 november 2021 Syfte och mål Syftet med detta projekt är att utveckla en effektiv detekteringslösning för IR som gassensorer för fordonsapplikationer. Precisionsmätning […]

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. 96,107, 58325

Kiselgrafen-komposit elektrod för litiumjonbatterier
Mittuniversitetet, 2D fab och Vesta Si
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 produktion. Denna grafenkomposit, […]

Syfte och mål

FoI-projektets mål är ett proof-of-concept för en ny kisel-grafenkomposit som är lämplig för storskalig produktion. Denna grafenkomposit, utvecklad i en tidigare förstudie, är framtagen som ett högpresterande anodmaterial i litiumjonbatterier. När kompositen används som elektrodmaterial i batterierna, leder det till en viktig ökning av batteriernas energilagringskapacitet jämfört med dagens grafitelektroder. En viktig aspekt är att kompositens syntesmetod möjliggör storskalig implementering. Den tekniska prestandan för denna nya typ av elektrodmaterial visar en klar förbättring av litiumjonbatteriets lagringskapacitet. Marknaden för dessa batterier växer med 20% varje år, drivet av den snabbt växande behovet av elfordon. Marknaden för anodmaterial för litiumjonbatterier, som är målet för detta projekt, är idag cirka 200 000 ton grafit till ett värde av cirka 40 miljarder kronor. Inom projektet har de två materialföretagen 2D Fab och Vesta Si möjligheten att tillgodose detta marknadsbehov av anodmaterial om den högpresterande kompositen vidareutvecklas. De två företagen kommer tillsammans med Materialgruppen vid Mittuniversitetet och Battericentret vid Uppsala universitet, att utveckla grafen-kiselkompositen. I fem arbetspaket kommer en fullständig förståelse av processmetoden för kompositen att tas fram och korrelera den med elektrokemiska prestanda hos battericeller. Ett slutligt arbetspaket fokuserar därefter på att assimilera den utvecklade tekniken i de deltagande företagen och planera för en slutlig IoD-demonstrator. 101, 58325

NaGrams – Möjliggöra natriumjon-batterielektroder med skräddarsydd grafen-mikrostruktur
Graphmatech, Altris och 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-jon-batterier med olika […]

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. 103,101, 58325

Optimera grafeninnehållande biobaserade beläggningar för korrosionsskydd av varmförzinkat stål
RISE, SSAB och PTE
Maziar Sedighi Moghaddam, RISE 4 maj 2020 - 3 oktober 2022 Syfte och mål SSAB-patenterade GreenCoat BT, biobaserad teknik för spolbeläggning ger långvarig korrosionsskydd på varmförzinkat stål, speciellt för byggindustrin. För […]

Syfte och mål

SSAB-patenterade GreenCoat BT, biobaserad teknik för spolbeläggning ger långvarig korrosionsskydd på varmförzinkat stål, speciellt för byggindustrin. För att bredda de kommersiella tillämpningarna bör det redan starka korrosionsbeständigheten förbättras ytterligare. Projektet syftar till att använda grafen som en barriärtillsats för att förbättra korrosionsbeständigheten hos GreenCoat BT-coated stål. 96,103, 58325

Pluto Conductive
Provexa Technology, Chalmers, Chalmers Industriteknik, Nilar, Provexa och RISE
Christian Werdinius, Provexa Technology 18 maj 2020 - 18 november 2022 Optimering av reduktionsgrad och grafenorientering i Provexas korrosionsskyddande ytbeläggning Pluto – för att uppnå högre elektrisk konduktivitet för bland annat […]

Optimering av reduktionsgrad och grafenorientering i Provexas korrosionsskyddande ytbeläggning Pluto – för att uppnå högre elektrisk konduktivitet för bland annat fordons- och energilagringsapplikationer.

Syfte och mål

Målet är att utveckla en elektriskt ledande grafenbaserad ytbeläggning med korrosionsbeständighet, definierade friktionsegenskaper, samt en process som är uppskalningsbar där egenskaperna kan demonstreras i verkliga applikationer. Genom att använda grafen kan vi uppnå flera egenskaper samtidigt; hög elektrisk konduktivitet, goda mekaniska egenskaper, goda korrosionsegenskaper samt jämn skikttjocklek via elektrofores. Marknaden för ledande ytbeläggningar är stor och kommer öka ytterligare, bland annat på grund av elektrifieringen av fordonsflottan. Men även i andra produktsegment med stark tillväxt, såsom energilagring, fordras elektriskt ledande skikt med god korrosionsbeständighet. Vi har redan uppnått förhöjd konduktivitet, men inte tillräckligt hög för att lösa de krav som finns i många applikationer. I projektet vill vi utnyttja grafenets fulla potential genom att systematiskt studera och styra grafenoxidens reduktionsgrad och orientering i ytbeläggningen. Arbetet i projektet kommer att ske iterativt i flera faser med löpande tester i såväl labb som fält. Projektets deltagare är Provexa Technology AB, Provexa AB, Nilar AB, Chalmers Industriteknik, Chalmers Tekniska Högskola och RISE. 103, 58325

Utveckling av grafenbaserad antibakteriell yta för medicintekniska produkter – Effektiv, säker och prisvärd
Wellspect HealthCare, 2D fab och Chalmers
Martin Lovmar, Wellspect HealthCare 31 maj 2020 - 31 maj 2022 Syfte och mål Vårdrelaterade infektioner (VRI) är ett allvarligt globalt problem som årligen adderar ca €7 miljarder i direkta kostnader […]

Syfte och mål

Vårdrelaterade infektioner (VRI) är ett allvarligt globalt problem som årligen adderar ca €7 miljarder i direkta kostnader för europeisk sjukvård. Majoriteten av VRI kan kopplas till användningen av invasiva medicintekniska produkter som utgör en plattform för bakterier att kolonisera. Detta ger i sin tur ger upphov till infektioner och ökad risk för utveckling av antibiotikaresistens. En effektiv, säker och prisvärd antibakteriell yta som kan användas på medicintekniska produkter kan göra stor skillnad har därför ett substantiellt kommersiellt värde. I tidigare projekt stöttat av SIO Grafen har vi demonstrerat att en yta med upprättstående grafenflingor förhindrar bakteriekolonisation mycket effektivt. Den antibakteriella effekten beror på grefenets hydrofobicitet och unika 2D-struktur, vilket gör att de kan punktera bakterier som försöker kolonisera ytan. Den mekaniska bakteriedödande mekanismen gör denna yta extra lämplig för användning på medicintekniska produkter eftersom den har potential att fungera mot de flesta bakterietyper – inklusive antibiotikaresistenta stammar - och då den bara påverkar bakterier som försöker kolonisera ytan så induceras heller ingen ny resistensutveckling. Målet för detta projekt är utveckla processen för denna antibakteriella yta så att den blir användbar för användning på medicintekniska produkter och därigenom minska risken för att de orsakar infektion. Planen är att:

Utnyttja en nerskalad produktionsutrustning för att screena fler polymermaterial och grafenkvalitéer
Undersöka och utveckla förbättrade produktionsmetoder
Utvärdera och karaktärisera de antibakteriella egenskaperna av olika ytvarianter
Göra en bedömning av möjligheterna och begränsningarna för att använda den grafenbaserade ytan för medicintekniska tillämpningar.

26, 58325

Vågledarswitchar med grafen för högfrekvenstillämpningar
Chalmers, Gapwaves, RISE och Saab
Anderson David Smith, Chalmers 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 vågledare […]

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. 107,101, 58325

Värmeledande grafenband för att kyla elektronikkomponenter
Saab, Chalmers och SHT Smart High Tech
Ros-Marie Lundh 10 maj 2020 - 11 november 2022 Syfte och mål Elektroniska enheter blir mer kompakta och kraftfulla. Detta leder till högre värmeflöden vilket i sin tur gör […]

Syfte och mål

Elektroniska enheter blir mer kompakta och kraftfulla. Detta leder till högre värmeflöden vilket i sin tur gör det utmanande att hålla temperaturer på optimal nivå under drift. Projektets mål är att utveckla ett värmeledande grafenband som appliceras och testas i en relevant miljö genom att tillhandahålla hög termisk konduktivitet och utmärkt flexibilitet för värmeavledning i flygplan, radar och laserapplikation. Grafenfilm förväntas kunna ersätta de flesta koppar- och aluminium-termiska band genom att tillhandahålla högre värmeledande förmåga och lägre vikt. Samtidigt har de grafenbaserade materialen också mekanisk hållfasthet som är kompatibel med de metallbaserade materialen. Stora fördelar med det nya grafenmaterialet är europeisk tillverkning och leveranskedja, underlättande av upphandlingar, att konkurrenskraften på den befintliga marknaden öppnas upp och att tillgången till nya marknader förbättras. Detta projektförslag omfattar Saab AB, Smart High-Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola där Saab kommer att leda projektet, utforma och utvärdera demonstranten under relevant miljö. SHT kommer att utveckla grafenfilmen med överlägsen termisk ledningsförmåga och flexibilitet som värmeledande grafenband. Chalmers kommer att karakterisera materialet och komponenten till kvaliteten på grafenets värmeledande band. Projektet kommer att lägga tonvikt på material-, komponent- och demonstrationsspecifikation, utveckling, montering och olika nivåer av utvärderingar, projektspridning och exploatering. 107, 58325

Additiv tillverkning av metallkomponenter förstärkta med grafen – Addit-G
Swerim, Graphmatech, Quintus Technologies, Sandvik Additive Manufacturing och Uppsala universitet
Irma Heikkilä, Swerim 1 juni 2019 - 31 dec 2020 Syfte och mål De attraktiva egenskaperna hos grafen och dess tillgänglighet som ett funktionaliserat grafenpulver är av stort intresse för […]

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. 105,96, 26994

Förbättrad rostskyddsfärg med grafenadditiv (avslutat)
RISE KIMAB, ABB, Graphmatech och Tikkurila Sweden
Karin Beaussant Törne, RISE KIMAB 15 maj 2019 - 30 nov 2020 Resultat I detta projekt tillsattes kommersiellt funktionaliserad grafen till olika korrosionsskyddande beläggningssystem, en-, två- och tre-skiktsbeläggningar, med både vatten- och […]

Resultat

I detta projekt tillsattes kommersiellt funktionaliserad grafen till olika korrosionsskyddande beläggningssystem, en-, två- och tre-skiktsbeläggningar, med både vatten- och lösningsmedels-baserad färg. Substrat i projektet var blästrat stål, kallvalsat stål och aluminium. En kombination av tekniker användes för att utvärdera rostskyddsegenskaperna hos de belagda metallpanelerna. Generellt var effekten av tillsatt grafen i organiska färger inte signifikant, där både positiva och negativa effekter slumpmässigt observerades. För att fullständigt uppnå det långsiktiga målet för detta projekt rekommenderas ytterligare karakterisering av de belagda panelerna för att förstå hur grafen dispergerades i beläggningsskikten. Detta är nödvändigt eftersom grafen förväntades fungera som både (i) mekanisk barriär för att skydda metallpanelen från frätande miljö och (ii) elektrisk ledare för att underlätta funktionen av zinkpartiklar i zinkrik primer som offeranod. Det finns fortfarande steg som behöver tas för att göra den slutliga produkten kommersiell. Först och främst måste grafens funktion och effekt för korrosionsskydd klargöras. Mängden grafentillsats och typ av kompatibel organisk färg, baserat på reologiska egenskaper, bör också klargöras. Därför är ett fortsatt långsiktigt projekt på minst två år med måleriföretag, funktionaliserad grafen-producenter, korrosionsforskare och slutanvändare viktigt för att driva fram ytterligare grundläggande forskning för att nå en kommersialiserad produkt. 103, 26994

Funktionaliserad grafen som strukturell förbättrare av polymerer och beläggningar
Applied Nano Surfaces, Chalmers tekniska högskola, Smart High Tech och Alfa Laval Lund
Chao Xia, Applied Nano Surfaces 13 maj 2019-12 maj 2021 Syfte och mål Den nyligen genomförda genomförbarhetsstudien (nr 2018-01473: Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning) visade att funktionaliserad grafen (FG) överträffar konventionell grafen […]

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. 103, 26994

Grafen i högtalarmembran
Marten, Chalmers, Transient Design
Jörgen Olofsson, Marten juni 2019-maj 2021 Syfte och mål Även om många delar orsakar distortion i ljudljudsystem, är det högtalarna och de mekaniska egenskaperna hos dess […]

Syfte och mål

Även om många delar orsakar distortion i ljudljudsystem, är det högtalarna och de mekaniska egenskaperna hos dess membran som lägger till den största bidraget till den totala förvrängningen. Ett idealhögtalarmembran ska vara styvt och väldigt lätt med låg distorsion (under 0,1 % i sitt arbetsområde). I verkligheten är det inte så, och inget membran kan ge de ultimata mekaniska kraven, även i avancerad utrustningsklass. I en tidigare genomförbarhetsstudie har vi visat att användningen av komposit framställd av grafenoxid och nanocellulosa som applicerades i form av en beläggning var kapabel att väsentligt förbättra prestanda hos traditionella papperskoner som utgör huvudmaterialet för högtalarmembran, både på små tweeter-kupoler samt för stora högtalarkoner. Det aktuella projektet kommer att fortsätta i den riktningen och kommer att rikta sig till high-end-sektorn för högtalartillverkning i syfte att designa självstående kompositmembran som består av grafenoxid och nanocellulosa. Genom att kapitalisera på dessa materials inneboende egenskaper kommer vi att sträva efter att visa att sådana kompositer i form av ett självstående membran kan konkurrera med de membran av diamanter eller keramik som beter sig bäst. Baserat på förståelsen för utmaningarna av sådan teknik som vi samlat kommer vi att utveckla tillverkningsmetoderna för membranet och undersöka grundläggande egenskaper, såsom mekaniska egenskaper under olika förhållanden I slutändan kommer vi också att rationalisera designen för att utvärdera möjligheterna att renodla tekniken till andra typer av högtalarkoner. 103,107, 26994

Grafenförbättrad förgjuten cementvägg med isoleringsfunktion
Svenska Cement, Chalmers tekniska högskola och SHT Smart High Tech
Peter Andersén, Svenska Cement 20 maj 2019-20 nov 2020 Syfte och mål En typisk konstruktionsbetongvägg är en kombination av ytterväggar av två betongplattor med isoleringsmaterial mellan dem. En ny […]

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 . 105,96, 26994

Grafenmodifierade kompositer för långtids- och högtemperaturapplikationer, steg 2 (avslutat)
RISE SICOMP, GKN Aerospace Sweden, Nexam Chemical och Woxna Graphite
Guan Gong, RISE SICOMP 20 aug 2019-19 feb 2021 Resultat Detta projekt syftar till att vidareutveckla och optimera de teknologier som föreslagits i ett hypotesprov (LIGHTer/SIO Grafen gemensamt projekt 2017-02224) och […] Resultat Detta projekt syftar till att vidareutveckla och optimera de teknologier som föreslagits i ett hypotesprov (LIGHTer/SIO Grafen gemensamt projekt 2017-02224) och därmed ge tydliga bevis för att använda grafen som en effektiv diffusionsbarriär för att förbättra hållbarheten hos högtemperaturpolyimid (HT-PI) hartsbaserade kolfiberkompositer (CFRP) vid hög temperatur och aerobt tillstånd. Detta skulle kunna möjliggöra sådana kompositer för tillämpning i flygmotorers varma delar med nödvändig livslängd. Projektet genomfördes av samma fyra deltagare som i hypotesprovet – Woxna Graphite (kommersiell leverantör av grafit/grafen), GKN Aerospace Sweden och Nexam Chemical (slutanvändare/producenter) och RISE SICOMP (teknikutvecklare) med fyra tydliga fokus – material- och processutveckling av grafenmodifierad HT-PI-baserad CFRP, simulering av CFRP:s nedbrytningsbeteende under termisk oxidation för främst bedömning av driftstemperatur, övervakning och kontroll av nanosäkerhet samt spridning av information om projektet. Allt planerat arbete utfördes framgångsrikt och imponerande resultat uppnåddes. I projektet integrerades grafen i HT-PI-baserad CFRP, som ytskydd respektive som matrismodifierare. HT-PI-baserade CFRP:er, med och utan grafen, tillverkades, oxiderades sedan termiskt och testades på samma sätt för jämförelse. Utan modifiering av grafen minskade de mekaniska egenskaperna hos HT-PI-baserad CFRP representerad av "short-beam skjuvhållfasthet” (ILSS) med 56% och 84% efter att ha oxiderats termiskt vid 320°C under 500 timmar respektive 1000 timmar. När grafen agerar skyddslager som är jämnt belagt på kompositytan, bevaras 80% (efter 500 timmar) och 65% (efter 1000 timmar) av kompositens mekaniska egenskaper, respektive, vid en grafenbelastningstäthet av ~3x10 -6 g/cm2. När 0,5 viktprocent grafen dispergerades i HT-PI-matrisen, vilket är ~45 volymprocent av CFRP:n, minskade inte de mekaniska egenskaperna för den resulterande CFRP:n efter 500 timmar och 87% av egenskaperna bevarades efter 1000 timmar. Den simulerade kinetiska prestandan stämmer väl med de experimentella resultaten. Bland olika utmärkta egenskaper hos grafen är barriärfunktionen för ogenomtränglighet den mest önskade i detta projekt. Med den innovativa utvecklingen av material- och tillverkningsprocesser i projektet har vi uppnått målet och använt extremt låga mängder grafen för att uppnå mycket bättre hållbarhet mot luft vid höga temperaturer (> 300°C). Kunskapen och teknologierna kan tillämpas på andra flygplanskomponenter och andra tillämpningar som inte är begränsade till högtemperaturharts, där hållbarhetskraven är höga för kompositer beträffande oxidation och fuktighet över ett brett temperaturområde. Beroende på vilka delar och inom vilken industrisektor, kan en första produkt komma fram under kommande 3–5 år. Konsortiet har täckt hela värdekedjan i projektet. Deltagarna har tillräcklig kunskap, omfattande erfarenhet och ett brett nätverk, vilket gör dem redo att utvärdera projektets fulla potential. 105, 26994

Multifunktionella grafenförbättrade termoplaster för luftfartstillämpningar
Saab, Chalmers, 2DFab, Chalmers, Linköpings universitet och UFABC (Brasilien)
Linnea Selegård, Saab 19 aug 2019-31 mars 2022 Syfte och mål I detta projekt kommer vi att utveckla en ny grafenförstärkt termoplastkomposit med avseende på multifunktionalitet. Syftet är […]

Syfte och mål

I detta projekt kommer vi att utveckla en ny grafenförstärkt termoplastkomposit med avseende på multifunktionalitet. Syftet är att avsevärt förbättra styrkan och att framkalla elektrisk ledningsförmåga med hjälp av grafenförbättringen av polymeren. Polyeterimid används som huvudprototyp, vilken är en relativt höghållfast och temperaturbeständig termoplast i sig. Genom kombinationen av experiment, modellering och simuleringar söker vi för att förstå grafen-polymer-interaktionen för att få ut den optimala grafen-dispersionstekniken. Projektet utförs i en tvärvetenskaplig och internationell miljö med experter på molekylära interaktioner, modellerings-/simulerings- och dispersionstekniker (dvs. Saab, 2D Fab, Chalmers, Linköpings universitet och UFABC-Brasilien). Detta ger oss en plattform som är avgörande för att utveckla grafenbaserade högteknologiska, lätta och hållbara termoplastmaterial som kan användas i krävande flygtekniska produkter, tillverkade genom antingen 3D-utskrift eller traditionella metoder. Ett problem med dagens termoplaster är att de inte har tillräckligt hög mekanisk hållfasthet för att konkurrera med epoxibaserade matriser vid produktion av strukturmaterial. Deras ledningsförmåga (elektrisk och termisk) är inte heller tillräcklig för att möjliggöra anpassad produktion av multifunktionella produkter och filmer. Grafen, ett material som uppvisar utmärkta mekaniska egenskaper tillsammans med en enorm elektrisk ledningsförmåga, har potential att förbättra dessa egenskaper och möjliggör genomförande av termoplastmaterial i nya störande, multifunktionella och flygtekniska lättviktstillämpningar.

Projektet kommer att ha fyra kontaktpunkter:

Undersökning av grafen-polymer interaktion och funktion. Detta område bygger kunskap om dispersionen och ger input till modellering och simuleringar.
Dispersionstekniker och perkoleringströsklar för optimal multifunktion av den förstärkta termoplasten. Effekter av olika grafentyper identifieras i punkt 1.
Modellering och simuleringar av fenomenen av materialets mekaniska och ledande beteende. Utvecklingen baseras på insatser från punkt 1 och 2.
Erhållen multifunktionell förmåga baserat på testkampanj för mekanisk styrka och ledningsegenskaper. Kompletterad med inmatning från steg 1, 2 och 3.

Tillämpningar för förbättrade termoplaster finns i fordons-, marin-, flyg- och andra komponenter där det är viktigt att ersätta metaller och härdplaster är viktigt ur ett kostnadseffektivt, lättvikts och miljömässigt perspektiv. Tillsammans med den multifunktionella kapaciteten (när det gäller förbättrade mekaniska /elektriska egenskaper) förutser vi en betydande potential för smart design och viktminskning som underlättar genomförandet på nya innovativa områden. Det här är aspekter som är av största intresse för att stärka Saabs och andra svenska industrins konkurrenskraft på den globala marknaden. 105, 26994

10 ton (avslutat)
2D fab, Ahlstrom-Munksjö Paper, SaltX Technology och Valmet
Roland Bäck, 2D fab 1 dec 2018 - 31 aug 2020 Resultat Projektet började med försök i olika pilotanläggningar. Redan i inledningen fick vi problem med haverier på pilotanläggningar vilket gav […]

Resultat

Projektet började med försök i olika pilotanläggningar. Redan i inledningen fick vi problem med haverier på pilotanläggningar vilket gav oss förseningar och fördyringar av projektet. Det är viktigt att påpeka att försöken vi genomförde inte var vållande till dessa haverier. Resultaten från pilotkörningarna låg sedan till grund för utformningen av specialutformade vitala delar i vår anläggning. I designen av processen har Valmet haft en betydande roll.
De övergripande målen var att färdigställa en anläggning för en årlig produktion av 10 ton grafen. Processen ska vara miljövänlig och produkten ska vara av samma eller bättre kvalité än den vi kan tillverka i vårt labb. Dessa mål är nu uppnådda. Anläggningen är färdigställd och kan idag producera en produkt likvärdig den som tillverkas i labbskala. Vi har färdigställt en energieffektiv hydrodynamisk process för tillverkning av grafen. Våra ingående komponenter är grafit, vatten och i vissa fall vid speciella behov kan en mindre mängd dispergeringsmedel tillsättas.
Vid projektets start hade vi ett begränsat utbud av utrustning för olika mätmetoder. 2D fab har därför under hela projektets gång tittat på olika apparater för att på rätt sätt kunna karaktärisera våra produkter.
2D fab levererar redan nu testmaterial till potentiella kunder. 2D fab har även kontakter med ytterligare potentiella kunder som vi förhoppningsvis kommer att bedriva utvecklingsprojekt med. Dessa kunder har behov av grafen för olika applikationer. Vi ser därför ett stort behov av att kunna kundanpassa våra produkter. För en kundanpassad produkt ser vi behov av att utveckla vår process ytterligare för att möta framtida kunders behov.
2D fab har för avsikt att kunna köra processen i ett läge för automatisk styrning till avsedd kvalité. För att kunna åstadkomma den processen har nyligen ett nytt Vinnovastött projekt startats.

96, 10367

Anisotropa egenskaper hos grafennanokompositer för högspänningsisolering (avslutat)
Chalmers och ABB
Xiangdong Xu, Chalmers 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Dagens stora efterfrågan på och utveckling av kraftelektronikbaserade lösningar för energiöverföring från förnyelsebara energikällor, medför att användandet […]

Syfte och mål

Dagens stora efterfrågan på och utveckling av kraftelektronikbaserade lösningar för energiöverföring från förnyelsebara energikällor, medför att användandet av likspänd högspänningstransmission (HVDC) succesivt ökar. Detta innebär att dess högspänningsisolation ofta utsätts för omkopplingsöverspänningar, vilka avsevärt kan förkorta livslängden. En lösning på detta problem är isolationsmaterial med lämpligt utformade fältstyrningsegenskaper. Ett sådant material är grafen, vars anisotropa egenskaper vilka i kombination med låg vikt samt hög mekanisk hållfasthet är lämpliga i framtida isolationssystem. Särskilt kritiska är högspänningsgenomföring i transformatorer. Dessa utsätts för alla typer av påkänningar inkluderande såväl likström som snabba transienter. Detta innebär att materialvalet är viktigt. Att utnyttja grafens anisotropa egenskaper för att styra de elektriska fältnivåerna möjliggör nya konstruktioner med väsentligt förbättrad prestanda. För att uppnå detta måste materialets egenskaper utvärderas och kontrolleras. Detta kan göras genom utvärdering av materialets morfologi och elektrisk karakterisering. Projektet (en genomförbarhetsstudie) ska utföras i samarbete mellan industrin (ABB) och högskola (Chalmers). ABB är en av världens största tillverkare av högspänningsgenomföring och har ett intresse av att förbättra sina produkter. Chalmers har det kunnande och den utrustning som krävs för att uppnå nödvändig kompetens i testmetodik, beräkningar och mätning av materialegenskaper hos grafenkompositer. Dessutom kommer det svenska samhället i stort kunna dra nytta av en mer tillförlitlig elenergiförsörjning från förnybara energikällor, samt från en ökad kompetens i ny materialutveckling och karaktäriseringsmetodik.

Resultat

Syftet med projektet var att förstå de anisotropa klassificeringsegenskaperna för elektriska fält för grafen-polymerkompositmaterial. Följande mål uppnåddes i projektet: 1. Utvecklade en elektrisk mätmetod för att studera de anisotropa elektriska fältklassificeringsegenskaperna för polymera material; 2. Testade och jämförde de anisotropa egenskaperna hos två typer av grafenpolymerkompositer mot två kommersiellt använda material; 3. Analyserade och förstod mätresultaten och materialegenskaperna genom beräkningar av finita elementmetoden (FEM). Resultaten av detta projekt hjälpte till att förstå de anisotropa såväl som de icke-linjära elektriska egenskaperna hos de två olika grafenpolymerkompositerna. Dessutom utvecklades elektriska testmetoder, instrumentering samt elektrodsystem för materialens anisotropa egenskaper. Dessa materialparametrar och testmetoder är grunden i utformningen av moderna högspänningstillämpningar. Design, prototypning och testning av nya typer av HVDC-komponenter med grafenkompositer som fältklassificeringsmaterial förutses. Projektets viktigaste insikt är att utveckla de bästa lämpliga elektriska mätsystemen som ska användas för anisotropa liksom icke-linjära elektriska egenskaper för karaktärisering av grafenkompositer. Utöver den elektriska karaktäriseringen av grafenkompositer studerades även morfologin hos materialproverna med svepelektronmikroskopi (SEM). SEM-resultaten visar tydligt fördelningen och orienteringen av grafenflagorna i polymermatris. Användning av grafenkompositer som fältklassificeringsmaterial vid prototypning av nya typer av högspänningseffektapparater kan uppnås om intensiv konstruktion, optimering och verifiering av material med hjälp av både datorsimuleringar och experimentella tester utförs. Det svåra har varit att balansera mellan det elektriska instrumentets mätkänslighet och mätområdet, detta hanteras av två system som är utformade för antingen hög känslighet eller stort mätområde. Ett annat förutsägbart problem i detta arbete är den konsekventa grafenförsörjningen av hög kvalitet för precisionstillverkning av elektriska fältklassificeringsmaterial, eftersom varje svag plats i materialet kommer att upptäckas av det elektriska fältet. En resurs som vi för närvarande saknar är en effektiv och effektiv grafenkarakteriseringsmetod som billigt och snabbt kan bestämma både koncentration och storlek på grafenflagorna i realtid under inblandning i polymerer. 105,101,96, 10367

Deponering av grafenhaltiga beläggningar på stora ytor för olika funktionella tillämpningar
Chalmers, 2D fab, Federal-Mogul Friedberg, GKN Aerospace Sweden, Högskolan Väst, MAN Energy Solutions och TSE-Thermal Spraying & Engineering
Uta Klement, Chalmers 1 dec 2018 – 30 nov 2020 Syfte och mål Den långsiktiga ambitionen är att etablera en ekonomisk deponering av en ny klass av grafenhaltiga beläggningar med […]

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?

Detta FoI-projekt förväntas också lägga en bra plattform för att utöka den nya kunskapen som genereras för andra materialsystem som skulle kunna tillgodose förväntade krav på applikationer i batterier/ superkapacitorer, solceller, sensorer etc. Ytbeläggningar utgör redan ett av sex styrkeområden inom SIO Grafen och gör det här FoI-projektet ytterst relevant. 103, 10367

Funktionaliserade grafenkvantumpunkter som läkemedelsbärare (avslutat)
SHT Smart High Tech, AstraZenaca och Chalmers
Nan Wang, SHT Smart High Tech 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Resultat I denna förstudie syntetiseras grafenkvantprickar (GQD – Graphene Quantum Dots) och en funktionell grupp väljs för att fästa på […]

Resultat

I denna förstudie syntetiseras grafenkvantprickar (GQD – Graphene Quantum Dots) och en funktionell grupp väljs för att fästa på ytan av GQD för att ha en positiv zetapotential för att attrahera mRNA. In-vitro-testresultaten visade att mRNA kunde fästas på de modifierade GQD:erna, men tillhörande celltoxicitet relaterat till det valda konjugatet var ett problem. Dessutom var GQD-mRNA-komplexen var ganska stabila, och till skillnad från lipidnanopartiklar, inte känsliga för skjuvkrafter eller frysning-tining-cykler. Genom dessa uppnådda resultat har målet med denna förstudie uppfyllts. I det framtida arbetet måste vi optimera den funktionella gruppen för att göra den mer biokompatibel. Vi behöver också en djupgående förståelse för den specifika reaktions- och frigöringsmekanismen mellan funktionaliserade grafenkvantprickar och mRNA, och hur systemet fungerar inom cellmiljön. En systematisk undersökning av dessa aspekter förväntas ta 2–3 år, och det tar förmodligen längre tid att nå en kommersiell produkt. 26, 10367

Grafenförbättrad vattenrening (avslutat)
KTH och Sta Marie Water
Jiantong Li, KTH 1 dec 2018 - 30 sept 2019 Resultat Vattenrening är den vanligaste lösningen på de globala problem som orsakas av vattenbrist. Lågt motstånd mot biologisk nedsmutsning är […]

Resultat

Vattenrening är den vanligaste lösningen på de globala problem som orsakas av vattenbrist. Lågt motstånd mot biologisk nedsmutsning är en av de vanligaste utmaningarna i den nuvarande vattenreningsteknologin. Vårt mål är att utveckla skalbara och billiga tekniker för att effektivt lösa problem med biologisk nedsmutsning och främja nuvarande vattenrening. I praktiken har vi utvecklat en unik bläckstråle-skrivarteknik för att tillverka rena grafenbeläggningar med mängder av vertikalt stående flagor. Deras antimikrobiella prestanda har utforskats genom två oberoende tester. I Hygicult TPC-testet är det mikrobiella antalet på de vertikala grafenbeläggningarna försumbar jämfört med den för horisontell grafenbeläggning. I cellinfärgnings-testet framkommer att endast de vertikala grafenproverna är utan fläckar. Vi drar därmed slutsatsen att de tryckta vertikala grafenbeläggningarna uppvisar utmärkt antimikrobiell prestanda. Med tanke på den enkla, skalbara och billiga bearbetningen med bläckstråleskrivare tror vi att tekniken har stor potential att ta itu med problem kring biologisk nedsmutsning och väsentligt bidra till den växande marknaden för vattenrening. Vi tror att den effektiva antimikrobiella prestandan hos vertikala grafenbeläggningar är resultatet av den unika 2D-flagsstrukturen för grafen och deras vertikala orientering, som interagerar med de mikrobiella cellerna på ett ortogonalt sätt och avsevärt ökar chansen att döda cellerna genom fysisk störning. Ett enkelt sätt att kommersialisera den vertikala grafenbeläggningstekniken är att integrera den med kommersiell vattenreningsteknik. Innan det behöver vi fortfarande skala upp bläckformulerings-tekniken, utveckla tryckprocessen på olika underlag (särskilt böjda ytor) och genomföra mer omfattande antimikrobiella tester (som livstid). Dessa tekniska aspekter kan behandlas eller förtydligas i ett uppföljande forskningsprojekt under de kommande 2–3 åren. 103,96,26, 10367

Grafenförbättrade biobaserade beläggningar för korrossionsskydd av varmförzinkat stål (avslutat)
RISE och SSAB
Anwar Ahniyaz, RISE 26 nov 2018 - 25 maj 2019 Syfte och mål Grafen har unika mekaniska, elektriska och barriäregenskaper som gör den attraktiv för anticorrosions-beläggningstillämpningar. Enligt vår förstudie kan […]

Syfte och mål

Grafen har unika mekaniska, elektriska och barriäregenskaper som gör den attraktiv för anticorrosions-beläggningstillämpningar. Enligt vår förstudie kan en tillsats av grafenflingor i polymererna förbättra filmens barriäregenskaper. I denna studie ska grafen integreras i SSABs patenterade gröna antikorrosionsbeläggning (GreenCoat) – en formulering för att ytterligare förbättra prestandan av korrosionsbeläggning på varmförzinkat stål. Projektets strategi är att få en god dispersion av grafenflingor i GreenCoat-formuleringen som därefter kommer att appliceras på varmförzinkade stålunderlag och sedan utvärderas. Ju bättre dispersionskvalitet, desto mer kostnadseffektiv är den grafeninnehållande färgen. Därför är den största utmaningen i denna förstudie att utveckla en lämplig lösningsmedelsdispersion av grafen som enkelt kan blandas in i färgen. Dessutom är den beläggningsformulering som används för att utveckla grafenbaserade antikorrosionsbeläggningar biobaserad; SSAB GreenCoat. Därför syftar den till en miljövänlig och kostnadseffektiv antikorrosionsbeläggning. De två projektparterna kommer att bidra med sina kärnkompetenser inom detta projekt. RISE Research Institutes of Sweden AB (RISE) kommer att bidra till grafedispersionen och beläggningsformuleringen, medan SSAB kommer att hantera beläggningstillämpning och testning. RISE har en bred erfarenhet av ytmodifiering och dispersion av grafen och SSAB har lång erfarenhet av industrialisering av dispersionsbeläggningar, utvärdering och marknadsföring. Om projektet lyckas kommer fler investeringar att krävas för kommersialisering av sådan grafenhaltig grön antikorrosionsfärg. Men SSABs GreenCoat finns redan på marknaden och bevisats fungera för utomhus- och korrosionsskydd av varmförzinkat stål. Utvecklingen av en ny grafenbaserad beläggning kommer att stödja SSABs mål att öka sin marknadsandel och sin potential inom detta område.

Resultat

De två projektparterna, RISE (RISE Research Institutes of Sweden AB) och SSAB (SSAB AB), arbetade nära för att integrera grafen i klarlack och utföra tester. I denna studie införlivas grafen i SSABs patenterade gröna antikorrosionsbeläggning GreenCoat-formulering för att studera prestanda för grafeninnehållande antikorrosionsbeläggning av varmförzinkat stål. Vårt resultat visade att en integrering av grafenflingor i GreenCoat-formulering resulterade i förbättrad korrosionsprestanda vid applicering på varmförzinkade stålunderlag. 103, 10367

Grafenkomposit som elektrod i superkondensator (avslutat)
Bright Day Graphene och RISE Acreo
Anna Carlsson, Bright Day Graphene 30 nov 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Grunden för projektet är en grafenkomposit som tillverkas från biomassa, med vilken Bright Day Graphene AB (tidigare […]

Syfte och mål

Grunden för projektet är en grafenkomposit som tillverkas från biomassa, med vilken Bright Day Graphene AB (tidigare Bright Day Prototypes AB) har som mål att utveckla en kommersiell superkondensatorelektrod.

Med hjälp av RISE Acreos tillgång till labb och testmöjligheter, samt deras erfarenheter av att ta fram testceller för superkondensatorer, kan materialets egenskaper och lämplighet för ändamålet undersökas.

Projektet innefattar elektrokemiska mätningar samt elektrodtrycktest. Bakgrunden till projektet är att en ny typ av teknik börjar bli mer synbar på marknaden för superkondensatorer. Med elektroder baserade på grafen utvecklas nya superkondensatorer med en energitäthet som närmar sig den för batterier. Superkondensatorer har dessutom unika egenskaper jämfört med batterier, såsom cykelstabilitet på över 1 miljoner laddningscykler, 90 % energiverkningsgrad, tålighet för större temperatursvängningar, samt en hög in- och urladdningseffekt. Detta gör att grafeninnehållande superkondensatorer har en unik position i matrisen av elektrokemiska energilagringsteknologier, vars marknad kommer att växa i takt med att förnyelsebar energiproduktion byggs ut.

Resultat

Produktionskapaciteten av materialet ökades med en faktor 8 under projektets gång. Målet var att nå gramskala men på grund av storleken på vår tillgängliga labbutrustnings var detta inte möjligt. Som följd kom endast de elektrokemiska/statiska testen samt elektrodtryckning att prioriteras medan BET-mätning med krav på större provmängd inte blev gjord. De tester som genomfördes visade att materialet har superkondensator egenskaper men inte når upp till den kapacitet vi önskar och att ytan inte är så porös som vi siktar på att den ska vara. I och med detta resultat så vet vi att vi måste addera ett steg i produktionen för att expandera den aktiva ytan hos materialet vilket är den faktor som mest indikerar en hög specifik kapacitans. De trycktester som genomfördes med materialet gav ett mer positivt resultat så den uppmätta specifika kapaciteten för materialet kunde tiodubblas. Det visar även att materialet enkelt kan användas industriellt för produktion av superkondensatorer i stor skala. En framtida studie som inte hamnade inom ramen för denna är att undersöka hur ligninkvaliteten påverkar de elektriskt ledande egenskaperna. I det här läget har superkondensatormätningarna varit ett utmärkt sätt att med små mängder material få feedback på de egenskaper som vi eftersträvar. 101, 10367

Grafenoxid-ytbeläggningar för vattenrenande membran (avslutat)
Grafren, Envic-Sense och Linköpings universitet
Erik Khranovskyy, Grafren 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Syfte och mål Detta projekt (genomförbarhetsstudie) kommer att klargöra den tekniska och juridiska genomförbarheten av grafenoxid (GO)-beläggningar för vattenrening. Projektet […]

Syfte och mål

Detta projekt (genomförbarhetsstudie) kommer att klargöra den tekniska och juridiska genomförbarheten av grafenoxid (GO)-beläggningar för vattenrening. Projektet bygger vidare på forskningsresultat som genererats vid Linköpings universitet, där det visades att GO kan adsorbera tungmetaller (Hg, Pb, Cr, Cd, Co etc.) från vattenlösning. På grund av den här egenskapen, i samband med unik tunn tjocklek, kan den innovativa produkten vattenfiltreringsmembran utformas.

Resultat

Båda målen uppnåddes framgångsrikt. Resultatet av teknisk genomförbarhet är att möjligheten att använda grafenoxid som absorbent för tungmetaller bekräftas: vi har karakteriserat ytan genom Raman- och XPS-spektroskopi såväl som dess metabsorberingskapacitet övervakades med FREEDD-metoden. Det är uppenbart att ytkemin hos grafenoxidflingorna är en avgörande parameter och att koncentrationen av karboxylgrupper på ytan är ansvarig för absorptionsegenskaper för grafenmetaller. Dessutom gör den höga ytan av grafen det perfekta absorbentmaterialet, vilket ger avancerad känslighet, kapacitet och reaktionshastighet. Den tekniska utmaningen är dock hur man håller grafen ytaktiv och motsätter sig media. Det avslöjades att de flesta konventionella metoderna för beläggning av grafenoxidflaken inte är tillämpliga för vårt syfte. Och de är också starkt skyddade, i enlighet med Freedom to operate, utförd tillsammans med PRV. Därför beslutades att anpassa en vakuumimpregneringsmetod för tvådimensionella material från en vattenbaserad lösning. Det resulterade i framgångsrik tillverkning av ca 50 fullskaliga prototyper, som delvis testades och nu är redo för pilotprojekt. Den generella potentialen av grafenoxid som en ny effektiv sorbent för borttagning av tungmetaller bekräftades och skapar den nödvändiga grunden för ytterligare kommersialisering. Resultatet av detta projekt kommer att möjliggöra skapandet av en ny produkt med en global potential som bidrar till målet 2030 för Hållbar utveckling 6: RENT VATTEN OCH SANITET. Projektet kommer att genomföras av ett konsortium som består tre aktörer med kompletterande expertis. Det antas att den nya vattenrenande produkten baserad på grafenoxid kommer att introduceras å marknaden under de närmaste 2-3 åren efter framgångsrik passering av pilotsteget. 103, 10367

Högdissipativa mikrovätskekylda elektronikförpackningar (avslutat)
APR Technologies, Chalmers och Chalmers Industriteknik
Elisabeth Söderlund, APR Technologies 1 dec 2018 - 30 maj 2019 För elektronik som alstrar stora mängder värme är dagens etablerade kyllösningar ofta otillräckliga, volymkrävande och dyra. Målsättningen med denna övergripande […]

För elektronik som alstrar stora mängder värme är dagens etablerade kyllösningar ofta otillräckliga, volymkrävande och dyra. Målsättningen med denna övergripande genomförbarhetsstudie var att utreda en eller flera potentiella lösningar för en mycket liten men effektiv, chipskalig vätskekylning för elektronikkomponenter.

Ett andra mål var att förbereda information till en ansökan för ett större FoI projekt. I förstudien har såväl etablerade som nya teknologier jämförts och vi har valt ut ett (vad vi tror är) vinnande koncept.

Lösningen bygger på APR Technologies unika vätskekylteknik med miniatyriserade pumpar och möjliggör nya konstruktionsmöjligheter, bättre prestanda samt har potential för en låg tillverkningskostnad. För ökad värmeöverföring i interfacet till andra fasta material samt till kylvätskan, har 2D (eg grafen-baserade) skikt analyserats och teoretiskt finns stora vinster att göra. Olika deponeringsmetoder finns men en stor utmaning blir dock att skapa en fullgod vidhäftning mellan grafen och chip. I ett efterföljande steg tänker vi oss att praktiskt utvärdera tre varianter av grafen, nämligen grafenskikt/TIM, grafen foams och sprayapplicerad grafen som anses kunna vara processkompatibla och möjligt kostnadseffektiva. Tre mål-applikationer och motsvarande kravställningar har identifierats och tre globala OEM-er involverades i arbetet.

En viktig del i förstudien var även att utvärdera IP landskapet och patent har ansökts.

En fortsättning i form av ett FoI projekt planeras, där vi tänker att en applikationsnära prototyp tas fram för grundlig utvärdering i såväl labmiljö som genom externa tester hos slutanvändare. I steget därefter tänker vi utveckla en demonstrator för utvärdering hos slutanvändare i verklig miljö. Inom 3-8 år bör en första teknisk lösning kunna vara kommersiellt tillgänglig.

107,103,101,96, 10367

Högpresterande och skalbara skräddarsydda grafen-polyolefin nanokompositer
Chalmers, Borealis och Hot Disk
Roland Kádár, Chalmers 30 nov 2018 - 28 feb 2021 Syfte och mål Detta FoI-projekt kommer att utveckla skalbara processer och materialkompositioner för en ny klass av högfunktionella nanokompositer 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. 105, 10367

Sensor för snabbare, billigare, och enklare bestämning av dioxiner i miljön
Linköpings universitet och Envic-Sense
Jens Eriksson, Linköpings universitet dec 2018 – nov 2019 Syfte och mål Dioxiner är svårnedbrytbara organiska föroreningar som är extremt giftiga. De är ett prioriterat område inom EU. Dioxiner […]

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. 107, 10367

Små kapacitiva grafenbaserade sensorer (avslutat)
Aninkco, MacDonald-Arnskov och KTH
Carina Zaring, Aninkco 1 dec 2018 - 31 maj 2019 Sammanfattning Genomförbarhetsstudiens mål var att undersöka möjligheten att utveckla grafenbaserade flexibla, beröringsfria kapacitiva sensorer för att ge marknaden mindre (>50%) […]

Sammanfattning

Genomförbarhetsstudiens mål var att undersöka möjligheten att utveckla grafenbaserade flexibla, beröringsfria kapacitiva sensorer för att ge marknaden mindre (>50%) och flexibla positions- och gapsensorer som kan användas vid hög temperatur (>260 °C) med minimal uppvärmning i applikationer med höga elektriska och magnetiska fält. En viktig insikt var att marknaden idag består av en mycket stor mängd kapacitiva sensorer av olika kapacitet och storlek. Detta behöver inte betyda att konkurrensen är för stor utan att det säkert finns intresse och nyfikenhet för ytterligare ett bra material som grafen, som dessutom erbjuder nya möjlighter map dimensionering, flexibilitet, högtemperaturanvändning och höga fält. Att generellt visa att vi är fria att tillverka och sälja kapacitiva sensorer är svårt pga den stora mångfalden och detta arbete måste fokuseras mot en specificerad framtida slutprodukt. En annan viktig insikt är att en mycket stor del av hur bra en sensor upplevs vara egentligen beror på den mätutrustning som mäter kapacitansändring och omvandlar denna information till t.ex. uppmätt avstånd i ett luftgap. Designen av hela systemet är viktigt eftersom kapacitansändringar är mycket känsliga för omgivande delar och hur laddningar tillåts röra sig i systemet. Vi valde därför att göra en enkel sensor för att få tydliga mätningar som endast beror av grafenmatrialet och inte på en mängd olika ytterligare ingående material och design. Projektet genomfördes i samarbete mellan Aninkco AB, MacDonald-Arnskov AB och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH). Projektet började med att vi valde en möjlig sensortyp och en grafenbaserad testsensor tillverkades med valda ingående material. En liknande referenssensor baserad på silver tillverkades också. Slutligen mättes dessa sensorer med ett testsystem som vi byggt och som liknar verkliga industriinstallationer och vi kunde då visa att grafen har en hög potential att användas i kapacitiva sensorer. Vår grafensensor presterar lika bra som sin silver dito. Den är nästan linjär för luftgap i dimensioner av hundratals mikrometer. Eddy current mätningar visar att skiktet inte påverkas av höga elektriska och magnetiska fält. Våra experimentella studier verifierade att vårt grafenmaterial visar en bra potential. 107,103,96, 10367

Aros Graphene-baserade termiska interfacematerial (avslutat)
Nolato Silikonteknik, Ericsson, Graphmatech
Nolato Silikonteknik 15 maj 2018 - 14 nov. 2019 Syfte och mål Aros Graphene® är ett nyutvecklat joniskt hybridgrafenmaterial vars tillverkningsprocess är enkel och miljövänlig. Aros Graphene® är designat […] Syfte och mål Aros Graphene® är ett nyutvecklat joniskt hybridgrafenmaterial vars tillverkningsprocess är enkel och miljövänlig. Aros Graphene® är designat för att undvika hopklumpning av grafenflak och därigenom förbättra dispersion i matris. Termiska interfacematerial består av en matris av silikongel och värmeledande fyllmedel. De kan ta upp mekaniska toleranser och används för att leda bort värme från till exempel en komponent till en kylfläns. Genom att använda Aros Graphene® som fyllmedel i termiska interfacematerial, tror vi att dessa kan uppnå en betydande förbättring av de termiska egenskaperna, jämfört med nuvarande teknologier. Eftersom grafen uppvisar högst värmeledningsförmåga av alla material i naturen, finns det också potential för att nå högre värmeledning i förhållande till dagens kommersiella produkter. Förbättrad prestanda krävs inom elektronikindustrin för att utnyttja mindre och kraftfullare komponenter i framtida produkter. FoI-projektet utförs i samarbete mellan Ericsson, Graphmatech och Nolato. Projektet görs i flera steg där vi gradvis bygger kunskap om hur Aros Grafen® interagerar i en värmeledande blandning. De tre huvudstegen är:

Aros Graphene® och matrisinteraktioner
Aros Graphene® som ytmodifierare av andra termiskt ledande fyllmedel
Formuleringar av värmeledande blandningar baserade på Aros Graphene®

I projektet tror vi att vi kan visa ”proof-of-concept”, att ta resultaten till kommersiella produkter. Resultat Studiens huvudsakliga syfte var att testa om grafens höga värmeledningsförmåga kan utnyttjas i termiska dynor för förbättrad överföring av värme från komponenter till kylflänsar i moderna elektroniktillämpningar. Inledande försök gjordes med enbart grafen och därefter ökade komplexiteten gradvis genom tillsats av olika fyllmedel i de värmeledande materialen. Vi fann att de värmeledande egenskaperna hos grafen i stor grad beror på storlek, råmaterial och bearbetning av grafenpartiklarna. Aros Graph-processen, för funktionalisering av grafen, gav en mycket bra spridning av grafenet. Små mängder grafen gav en hög viskositet och resulterade i att användning av enbart grafen som fyllmedel inte gav tillräckligt hög värmeledningsförmåga, varför grafen fungerade bättre när det användes som tillsatsmedel. Genom grafenfunktionalisering av andra fyllmedel erhölls något förbättrade egenskaper jämfört med användning av rent Aros-grafenpulver. Funktionalisering är dock en komplex process som begränsar den kommersiella potentialen på kort sikt. För att skapa material med hög värmeledningsförmåga användes olika fyllmedel med matchande storlekar. Med tillsats av grafen ökade värmeledningsförmågan upp till 40%, med maxvärden runt 20 W/mK. Första delen av studien uppnådde sitt mål och vi har erhållit en god förståelse för hur grafen kan användas som tillsats i termiska dynor, speciellt kunskap om spridning och förstärkning avvärmeledningsförmågan i enkla system. För material som kräver högre värmeledningsförmåga uppnåddes något lägre nivåer än målet på 30 W/mK. Följaktligen minskade fokuset på framställning av produktprototyper och deras verifiering. Överlag är resultaten dock tillräckligt bra för att vara av kommersiellt intresse, även om fortsatt optimering av både de värmeledande och mekaniska egenskaperna hos grafenförstärkta termiska dynor och deras tillverkningsprocesser kommer att krävas. Huvudinsikten från projektet var hur viktigt det är med jämn kvalitet av grafenet och val av rätt fyllmaterial. På grund av sin höga inneboende värmeledningsförmåga har grafen sannolikt en framtid som tillsats i dynor inom elektroniktillämpningar. Inom Graphmatech och Nolato finns redan kärnkompetens och produktionsanläggningar för en potentiell kommersialisering av grafenförbättrade termiska dynor och möjligen kan en produkt finnas på marknaden inom ett år. 107, 4880

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 Syfte och mål Målet med detta projekt är att utveckla en processteknik för en grafenanordning genom att använda lågkostnads CVD-grafen med […] 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.

Arbetet kommer att fokusera på grafensensorn/detektor design, tillverkning och karakterisering, men också på en undersökning av avkastning/kostnad och produktpotential. Design och bearbetning av de grafenplasmoniska strukturerna för att uppnå den önskade selektiviteten hos de biologiska/kemiska sensorerna och öka responsiviteten hos IR-detektorn vid definierade IR-regimer kommer att behandlas. Även om monolagret av grafen har begränsad optisk absorption, skulle denna grundläggande barriär kunna övervinnas av grafenplasmoniska strukturer på grund av deras extraordinära resonansegenskaper. 107, 4880

Från koltjära till grafen – produktionsmetoder och framtida användningsområden (avslutat)
Swerea MEFOS och SSAB EMEA
Swerea MEFOS 31 maj 2018 - 31 jan. 2019 Syfte och mål Målet med förstudien är att kartlägga vilka möjligheter det finns för ett industrialiseringsprojekt för tillverkning av grafen via […] Syfte och mål Målet med förstudien är att kartlägga vilka möjligheter det finns för ett industrialiseringsprojekt för tillverkning av grafen via koltjära-syntes och att utreda möjliga användningsområden för det producerade grafenet. Många integrerade stålverk, som t.ex. SSAB i Luleå och Oxelösund, har egna koksverk i sina produktionsanläggningar. I dessa koksverk tillverkas den metallurgiska koks som masugnarna kräver för råjärnsproduktion. Vid kokstillverkning produceras även stora mängder stenkolstjära som biprodukt. Kokstillverkningen vid SSAB i Luleå genererar ca 30 kton stenkolstjära per år. Idag säljs denna biprodukt externt för användning som energiråvara. Stenkoltjära innehåller stora mängder kolrika molekyler som skulle kunna vara en värdefull råvara vid framställning av högvärdiga produkter som grafen. SSAB och Swerea MEFOS kommer att genomföra denna förstudie för att skapa en kunskapsbas och vägledning för ett framtida beslut om en industrialisering och användning av stenkolstjära som råvara till grafen. Förstudien omfattar en systematisk litteraturstudie, experiment i lab-skala, företagsbesök och seminarier. Resultat Vid SSABs anläggning i Luleå genereras årligen cirka 30kton tjära och tjärslam genom produktionen i koksverket. För tillfället säljs dessa mängder till externa parter som bränsle eller som tillsatsmaterial vid kemikalieframställning. Tjära och tjärslam innehåller höga halter av kol (C). Förstudien visade att det är möjligt att framställa grafen från tjära och tjärslam. Inblandning av grafen i processen ökade produktionsutbytet. De experimentella försöken indikerade att tjära är ett bättre tillsatsmaterial för att producera grafen i kvalitetshänseende, men tjärslammet gav ett högre utbyte. Projektet visar på en möjlighet att producera högkvalitativa material från biprodukter och visade prov på kunskap, samarbete, och kompetens, i detta område. För att nå industriell implementering rekommenderas storskaliga försök. För att få en bred spridning av applikationer för grafen är det viktigt att identifiera viktiga värdekedjor, från lämpliga råmaterial till behovsdrivna slutanvändare. Därför är det avgörande med inblandning från olika industrisegment och –sektorer i arbetet att utöka användandet av grafen. 96, 4880

Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning (avslutat)
Applied Nano Surfaces, Chalmers, Flexlink och SHT Smart High-Tech
Lena Killander, Applied Nano Surfaces 12 maj 2018 - 30 sept. 2019 Syfte och mål Funktionaliserad grafen har potential att förbättra mekaniska egenskaper hos polymerbundna lågfriktionsbeläggningar och kompositpolymermaterial. Kravet är att grafen […] Syfte och mål Funktionaliserad grafen har potential att förbättra mekaniska egenskaper hos polymerbundna lågfriktionsbeläggningar och kompositpolymermaterial. Kravet är att grafen är i en så pass funktionaliserad form att den kan dispergeras och kemiskt tvärbindas med bärarpolymermatrisen, vilket ökar slutproduktens mekaniska styrka och hållbarhet. Partners i projektet är Applied Nano Surfaces (ANS), Flexlink, Chalmers och SHT Smart High-Tech. Flexlink ska förbättra de mekaniska och tribologiska egenskaperna i sina extruderbara polymermaterial. Chalmers tekniska högskola är kunskapsnavet vad gäller grafenteknologi och SHT är ett materialföretag som kan utveckla och leverera funktionaliserad grafen. ANS har utvecklat en rad lågfriktionsbeläggningar, men på grund av ökade prestandakrav måste den mekaniska styrkan och hållbarheten förbättras ytterligare. Projektet kommer att utvärdera möjligheten att använda funktionaliserad grafen som komposittvärbindare (reaktivt fyllmedel) och strukturförstärkare i polymerer och beläggningar. De mest lovande metoderna för att funktionalisera grafen kommer att undersökas och utvärderas. Syftet med funktionaliseringen är att göra grafen kemiskt tvärbindbar med olika polymermatriser, såsom epoxi och polyuretan.

Resultat

Den största utmaningen har varit stabilitet och dispergeringsegenskaper. Framgångsrika resultat erhölls med funktionaliserad grafen, men inte med funktionaliserad grafenoxid.
FTIR SEM, TEM och Optiskt mikroskopi har använts vid karakterisering
Ett fortsatt arbete har föreslagits för att ytterligare förbättra dispergering och kemisk binding i respektive polymermatris. För ta produkten till marknaden är det nödvändigt med stabila egenskaper. Framställning av material i produktionsvolymer kan göras av de deltagande företagen.

103, 4880

GNOME 2.0 ACA
ScandiDos, 2D fab, Akzo Nobel, Mycronic och RISE Acreo
Kjell Lundgren, ScandiDos 15 maj 2018 - 15 nov. 2019 Idé: Att skapa grafenbeläggningar på ihåliga polymerpartiklar för att skapa metallfria elektriskt ledande partiklar för metallfria anisotropt ledande adhesiv och […] 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. 103, 4880

Grafen i innebandyblad (avslutat)
Renew Group Sweden, Chalmers Industriteknik, Götene Plast och Polykemi
Johan Österman, Renew Group Sweden 15 maj 2018 - 15 maj 2019 Syfte och mål Grafen har visat sig kunna förstärka polymerer och göra dem betydligt styvare, eller alternativt kunna reducera vikten […]

Syfte och mål

Grafen har visat sig kunna förstärka polymerer och göra dem betydligt styvare, eller alternativt kunna reducera vikten med bibehållna mekaniska egenskaper. Projektet ska utveckla blad till innebandy-klubbor med grafen i polyeten (PE) och polypropen (PP) som är styvare än dagens blad men har bibehållen vikt. Renew Group är slutanvändare av produkten och behöver partners i Götene Plast, Polykemi och Chalmers Industriteknik för att kunna lyckas. Götene Plast och Polykemi ser även möjligheteten att kunna implementera den kunskap man får – i arbetet kring hur man kan använda grafen i polymeriska material – även inom andra områden. Polykemi kommer med stöd av Chalmers Industriteknik ta fram en blandning av grafen i PE och PP samt utvärdera styvheten på teststrukturer. Därefter kommer Götene Plast att formspruta blad som sedan Renew Group kommer att utvärdera.

Resultat

Renew Group Sweden AB har producerat och distribuerat innebandyprodukter under snart 20 år. Tillsammans med Polykemi AB, Götene Plast AB och Chalmers Industriteknik gjordes tre olika provlaborationer med både standard- och ytmodifierad grafen för att få fram en kompoundering som skulle göra bladen kännbart styvare men ändå behålla sin vikt. Att kombinera grafit och polymerer har alltid inneburit en problematik, men här var förhoppningen att istället använda grafen. Målsättningen var att ta fram blad som var 20–30 % styvare än befintliga blad. Grafen från två olika leverantörer blandades in i PP och PE. Även ytmodifierat grafen och nanografit användes och jämfördes. Mekaniska tester på provstavar visade något högre värde på E-modulen, men inte i nivå med målbilden. Efter tre olika provomgångar gjordes en provproduktion av blad hos Götene Plast för att utvärdera resultatet på riktiga blad. Tyvärr blev skillnaderna även där små. Bladen testades därefter i ett böjningstest, skottest och speltest med ytterst få skillnader. Resultatet gav marginellt styvare blad men inte så märkbart som önskats. Det därför krävs ytterligare tester och laborationer för att nå önskad styvhet. Den största utmaningen i projektet har varit att hitta ett sätt att få grafenet att binda sig eller fördela sig på bästa sättet i polymeren för högsta effekt. Det är också här forskningen och utvecklingen bör ligga. Dels i fråga om att ta reda på vilken form av grafen som är bäst att använda, samt hur man fördelar och positionerar grafenet i polymeren. Löser man detta dröjer det inte länge innan många produkter kan finnas på marknaden. 105, 4880

Grafenbaserade ytskydd med bättre ledningsförmåga (avslutat)
Provexa och Chalmers Industriteknik
Sophie Charpentier, Chalmers Industriteknik 15 maj 2018 - 15 mars 2019 Syfte och mål Projektet skulle ta fram ett nytt ytskikt och en tillhörande process. Med hjälp av grafen var förhoppningen […]

Syfte och mål

Projektet skulle ta fram ett nytt ytskikt och en tillhörande process. Med hjälp av grafen var förhoppningen att kunna nå en avsevärt högre ledningsförmåga samt både bättre korrosionsskydd och friktionsegenskaper. Provexa och Chalmers Industriteknik har genomfört initiala studier i en egenfinansierad förstudie och fått fram lovande preliminära resultat. Ytskyddet kommer att kunna användas av alla typer av kundgrupper som Provexa har idag. Framförallt kommer det att kunna användas för fästelement i elfordon, där ett bra ledande ytskydd saknas idag. Den globala färg- och beläggningsindustrin värderades 2017 till 128 miljarder euro, varav 15% inom bilbranschen (cirka 20 miljarder euro). Det grafenbaserade ytskyddet utvecklades i flera olika omgångar och utvärderades genom olika tester. Målet var att få en reproducerbar beläggning och skalbar process, som visar att ledningsförmåga, friktions- och korrosionsegenskaper kan optimeras samtidigt.

Resultat

Projektmålen har uppnåtts.

En grafenbaserad ytbeläggning har utvecklats som både ger ökad ledningsförmåga, bra korrosionskydd och goda friktionsegenskaper för mekaniska fästelement. Den grafenbaserade ytbeläggningsprodukten har fått namnet PLUTO.
Ett flertal tester har utförts med varierande grafen-koncentrationer i elektrolytiska bad, med optimering av olika depositionsparametrar såsom temperatur, strömtäthet och tid som påverkar ledningsförmåga samt korrossions- och friktionsegenskaper.
Den största utmaningen i projektet var att optimera samtliga egenskaper parallellt. För att övervaka av grafenets egenskaper (partikelstorlek och koncentration med mera) i det elektrolytiska badet, genomfördes först ett test av en lovande metod. Denna metod kommer att vidareutvecklas i framtida projekt. Merparten av genomförda tester har gjorts på stålsubstrat. Ytterligare optimering kommer att krävas på andra material såsom aluminium, rostfritt stål och i andra tillämpningar.
Provexa har beslutat att slutföra en patentansökan internationellt och lokalt i utvalda länder. De patentsökningar som gjorts inom området påvisade inga uppenbara hinder och därmed är möjligheten god för att söka patent på metod och produkt. Sannolikheten för att få ett patent godkänt är därmed god.
Parallellt med detta projekt har Provexa själva finansierat och byggt en produktionslinje för sin den nya grafenbaserade ytbehandlingsprodukt PLUTO. Resultatet av projektet kommer att integreras i denna produktionslinje vilket gör att både kvalitet, kapabilitet och produktivitet kommer att förbättras väsentligt i samband med industrialiseringen av PLUTO. Denna produktionslinje startades upp i januari 2019 och leveranser till kunder har redan påbörjats.

103, 4880

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. 103, 4880

Grafenförstärkt betongstängsel (avslutat)
Heda Skandinavien, Chalmers och SHT Smart High-Tech
Simo Järelöv, Heda Skandinavien 30 maj 2018 - 29 nov. 2019 Syfte och mål Heda Skandinavien AB (HEDA) är intresserade av att använda grafen för att minska mängden betong, men samtidigt […]

Syfte och mål

Heda Skandinavien AB (HEDA) är intresserade av att använda grafen för att minska mängden betong, men samtidigt behålla styrkan i betongen (t.ex. i betongfundament för stolpar) och att förbättra de strukturella mekaniska egenskaperna. Utveckling av alternativa och mer effektiva metoder för uppförande av stängsel är mycket viktigt för framtida stängseltillämpningar och andra närstående områden, såsom arbetsmiljön kontra kostnadsbasen. Den ständiga prisreduktionen i stängselbranschen där kvalitets- och prisproblemet alltid är närvarande, gör att vi konstant behöver utveckla oss och vara innovativa för att kunna leverera. Syftet med detta FoI-projekt är att reducera mängden betong genom tillsättning av funtionaliserad grafen (FG) samtidigt som styrkan bibehålls, särskilt den flexurala styrkan för stängseltillämpningar. Konceptet med att använda FG i betong förväntas bibehålla prestanda och samtidigt minska vikten. På så sätt bidrar det till en helt ny generation av stängselmaterial i Sverige. Svensk byggsektor kommer kunna dra nytta av forskningen inom förbättrade lättviktsstrukturer för hållbart byggande och konstruktion. Projektet koordineras av HEDA och involverar SHT Smart High Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola. Baserat på resultaten från förstudien inom SIO Grafen, kommer repetering och uppskalning av FG-framställning förbättras. Blandning av FG och cement på plats är ett annat kritiskt område för att få grafenet väl distribuerat i betongen. Tester kommer utföras i vintermiljö (i minusgrader) med tjäle samt även havsnära (med korrosion) för att se vad som sker med den grafenförstärkta betongen vid olika väderförhållanden och olika geografiska platser.

Resultat

Målet med projektet var att minska mängden betong som används i stängselapplikationer, samtidigt som styrkan och böjhållfastheten bibehölls. Detta gjordes genom att använda funktionaliserad grafen. Stängslen sattes upp på tre olika platser (två utomhus och ett inomhus). För att jämföra med de normala betongstaketens fundament, utsattes alla stängsel för ett ett-årigt test. Förstärkningen av böj- och tryckstyrka observerades. Det snabba åldringstestet (inomhus) visade också flexibiliteten hos grafen i betong. Det antas att grafen tätar mikrostrukturen för cement och som ett resultat ökar den mekaniska styrkan hos betongen. Detta gör det möjligt att använda mindre cement (30 viktprocent mindre) i betongstaketet. De resultat vi fick var förväntade och gav oss ett bevis på att grafenförstärkt betongfundament för staket är möjliga. Resultaten är tillräckligt säkra för att kunna användas som bevis i ytterligare detaljerade undersökningar och förbättringar av applikationen. Morfologin för funktionaliserad grafen (FG), storleksfördelningen och antalet skikt har kännetecknats av elektronmikroskopi (SEM och TEM) och Raman spektroskopi. Kvaliteten på FG och dess funktionella grupper har undersökts med användning av Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Inom projektet bildade vi en bra leveranskedja med olika partners: SHT tillhandahöll funktionaliserad grafen, Chalmers gjorde materialkaraktäriseringen och Heda inrättade grafenbetongstaket. Även om vi ser förbättringen för betongen med att lägga till funktionaliserad grafen krävs ytterligare arbete för att utvärdera om det är tillräckligt bra även i en kommersiell applikation. Tekniskt sett måste vi också gå tillbaka till den grundläggande studien för att förstå reaktionen mellan grafen och cement. Det hjälper oss att se om det finns potential att förbättra mer i framtiden. Livscykelstudien och påverkan på miljön hos funktionaliserad grafen ska också studeras innan resultaten kan implementeras i en kommersiell produkt. Detta beräknas att ta 3-4 år. 105, 4880

Grafenförstärkt lim för punktsvetsning (avslutat)
Chalmers, CEVT, Chalmers Industriteknik, Dow Automotive, Lamera, RISE, SIKA och Volvo Cars
Roland Kádár, Chalmers 15 maj 2018 - 30 aug. 2019 Syfte och mål För att kunna kombinera hög prestanda och lättviktsteknik finns det ett stort antal material i moderna bilar, […]

Syfte och mål

För att kunna kombinera hög prestanda och lättviktsteknik finns det ett stort antal material i moderna bilar, till exempel mjukt stål, borstål, sandwich-kompositer i aluminium och metall etcetera. Således är sammanfogningsmetoder kritiska för bilens prestanda, särskilt säkerhet och hållbarhet. För att ytterligare förbättra användningen av strukturella limmer i OEM-tillämpningar, kommer detta projekt undersöka grafenmodifierade strukturella limmer. Projektet syftar till att använda grafen för att förbättra process- och materialegenskaperna hos strukturella limmer som används inom bilindustrin. Projektet kommer att skräddarsy (a) limkompositionen, (b) grafenfunktionalisering / behandling och (c) processflödesinducerad anisotropi för att kunna leverera överlägsna (1) elektriska, (2) termiska, (3) mekaniska och (4) härdningsegenskaper. Projektet samlar en tvärfunktionell projektgrupp som består av Volvo Cars som är en ledande global och nationell fordonstillverkare, det nybildade bilföretaget CEVT, den växande komposittillverkaren Lamera, Chalmers och RISE Research Institutes of Sweden med stor vetenskaplig expertis inom grafenkompositer och från samarbeten med industrin, Chalmers Industriteknik med bred kunskap inom grafenområdet, samt limtillverkarna Dow Automotive och Sika som har expertkunskap inom formulering av och egenskaper hos limmer.

Resultat

Projektet kan sammanfattas i fyra iterativa aktiviteter (WP1-4) med samordning och konsortiumbyggnad i WP0: Fyllnadsvals-, modifierings- och formuleringsoptimeringsaktiviteter utfördes vid RISE och fokuserades på fyra olika typer av grafen spridda i fyra olika lösningsmedel. Formuleringarna införlivades i mållimmen och flera kolblandningar (CC) innehållande grafen och kimrök (för att kompensera för potentiella anisotropa effekter) valdes ut för (2) - (4). 2. Inkorporering av CC i fordonslim i standardmotståndspetssvetsning (RSW) -patroner utfördes vid SIKA och DuPont i flera koncentrationer, via skalbara blandningsförfaranden. 3. Morfologi och elektrisk ledningsförmåga hos prover framställda i (2) analyserades under pressflödesförhållanden som efterliknade RSW-processen, huvudsakligen med användning av kombinerade reologi-dielektriska test. Resultaten bekräftade anisotropin av limmet vid applicering medan en jämn ökning av max 50% i elektrisk konduktivitet för de högre CC-koncentrationerna registrerades. 4. RSW-tester utförda vid VCC bedömde svetsprocessfönstret (ett mått på processstabilitet) i termer av applicerad ström i förhållande till svetsdiameter och förekomst av svetsutdrivning. Generellt sett kan högre CC-koncentrationer potentiellt dra slutsatsen för bredare svetsfönster, men totalt sett identifierades inga slutgiltiga förbättringstrender. På Lamera AB tillverkades sandwichkompositer framgångsrikt med CC-förstärkta lim. Projektet samlade framgångsrikt, relativt projektets storlek, ett stort antal partners med starkt industriellt stöd inom såväl Sverige som utomlands. Projektet har överträffat de testparametrar som ursprungligen sattes in, men resulterat i måttlig förbättring av elektrisk ledningsförmåga som inte tycktes ha radikal påverkan på limprestandan i punktsvetsförsök. Det skapade konsortiet har potential att utvecklas till en mer systematisk studie eftersom vikten av punktsvetsprestanda fortfarande är en aktuell industriell utmaning med hög prioritet. 105, 4880

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 säljer Spread Tow-band och […]

Syfte och mål

Oxeon är idag marknadsledande inom bandvävteknik och bandvävda material. Oxeon producerar, utvecklar och säljer Spread Tow-band och Spread Tow-tyger till kompositindustrin under varumärket TeXtreme®, främst genom användning av kolfiber. TeXtreme® Spread Tow-band tillverkas genom att sprida fibergarn till tunna platta band med önskad bredd. Dessa tunna band kan sedan vävas ihop till ett Spread Tow-tyg som är väldigt platt jämfört med standardtyger. För att möta efterfrågan på marknaden för ännu högre prestanda, lättare vikt och förenklad tillverkning syftar Oxeon till att utveckla grafenförstärkta TeXtreme®-material (GR-TeXtreme®). Oxeon har, tillsammans med nära samarbetspartners som Chalmers Industriteknik (CIT), analyserat marknadens behov, de tillgängliga grafenmaterialen och fördelarna med dem och kom fram till ett teknikkoncept som ämnar att lansera ett grafen / TeXtreme-erbjudande. För att behålla det unika med TeXtreme®, innefattar konceptet att integrera grafen i den nuvarande produktionen. GR-TeXtreme-produkterna förväntas nå minst TRL3 (Technology Readiness Level 3) inom detta projekt, vilket resulterar i ett analytiskt och experimentellt bevis på konceptet. För att nå detta mål kommer Oxeon att arbeta nära CIT som kommer att ge stöd, tack vare sin omfattande kunskap om grafen, och kommer att testning och karaktärisering.

Resultat

I detta projekt syftade Oxeon till att utveckla grafenförstärkta TeXtreme-material (GR-TeXtreme) genom att integrera grafen i den nuvarande produktionen för att erbjuda en unik produkt och skapa konkurrenskraft. Projektmålet var att visa att grafen är tillämplig på TeXtreme-material och att det förbättrar vissa av dess egenskaper, såsom termisk eller mekanisk. Med hjälp av Chalmers Industriteknik (CIT) har Oxeon fått erfarenhet av att arbeta med grafen, samtidigt som projektet väckt intresse hos konsumenter av sportartiklar. Tack vare detta projekt har Oxeon kunnat utvärdera användningen av grafen i sin produktion. I nära samarbete med en europeisk grafenleverantör har flera grafendispersioner producerats och utvärderats i Oxeons produktionsprocess i halvindustriell skala. GR-TeXtreme-förstärkningar har producerats och kompositer har tillverkats som sedan karakteriserades. Vissa processutmaningar har identifierats och sätt att förbättra har föreslagits. Vidare utvecklingsarbete skulle behövas för att möjligen förbättra grafenfunktionaliseringen och grafenansökningsprocessen. Som nästa steg bör ytterligare partners involveras med expertis om specifika bearbetningsmetoder och utrustning som är mer lämpad för användning av grafen-dispersioner. Processförbättringen gör det möjligt att producera större mängder GR-TeXtreme som kan användas för vidare mekanisk testning.

105, 4880

Mikrografen (avslutat)
2D fab, Pegil och SaltX Technology
Sven Forsberg, 2D fab AB 15 maj 2018 - 14 nov. 2019 Syfte och mål Projektidén är att expandera grafit med hjälp av mikrovågor (MiW). Expanderad grafit har egenskaper som möjliggör storskalig […]

Syfte och mål

Projektidén är att expandera grafit med hjälp av mikrovågor (MiW). Expanderad grafit har egenskaper som möjliggör storskalig produktion av grafen. Vår idé är att ta fram en kontinuerlig MiW-baserad process för expansionen av grafit och sedan tillverka grafen, som kommer att utvärderas i värmeledningsapplikationer. Både expanderad grafit och grafen är produkter med låg densitet (10-20 kg/m3). Den låga densiteten innebär höga transportkostnader. Potentialen i projektet är att det gör det möjligt att tillverka grafen i Sverige och på så sätt kan kostnaderna sänkas för svenska företag som vill använda grafen i sina produkter. Processen kommer också att kunna modifiera grafen och därmed bättre anpassa grafen till olika tillämpningar. Projektparters är 2D fab AB, som tillverkar grafen och utvecklar grafeninnehållande produkter, Pegil AB som konstruerar och tillverkar MiW-anläggningar och SaltX AB som säljer värmelagringsteknologi och som har behov av icke metalliskt värmeledande material. I projektet kommer en MiW-processutrustning att konstrueras och tillverkas. Grafit kommer att expanderas i utrustningen med hjälp av MiW. Den tillverkade expanderade grafiten kommer att användas för att tillverka grafen, vars värmeledande egenskaper kommer att utvärderas.

Resultat

Vi har idag en process för expandering av interkalerad grafit. Expansionsprocessen fungerar kontinuerligt och är testad om dock inte slutligt optimerad. Processen består av tre huvudsakliga steg: 1) transport/matning av interkalerad grafit kontrollerat och kontinuerligt in i mikrovågsreaktorn; 2) kontinuerlig expansion av interkalerade grafiten i mikrovågsreaktorn; 3) insamling av expanderat material och bortförsel av reaktionsgaser. Den expanderade grafiten går att använda för exfoliering till grafen i 2D fabs exfolieringsprocess. Vi har utfört exfoliering på tre olika batcher av expanderad grafit. Det vi funnit är att flera olika parametrar är betydelsefulla i processen. Uppehållstiden i mikrovågsreaktorn för den interkalerade grafiten är en mycket viktig parameter. Den måste optimeras för att ge ett bra förhållande mellan tillräcklig expansion och hög processhastighet. För att detta ska kunna åstadkommas måste det till bra styrning och reglering av inmatnings- och bortförsel-system. I stort sett har vi uppfyllt målen. Dock måste ytterligare optimering utföras för att nå den kvalitet och hastighet i processen som är önskvärd. Vi har testat expansion av interkalerad grafit från två leverantörer och till dags dato visar våra tester inte någon avsevärd skillnad mellan materialen. En insikt från projektet var att grafen inte automatiskt passar in i de tillämpningar man på förhand kunnat förutse och hoppas på. Det visade det sig att SaltX som slutlig användare av grafen i sina tillämpningar fann att grafen som tillsats i sina kompositer inte innebär en väsentlig förbättring i ledningsförmåga gentemot andra prövade tillsatser med hänsyn taget till cost/performance. Därmed är det inte sagt att grafen som tagits fram enligt vår nya process är av sämre kvalitet än grafen från andra källor. Vi tror att framtiden är positiv för den typ av grafen vi tillverkar (icke-oxiderad grafen från en miljövänlig exfolieringsprocess). Vi har intressenter som nu börjar genomföra mycket storskaliga projekt där grafen sannolikt passar väl in som komponent. Vi uppskattar att den första produkten för kontinuerlig expansion av grafit med mikrovågor kommer kunna vara färdigställd i slutet av 2020. När det gäller behov av partner eller expertis anser vi att vi idag har det kunnande och upparbetade underleverantörer som krävs. Vi ser naturligtvis över möjligheterna till ytterligare kompetensförstärkning om så skulle krävas. 96, 4880

Multifunktionell färg genom tillsats av orienterade grafenflagor (avslutat)
Saab Aeronautics, Linköpings universitet och Danubia NanoTech
Linnea Selegård, Saab Aeronautics 30 maj 2018 - 30 nov. 2019 Resultat Syftet med projektet var att skapa en multifunktionell färg med förbättrad konduktivitet genom att tillsätta grafen. Med en sådan […] Resultat Syftet med projektet var att skapa en multifunktionell färg med förbättrad konduktivitet genom att tillsätta grafen. Med en sådan färg finns det potential att minska behovet av dagens konventionella system för blixtnedslag och av-isning, vilket möjliggör minskad vikt på flygplanet och därmed minskad bränsleförbrukning. Grafen har funnits ge en kraftigt ökad konduktivitet hos den epoxibaserade färgen. Genom en laminatstruktur har det varit möjligt att uppvisa ett färgsystem med mycket hög konduktivitet. Färgskiktet visar också en metallisk karaktär i dess konduktivitet. Detta visar på möjligheten att skapa ett färgsystem med mycket hög konduktivitet som potentiellt kan användas för att ersätta dagens blixtnedslagsskydd. Huvudfokus under projektets första del var att undersöka möjligheten att blanda grafen och pulverbaserad färg i pulverform. Det visade sig vara tekniskt komplicerat, inte minst för att det använda grafenmaterialet inte var optimerat för denna typ av applikation. När projektet istället fokuserade på att skapa ett optimerat färgskikt med andra processtekniker erhölls mycket hög konduktivitet. Här visar också konduktiviteten i förhållande till temperaturen att färgskiktet har metalliska egenskaper som verkligen är remarkabla. Vi förutser att det kommer bli svårt att producera pulverbaserade färger som innehåller grafen i den konstellation vi använde. För att lyckas hade vi behövt en färgleverantör som möjliggjorde blandning i vått tillstånd följt av en samtorkning av grafen och färg som ger en möjlig högpresterande färgprodukt. Det är också av största vikt att använda rätt grafenmaterial för rätt applikation. Grafen som användes i detta projekt var ett högkvalitativt rGO-material som producerade ledande skikt med hög prestanda. Det var dock svårt att producera en pulverbaserad färg med denna produkt utan att samarbeta med en färgleverantör. 105,103, 4880

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 Syfte och mål Projektet ska studera ytbeläggning av optiska fibrer genom att använda framstegen som gjorts inom nanoteknik. I synnerhet ska projektet undersöka […] Syfte och mål Projektet ska studera ytbeläggning av optiska fibrer genom att använda framstegen som gjorts inom nanoteknik. I synnerhet ska projektet undersöka om grafens unika egenskaper kan användas för att ytterligare utvidga möjligheterna inom fiberoptiken, genom att utnyttja unika termiska och elektriska egenskaperna hos grafen samt gaspermeabilitet. Många nya och framväxande applikationer av fiberoptik kräver nya funktioner, ökad pålitlighet och kvalitet, och en minskning av installationstid och kostnad. Fiberoptikkabelmarknaden har en sammansatt årlig tillväxttakt på 9,8 % från 3,16 miljarder USD år 2016 till 5 miljarder USD år 2021. Vi kan rikta oss till denna marknad som leverantör av IP, teknik eller produkter om grafenbelagd fiberoptik är tekniskt och kommersiellt genomförbart. Projektet är ett samarbete mellan Chalmers (Industri- och materialvetenskap), KTH Optical Network Lab, RISE/Acreo fiber Lab och Bitelecom AB, en tillverkare och leverantör av optiska kablar och annan passiv optisk utrustning. Chalmers har en unik kompetens inom materialvetenskap och förmåga att inkludera grafennanoplättar i polymermatris som kan beläggas ovanpå en bar fibersträng. RISE/Acreo har en unik kompetens inom tillverkning av fiberoptiska strängar, avancerad beläggning och förpackningsteknik. KTH har en unik kunskap och insikt om nästa generations optiska kommunikations- och datanätverk och en förståelse för nya och framväxande krav. Sammanfattning Målsättningen med projektet var att undersöka om det är möjligt att belägga en optisk kommunikationsfiber (vanlig bredbandsfiber) med ett eller flera lager grafen för att på så vis skapa en barriär mot vatten (OH) inträngning och gaser, samt att undersöka om en ytbeläggning av grafen ändrar fiberns termiska och/eller elektriska egenskaper. Genom RISE’s försorg tillverkades en optisk fiber som fick en beläggning av ett polymerlager innehållande grafenflingor (Nano Platelets). Som referensmaterial tillverkades också fiber belagd med en polymer innehållande kolpartiklar samt en fiber med enbart polymerbeläggning. Huvudmålet med att tillverka en fiber med en fungerande barriär med grafen misslyckades, men projektet var framgångsvist på andra områden. Genomförbarhetsstudien innehöll ett kommersiellt arbetspaket där Bitelecom tillsammans med KTH undersökte marknadspotentialen för en grafenbelagd fiber (eller andra 2D material). YOFC från Wuhan (en av de större fibertillverkarna i världen och nummer ett i Kina) visade intresse för ett framtida samarbete. Den tekniska potentialen är fortfarande relevant, men kanske mer mot termiska eller elektriska egenskaper. Den viktigaste insikten i projektet var att blandning av grafenflingor i en polymerlösning ställer stora krav på utrustning och genomförande. Angreppsvinkeln hur man belägger ett lager grafen mot en glasyta kan också diskuteras. Chalmers genomförde karaktäriseringen genom pyrolys, samt mätningar av resistans och värmekonduktivitet. Just nu sker en snabb utveckling inom fiberområdet, dels mekaniska förbättringar (t.ex. böjningsradie), dels optiska förbättringar där flera fiberkärnor med individuell cladding bakas samman i en monofiber (multiple cores). Potentialen att grafen kan fungera som ett förstärkningselement eller som bärare av elektriska laddningar är fortfarande relevant. Vad har varit svårt eller vilka utmaningar har ni ställts inför? – Kostnaden och tidsramen för att genomföra studien underskattades. En utmaning är att fortsatta studier kräver inkrementella experiment. Finns det några partner eller andra resurser ni saknar för att gå vidare? – Bitelecom som SME har inga nuvarande planer på att gå vidare men är fortsatt intresserade av nya resultat inom området. 107,103, 4880

Självsmörjning och självkylning av polymer – Aros Graphene-kompositer
Graphmatech, Kongsberg Automotive och Uppsala universitet
Mamonu Taher, Graphmatech 15 maj 2018 - 14 nov 2019 Syfte och mål Syftet med detta projekt är att utveckla ett nytt kompositmaterial, PPS-Aros Graphene, för smörjningsfria komponenter med låg […] 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

Det industriella behovet av denna typ av kompositmaterial är mycket stort och begränsas inte enbart till fordonsindustrin. Projektet bidrar till utveckling av maskinkomponenter med låg vikt som inte kräver oljesmorning för användning i miljövänliga tekniska system. Projektet utförs i samarbete mellan ett universitet, ett high-tech startupföretag och ett globalt företag inom fordonsbranschen. Detta säkerställer att hela kedjan finns med för att uppnå målen med projektet, samt att tiden från innovation till produkt på marknaden för dessa grafen-baserade material och produktionsmetoder blir så kort som möjligt. 105, 4880

Stabila dispersioner av grafen och nanocellulosa för framtida kompositmaterial (avslutat)
RISE Innventia, BillerudKorsnäs och RISE
Anderas Fall, RISE Innventia 15 maj - 31 mars 2019 Syfte och mål Denna studie undersökte genomförbarheten för stabila dispersioner av grafen i vatten, där grafen stabiliserades med hjälp av […] Syfte och mål Denna studie undersökte genomförbarheten för stabila dispersioner av grafen i vatten, där grafen stabiliserades med hjälp av nanocellulosa. Målet var att ta fram dispersioner med maximerad relativ andel grafen mot nanocellulosa samt maximerad torrhalt av stabiliserad grafen. Nanocellulosa har visats kunna dispergera/stabilisera material i vatten som annars inte är vattendispergerbara. I tidigare studier har flerlagersgrafen dispergerats med nanocellulosa och genererat material med mycket intressanta egenskaper, bland annat med hög termisk/elektrisk ledningsförmåga och låg hygroskopicitet. Fålagersgrafen har ännu inte studerats i kombination med nanocellulosa. Vår hypotes var att de materialegenskaper som har uppnåtts med flerlagersgrafen kunde förbättras ytterligare med fålagersgrafen samt med optimering av dispersionerna. Nanocellulosa är förnyelsebart, bionedbrytbart och relativt billigt. Det förmodades att kombinationen grafen-nanocellulosa skulle kunna generera biobaserade och möjligen även bionedbrytbara elektriskt/termiskt ledande filmer med goda barriäregenskaper. Dessa filmer skulle vara högintressanta som barriärfilmer, aktiva filmer i smarta förpackningar, elektriskt ledande filmer i tunnfilmstransistorer och i solceller samt som komponenter i energilagringssystem (batterier och kondensatorer). De många möjliga tillämpningarna visade på den stora potentialen hos kompositmaterial av grafen-nanocellulosa, och då materialet förmodas kunna ersätta många av dagens metall- eller fossila polymerbaserade material, minskas dessutom miljö/klimatpåverkan av dessa material avsevärt.

Effekter och resultat

Målsättning

Maximerad relativ mängd stabiliserad grafen (mot nanocellulosa)
Maximerad stabiliserad mängd (torrhalt) grafen
Gynnsamma reologiska egenskaper
Ökad förståelse hur grafen och nanocellulosa (NC) interagerar

Måluppfyllnad och resultat på de aktiviteter som ingick i projektet (mål 1 och 2) reviderades under den initiala litteraturstudien, eftersom det blev tydligt att ökad förståelse för hur grafen och nanocellulosa interagerar (mål 4) är kritiskt för att åstadkomma stabila dispersioner och i förlängningen uppnå mål 1 och 2. Nanocellulosa bildar intrasslade nätverk när de dispergeras redan vid låga koncentrationer. I litteraturen har stabilisering hittills utvärderats vid nätverksbildande koncentrationer, varvid grafen skulle kunna stabiliseras genom att fastna i nanocellulosa-nätverket. Därav studerade vi stabilisering vid mycket låg nanocellulosa-koncentration (0,01 wt %). Vi ser att grafen fortfarande dispergeras/stabiliseras vilket tyder på en interaktion mellan nanocellulosa och grafen. Detta stöds av AFM (atomkraftsmikroskopi) där en tydlig adsorption av nanocellulosa på grafenytan syns. Interaktionen påverkas av nanocellulosa-ytmodifiering; tätare adsorption syns för karboxymetylerad-nanocellulosa (NC(C)) jämfört med sulfonerad-nanocellulosa (NC(S)), och även mer hybridlika egenskaper för NC(C)-grafen (kolloidal stabilitet samt termisk nedbrytning), det vill säga beteende skiljt från/påverkat av de båda ingående komponenterna (grafen och nanocellulosa).

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.

105, 4880

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 innebär oftast […]

Syfte och mål

Som en allmän trend fortsätter elektronik att bli alltmer kompakt, mer funktionell och kraftfullare. Detta innebär oftast högre effekter och leder till större värmeflöden och gör det svårt att hålla temperaturen optimal under drift. Projektets mål är att utveckla grafenfilmer för att balansera två positiva egenskaper; den höga termiska ledningsförmågan i två dimensioner (dvs. i planet) och den utmärkta flexibiliteten för ”straps” (rem/band) samt värmespridande plåtar för användning i radar och laser. Det antas att grafenfilm kan ersätta delar av värmespridare och straps som består av koppar (Cu) och aluminium (Al), genom att ge dem högre värmeledningsförmåga och lägre vikt. Samtidigt har de grafenbaserade materialen samma mekaniska styrka som metaller. Viktiga fördelar med det nya grafenmaterialet är europeisk tillverknings- och försörjningskedja, lättare upphandling, ökad konkurrenskraft på den befintliga marknaden och förbättrad tillgång till nya marknader. I detta FoI-projekt samarbetar Saab AB, Smart High-Tech AB (SHT) och Chalmers tekniska högskola. SHT är projektkoordinator och ska utveckla grafenfilmen med överlägsen termisk ledningsförmåga och flexibilitet för straps och värmespridning. Saab ansvarar för en bredare, teknisk marknadsundersökning om grafenfilm för kylning, en "mock-up" och tillhandahåller en plattform för prototyptestning. Chalmers ska karakterisera grafenmaterialet för att förstå hur de fysikaliska och kemiska egenskaperna påverkar termisk och mekanisk prestanda. Tonvikten ligger på teknisk utveckling av grafenfilmprocessen, balansen mellan grafenfilmens goda termiska och mekaniska egenskaper, marknadsundersökning, projektspridning och nyttiggörande.

Resultat

Målet med projektet är att utveckla grafenfilmer för att balansera den höga värmeledningsförmågan i planet och utmärkt flexibilitet för termisk rem och värmespridningsplatta i radar- och laserapplikation. Två typer av grafenfilmer har utvecklats: 1. Ett flexibelt termiskt band används för anslutning av två fasta komponenter; 2. Värmespridningsmaterial med relativt tjocka grafenfilmer. Effektiviteten för värmeavledning med användning av grafenband har ökat 15-35% jämfört med Cu- och Al-folier. Normalt är värmeband för Cu och Al stela och/eller tunga. Grafitbandet är sprött och inte så praktiskt att hantera. Det termiska grafenbandet visar istället mycket bättre flexibilitet och har stor potential för flexibel applicering. Den tjockare grafenfilmen är möjlig att tillverka, och den termiska prestandan måste fortfarande förbättras. Mikrostrukturen hos grafenfilmen har karakteriserats genom metoderna XRD, SEM, TEM, Raman Spectroscopy. Värmeledningsförmågan utvärderas med laserblixten. Alla partners har varit mycket involverade i projektet genom att ta sitt eget ansvar och interagerat med varandra för att få projektet att gå vidare. Genom att driva projektet har vi lärt oss mer om de grafenbaserade materialen, dess marknad och kommersiella tillstånd. Vi planerar att gräva mer för att förbättra själva materialet och göra det mer lämpligt för applicering på termiska band. Med samma partners kommer vi att gå vidare till nästa steg med introduktion av demonstrator och sätta upp hela systemet för att testa den termiska och mekaniska prestandan i en mer relevant miljö. Vissa praktiska frågor, som hur man industriellt monterar grafenark på termiska band, måste övervägas för kommersialisering. Tiden för att släppa grafenbaserade termiska band på marknaden beräknas till cirka tre år. 101,107, 4880

Värmereducerande textil HeatReTex (avslutat)
SAAB Barracuda och Swerea IVF
Peo Riis, SAAB Barracuda 15 maj - 15 nov. 2018 Syfte och mål Genomförbarhetsstudien har genomförts av SAAB Barracuda och Swerea IVF. Studien syftade till att ge beslutsunderlag för ett fortsatt större […]

Syfte och mål

Genomförbarhetsstudien har genomförts av SAAB Barracuda och Swerea IVF. Studien syftade till att ge beslutsunderlag för ett fortsatt större projekt inom SIO Grafen samt att bygga ett konsortium av aktörer, men även att identifiera materialets egenskaper och svårigheter, begränsningar gällande processbarhet och hur dessa kan lösas. Projektet skulle undersöka hur en textils termiska ledningsförmåga förändras då 2D-fyllmedel tillsätts till materialet som används för fibertillverkning. Ett lyckat resultat kommer ligga till grund för förbättrad prestanda i befintliga produkter, men även nya produkter kommer att kunna utvecklas. Med aktiva funktioner integrerat i de tekniska fibrerna, ökar värdet av fibrerna samt reducerar miljöpåverkan, vilket är viktiga områden för att säkra en utveckling för att bibehålla en konkurrenskraftig svensk textilindustri. Genomförandet sker genom en litteraturstudie och praktiska försök i form av kompoundering, fibertillverkning, textiltillverkning samt provning och utvärdering av fiber och textilens egenskaper.

Resultat

Resultaten visar på att det är möjligt att förbättra en textils termiska ledningsförmåga genom att tillsätta ett 2D-fyllmedel i fibern. Fibrerna har tillverkats i konventionella maskiner för storskalig produktion. Genomförda tester visar på goda textila och termiska egenskaper samt att fibrerna även i övrigt har lämpliga egenskaper för att användas i kamouflagematerial. Tillverkningsprocesser och material bedöms uppfylla tekniska och kostnadsmässiga mål på uppskalningsbarhet. Fyllmedlet i olika halter har tillsatts till polymeren genom kompoundering före fiberspinningen. Olika polymerer och fibergeometrier har utvärderats. Kompositmaterialet som har utvecklats går även att formspruta och godset har då en mycket bra termisk ledningsförmåga, vilket innebär att målet avseende på termisk ledningsförmåga hos bulkmaterialet är väl uppfyllt. Förutom vidare material-, fiber- och processutveckling, återstår att uppfylla krav som väderbeständighet samt att integrera halogenfritt flamskydd i fibern. En viktig insikt av studien har varit att det finns vissa svårigheter att få grafenflaken helt exfolierade. Flaken hade en tendens att bilda agglomerat i fibern. En lösning på detta behöver studeras närmare. SAAB Barracuda har för avsikt att vidareutveckla materialet som använts för fiberspinning och förväntar sig att det kommer att användas i serieproduktion av kommersiella produkter inom några få år. Vi ser ett behov av expertis inom termiska mätningar och värmespridning i textilier, samt företag med erfarenhet kring att dispergera 2D-fyllmedel i polymerer lämpliga för smältspinning. Företag med möjlighet till uppskalning av kompoundering och fibertillverkning skulle kunna vara aktuella samarbetspartners. Vi har identifierat en potentiell internationell fibertillverkare. 101,105, 4880

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 konduktiviteten hos kisel och en […]

Syfte och mål

Silikon i litiumjonbatterier (LIB) kan avsevärt öka lagringskapaciteten. Emellertid har den dåliga elektriska konduktiviteten hos kisel och en mycket stor volym expansion vid litiering begränsat användningen av kisel. Idag har kommersiella batterier endast 3-7 % av kisel i sina anoder på grund av dessa begränsningar. Det föreslagna konceptet är att använda grafen för att förbättra den elektriska ledningsförmågan och för att förbättra anodens mekaniska styrka, tillsammans med att ge ett skydd av Si-partiklar för att minska problemet associerat med bildandet av SEI (fast elektrolytgränssnitt). Grafen kommer tillföras i processen där storleken på kiselpartiklarna reduceras. En av den kritiska aspekterna av det föreslagna konceptet är att reducera partikelstorleken av kisel under en viss tröskel för att förhindra den signifikanta nedbrytningen av lagringskapaciteten under litiering och av-litieringscykeln. Även om liknande koncept har undersöks tidigare, kommer den primära distinktionen av innovation från användningen av proprietär ytkemi av kiselpartiklar och deras interaktion med grafen, den unika blandningsprocessen för att förhindra en legeringseffekt samtidigt som man tillhandahåller en intim blandning av grafen och kiselpulver. Potentialen i detta är enorm! För att utnyttja denna potential och för att påskynda kommersialiseringsprocessen är det redan nödvändigt att initiera en värdekedja redan vid denna tidpunkt. Samtidigt måste vi titta noga på frågan hur grafen och kisel påverkar batteriets "livslängd". Målen för denna förundersökning är:

Ett bevis på konceptet grafen som möjliggörare för ökad mängd av kisel i anoder för litiumjonbatterier.
Initiering av en Supply Chain som kan kommersialisera idén.
En mindre studie kommer utföras om hur grafen och kisel kommer påverka hur uttjänta batterier ska tas om hand och hur de kan återvinnas.

Resultat

Denna förstudie visade att det finns en stor potential att använda malda kiselpartiklar i blandningar av grafen och nano-grafit, för att tillverka anoder till Li-jon batterier. Det ser ut som vi har kommit ett stort steg framåt med att få god cyklingsbarhet, vilket tidigare har varit problemen med kiselpartiklar. Vi uppfyllde i stor de uppsatta målen och resultaten var faktiskt över våra förväntningar. Målen var:

Ett “proof-of-concept” som visar att kiselpartiklar kan fungera i anoder, med goda cyklingsegenskaper. Det målet nåddes.
Att som sätta ihop en värdekedja som kan kommersialisera idén. Där nådde vi nästan ända fram, men vi saknar engagerade slutanvändare.
Att göra en enkel ”livscykelanalys”. Livscykelanalysen visade att inga negativa effekter kan förväntas av att använda kisel in Li-jonbatterier.

101,96, 2282

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 SiC (kiselkarbid) riktat […]

Syfte och mål

Syftet med projektet är att utforska prestandan och gränser för Hallsensorer, baserat på epitaxiell grafen på SiC (kiselkarbid) riktat mot tillämpningar inom bilindustrin. De specifika målen är relaterade till att producera sensorer som erbjuder den höga känslighet som behövs för drift i verkliga tillämpningar: a) Demonstrera Hall-sensorer med spänningsfrekvens på minst SV = 100 mV / VT vid rumstemperatur (T = 25 ° C). b) Demonstrera Hall-sensorns prestanda under svåra driftsförhållanden vid temperaturer upp till T = 175 ° C.

Förväntad påverkan och resultat

Genom att använda epitaxialgrafen som kärnan i nya Halleffektsensorer, strävar vi efter att överträffa toppmoderna kommersiella Hallsensorer som används generellt inom bilindustrin. Om projektet lyckas blir nästa steg att demonstrera storskalig produktion och reproducerbar prestanda till en konkurrenskraftig prisnivå. Den potentiella effekten av sådan teknik är att bli den nya standarden för Hallsensorer.

Resultat

Aktörerna i projektet har bildat en kompletterande försörjningskedja:

TDK-Micronas främst har bidragit med specifika krav baserade på branschens behov och avancerad elektromagnetisk karakterisering av Hall-sensorer.
Chalmers har utformat och bearbetat komponenter, baserat på diskussioner med alla projektaktörer.
Graphensic har samordnat insatserna och tillverkat grafenmaterial för att möta Chalmers krav.

I förhållande till projektets första mål (att demonstrera Hall-sensorer med känslighet av minst Sv = 100 mV/VT vid rumstemperatur) har vi lyckats nå målet med marginal. Däremot är stabiliteten i sensorernas prestanda låg med tidigare utvecklade tekniker. I förhållande till projektets andra mål (demonstrera prestanda under svåra förhållanden, såsom temperatur upp till T = 175 ° C) tenderar prestandan att irreversibelt försämras vid T = 125 ° C. trots detta uppfylldes syftet med projektet (att utforska prestanda och begränsningar för Hall-sensorer baserade på epitaxiellt grafen). Trots att vi lyckats överträffa kommersiella state-of-the-art Hall-sensorer när det gäller spänningsrelaterad känslighet, kom projektet till slutsatsen; att för att uppfylla prestandakraven för fordonsindustrin måste nya tekniker utvecklas för att säkerställa sensorns stabilitet och temperaturbeständighet. Vi har en plan för hur vi kan utveckla dessa nya tekniker, men behöver hitta vägar att finansiera denna plan. I övrigt bedömer vi att aktörsgruppen redan besitter den kompetens som är nödvändig för att komma vidare. En framtida produkt kommer kunna erbjudas så fort temperaturbeständigheten är adresserad och redan idag kan produkter erbjudas för den som är intresserad av att arbeta dessa sensorer i -40⁰ < T < 85⁰ C. 107, 2282

Grafen i textilier (avslutat)
Inuheat Group, Smart Textiles vid Högskolan i Borås och Swerea IVF.
Pia Roy, Inuheat Group nov 2017 - juni 2018 Syfte och mål Förstudien har genomförts av Inuheat Group (som utvecklar värmesystem för kläder), Smart Textiles vid Högskolan i Borås […] Syfte och mål Förstudien har genomförts av Inuheat Group (som utvecklar värmesystem för kläder), Smart Textiles vid Högskolan i Borås och Swerea IVF. Syftet var att undersöka möjligheten att med användning av grafen öka ledningsförmågan, nå tillförlitlighet gällande elektriska egenskaper, samt att öka livslängden på elektriskt konduktiva garner. Detta genom att tillsätta grafen på garnytan samt inblandning i fibrerna. Denna genomförbarhetstudie syftade till att ge ett beslutsunderlag för ett fortsatt större projekt inom området grafen i textiler samt vilka aktörer som skall ingå. Ett lyckat resultat kommer lägga en grund för tillverkning av konduktiva garner som är finare och tunnare och som har högre konduktivitet och komfort än vad som idag finns på marknaden, varav många är metallbaserade. Detta skulle öppna upp nya möjligheter och applikationsområden för wearables och plagg med inbyggda funktioner. Ökad livslängd på fiber/garner är av betydelse både från ett kvalitets- och ur ett miljöperspektiv. Upplägg och genomförande - Litteraturstudie omfattande patent och vetenskaplig litteratur. - Genom teoretiska beräkningar skaffa sig uppfattning om mängden grafen som behöver beläggas på en fiber för att erhålla tillräckligt hög ledningsförmåga. - Inventera tillverkare som finns gällande grafen. - Upprätta kravspecifikation som säkerhetsställer produktionsmässig och kommersiell relevans. - Pilotförsök att tillföra grafen till ett garn genom att 1) belägga konduktiva fiber/garn med grafen, 2) smältspinna fiber med inblandning av grafen och 3) Kombination av ovanämnda 1) och 2). Identifiera svårigheter och begränsningar gällande processbarheten av de två olika metoderna. Effekter och resultat Projektmålen och förväntningar har uppnåtts. Projektet har utvecklat en metod för grafenbeläggning av garn och fibersträngsprutning av grafenförstärkt polymer. Elektrisk ledningsförmåga och morfologi av materialen har studerats. Litteraturstudier för både beläggning och smältspinning har utförts. Genom att addera grafen till garn/fiber ökar dess konduktivitet. Olika smältspinnning- och beläggningsförsök har genomförts och utvärderats. Metoder och material för grafenbeläggning och smältspinning av garn har utvecklats. Erhållen kunskap och resultat har regelbundet delats mellan samarbetsparterna vid projektmöten. Resultaten visar att hanteringen och förbehandling av såväl polymer, fiber och grafen är viktig, identifiering och upprättande av tillförlitlig process är av stor betydelse för att kunna nyttja grafenets fulla potential. Ytterligare grundläggande arbete omfattande bland annat tvätt -och nötningsbeständighet måste utföras för att uppnå en kommersiell produkt. Artikel i Ny Teknik 2017-11-09 "De ska hålla kläder varma med grafen" 103,105, 2282

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 att införa grafen […]

Syfte och mål

Projektet syftar till att ta fram skottsäkra produkter, främst till personlig skyddsutrustning. Detta genom att införa grafen i polykarbonater (PC) och sedan tillverka ett antal olika sandwichkonstruktioner ihop med andra material. Skottsäkerhet är en av de mest krävande applikationer som behöver spjutspetsegenskaper hos ingående material. Saintpro och 2D fab har gjort en genomförbarhetsstudie som visade att vi kan producera kompositer av PC med grafen och att grafen påverkar de mekaniska egenskaperna mycket positivt. Vid preliminära tester av sandwichkonstruktioner under förstudien kunde skottsäkerhet (dock inte enligt standard) konstateras. Flera hårdvaruleverantörer har visat intresse efter vår förstudie, och vill vara med i processen. Målet är att tillverka vår unika och patenterat sköld med grafen innehållande material som klarar global ballistisk skyddsstandard NIJ Standard III och europeisk skyddsstandard WPAM 6. Om projektet lyckas kommer grafen att kunna användas i många andra olika produkter som har krav på skottsäkerhet, men också i en myriad andra produkter, t.ex. inom fordonsindustrin. Projektet kommer att genomföras av ett konsortium bestående av Saintpro, 2D fab samt Chalmers industriteknik (CIT). Den globala marknaden för kroppspansar och personskydd uppskattas till 2 miljarder dollar med en ökning på ca 10 % per år.

Resultat

Framställning av grafen har utförts i 2D fab grafen process med expanderad grafit i vattensuspension. Viktiga komponenter i processen är antal skjuvningscykler, tillsatsmedel och grafitkoncentration. Försök med optimering av antal cykler och grafitkoncentrationer har utförts för att uppnå lämplig produkt för kompositer till ballistiska applikationer. Olika tillsatsmedel är också nödvändiga för att stabilisera den färdiga grafenprodukten och förhindra agglomerering i vattensuspension. Flera tensider (dispergeringsmedel) och processhjälpmedel har utvärderats för att uppnå hög stabilitet av grafen. Saintpro har formsprutat plattor och provstavar av polykarbonat-grafenkompositer ( PC-Gr ). Framställning för ballistiska undersökningar har i ett första steg komponderats till en masterbatch (MB) av PC-Gr med förhållandevis hög grafenhalt. Tillsammans med Polykemi AB (Ystad) framställdes ca 20 kg MB. Vid senare tillfälle blandades MB med vald baspolymer och formsprutades av Saintpro vid olika koncentrationer och anpassad detalj storlek (Bobe Plast AB). Framställda detaljer har grafenhalter av 0 %, 0.5% 0.75%, 1.0 och 2.0%. Utförd provning Specifika ytan (BET) av exfoilierad grafen (2Dx standard, pulver) har analyserats och uppvisar värden mellan 25-35 m2/g. Provstavar av PC/Gr formsprutades och testades med dragprovning i enlighet med ISO-527 (AD-manus Materialteknik AB). E-modulen ökade med ungefär 40 % vid 2.0 wt% tillsatt grafen (2D fab, 2Dx Standard) i PC, (Sabic, Lexan EXL 1434). Provkroppar av PC-Gr finns för framtida analyser Split-Hopkinson instrument. Uppfyllde ni de uppsatta målen och förväntningarna? – Tester hos CIT och 2D fab visar positiva förbättringar av provbitar med grafentillsats. Vi har testskjutit skarpt på materialet med positivt resultat. Vi även testskjutit på materialet i form av sandwichkonstruktionen (PC-Gr och kolfiber) och här kunde vi se en klar förbättring. Vi ser behovet av fler tester för att säkerställa exakt vilket material som tillförde dessa extra egenskaper som ökade ballistiska egenskaperna i materialet. De mekaniska egenskaperna hos provplattorna undersöktes på Chalmers med kryptester, dragprovning, DMTA och slagprovning. Dessa jämfördes även med provstavar tillverkade med samma masterbatchar på Chalmers. Vad var den viktigaste grafenrelaterade insikten i projektet? – Att vi fick fram all nödvändig information som behövdes för att kunna formspruta materialet, samt att de involverade företagen blev uppdaterade om grafen och dess egenskaper. Företaget Bobe Plast AB hade inte hört talas om grafen tidigare och visste inte om deras nuvarande maskinpark klarade av att formspruta materialet. Tillsammans med FOI (Totalförsvarets forskningsinstitut) genomfördes under två tillfälle mekaniska testskjutningar med 5 olika formsprutade plattor med olika blandning av grafen/PC och tjocklekar. Testerna visade en förbättring med grafen/pc än med enbart pc i plattorna. Hur ser ni på framtiden för grafen inom ert tillämpningsområde – hur lång tid är det kvar till första produkten? – Saintpro har under ett flertal tillfälle introducerad grafen för flera företag. Vi är helt övertygade om att grafen inom 3-5 års tid kommer att finnas i många olika applikationer. Framöver hoppas vi formspruta i skalenliga prototyper av våra sköldar. Projektet har varit mycket lärorikt för alla partner där kunskapen om grafen har medfört en ökad kunskap om materialets egenskaper och framförallt användningsområde som vi ser är oändliga för detta material. Finns det några partner eller expertis ni saknar för att gå vidare? – Vi har byggt upp ett starkt nätverk av forskare, tillverkare och testcenter. För tillfället saknar vi inte något expertis från vår sida, men detta kan komma att ändras framöver. Vi ämnar att gå vidare med en ny ansöka för nästa steg för att kunna tillverka skalenliga produkter för verifiering i riktiga testmiljöer. 105, 2282

Grafenbaserade självsmörjande nötningsbeständiga kompositer för lager i vattenkraft
Vattenfall (Älvkarlebylaboratoriet), Luleå tekniska universitet
Jan Ukonsaari nov 2017 - okt 2020 Syfte och mål Marknaden för vattenkraft förväntas att växa globalt från 2016 och framåt. En ökad efterfrågan på förnyelsebar energi tillsammans med striktare miljökrav förväntas väsentligt driva expansionen av vattenkraft. Den övergripande marknaden […] Syfte och mål Marknaden för vattenkraft förväntas att växa globalt från 2016 och framåt. En ökad efterfrågan på förnyelsebar energi tillsammans med striktare miljökrav förväntas väsentligt driva expansionen av vattenkraft. Den övergripande marknaden för vattenkraftsturbiner förväntas vara över 190 miljarder USD år 2023. Vattenkraften tillgodoser den stabilitet och kontinuitet vilket andra förnyelsebara energikällor inte kan. Ökad utbyggnad av andra förnyelsebara energikällor som vind och sol medför att vattenkraftsturbiner används mer under ofördelaktiga arbetsförhållanden på grund av ökad reglering samt fler start och stopp. Samtidigt så skärps de miljömässiga kraven för vattenkraft och det finns en trend att gå från olje-och fettsmorda lager till miljöanpassade smörjmedel och självsmörjande lagermaterial för att undvika miljöpåverkan till följd av smörjmedelsläckage. Livslängdskraven på de självsmörjande lagermaterialen och miljöanpassade smörjmedlen är väldigt höga. I dagsläget medför de tuffa arbetsförhållandena till följd av utbyggnaden av andra förnyelsebara energikällor att dessa lager havererar långt innan de når tilltänkt livslängd. För att kunna tillgodose att svensk vattenkraftsindustri fortsätter vara konkurrenskraftig så behövs nya och bättre självsmörjande lagermaterial som kan användas tillsammans med vatten eller andra miljöanpassade smörjmedel. Grafen har extraordinära mekaniska och smörjande egenskaper vilka kan nyttjas när grafen används som förstärkning av det självsmörjande lagermaterialet. Det huvudsakliga målet för detta projekt är därför att utveckla nya nötningsbeständiga och högpresterande självsmörjande polymera kompositer som kan användas som lager tillsammans med vatten och andra typer av miljövänliga smörjmedel. 105,101, 2282

Grafenförstärkt zink som ytbeläggning på ståltråd (avslutat)
Swedwire, Chalmers Industriteknik och 2D fab
Filip Bengtsson nov 2017 - mars 2018 Syfte och mål Projektet har syftat till att ge information om hur grafen kan användas för att stärka de korrosionsskyddande egenskaperna […] Syfte och mål Projektet har syftat till att ge information om hur grafen kan användas för att stärka de korrosionsskyddande egenskaperna hos zink genom ytbeläggning på ståltråd, samt hur man kan tillämpa detta i en förzinkningsprocess av dragen ståltråd. Genom att öka ytbeläggningens korrosionsbeständighet kan produktens livslängd ökas och/eller ge en mer kostnadseffektiv produkt, eftersom en mindre mängd ytbeläggning kan användas med bibehållen korrosionsbeständighet. Projektet har utförts i 2 delar:

Preliminär studie i syfte att utnyttja redan genomförda studier inom fältet.
Prototyptest: Med hjälp av informationen som erhållits i förundersökningen har ett test i liten skala genomförts, där en ståltråd har belagts med ett zink-grafenlager och sedan har korrosionsbeständigheten testats.

Resultaten från genomförbarhetsstudien kommer att ligga till grund för ett framtida FoI-projekt. Effekter och resultat Inga studier eller publicerade patent har hittats där grafen använts för varmförzinkning av stål. En process för blandning i andra metaller kunde identifieras och låg till grund för prototyptesterna som genomfördes. Det uppstod stora svårigheter med att få en homogen blandning av zink och grafen. Det finns ingen naturlig drivkraft för zink och grafen att blanda sig. Därför har inte någon fungerande metod för detta kunnat identifieras i detta projekt. För att kunna tillverka en fungerande prototyp, behöver man fastställa en fungerande metod för att blanda zink och grafen. Utan en fungerande metod för blandning av grafen och zink, finns den största potentialen i att behandla ståltråd med rent grafen utan att blanda in zink. Detta har däremot legat utanför ramarna för detta projekt. 103, 2282

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 poröst för nedbrytande klorider, […]

Syfte och mål

Betong är dominerande material för byggnads- och anläggningskonstruktioner över hela världen; hållbart men poröst för nedbrytande klorider, koldioxid och andra aggressiva ämnen. För att förbättra hållbarhet används ytbeläggningar. Cementbaserade beläggningar, som bevarar och samverkar med betongens alkaliska miljö, utreds och nyttjas allt mer. Målet med projektet är att utveckla ett cement/stenmjölsbaserat skyddande ytskikt för betonginfrastrukturer; vägsidor, tunnlar, broar, silos, industribyggnader och bostäder. Projektet ska dessutom analysera om tekniken generellt kan användas för tunna skikt; kraftputs, golvspackel och reparationsbruk. Funktionaliserat grafen möjliggör en förstärkt bindning till cement och etablerar en mikroförstärkning av molekylstrukturen. Denna egenskap skulle vara särskilt fördelaktig i tunna beläggningslager; vidhäftning, skydd mot karbonatisering och med valfria estetiska egenskaper. Projektet är en uppskalning och utveckling av Vinnova-projektet 2015-05534. Projektet sammanfogar fyra partner med kompletterande kompetenser. Lanark utgör koordinator med syfte att utveckla och kommersialisera slutprodukten. Lanark samarbetar idag med Cementa och Sika och är producent av den befintliga cementbaserade beläggning som används i projektet som referensmaterial. SHT Smart High Tech och Chalmers och tillhandahåller kompetens och tillverkning av funktionaliserat grafen och 2D-material. RISE CBI tillhandahåller kompetens för forskning och utveckling samt testning/screening i produktutvecklingsprocessen. Chalmersfastigheter/Akademiska Hus etablerar/utvärderar en demonstrationsanläggning på Chalmersområdet.

Resultat

Syftet med projektet var att införa funktionaliserat grafen i cementbaserat beläggningsmaterial för att förbättra dess mekaniska egenskaper. Förbättringsnivån ligger mellan 20-40%. Volymprodukten av funktionaliserat grafen kan erhållas för målning av upp till 100 m2 väggar. Jämfört med själva cementfärgen förbättrar tillägget av grafen böjegenskaper, ger bättre vidhäftning med cementbaserade underlag och är mer motståndskraft mot kloridgenomträngning. För nästa steg behöver vi mer förståelse för hydratationsprocessen och grafenets bindningsmekanism på cementkornen. Ett fortsatt projekt planeras fokuserande på utveckling av hur man kan utnyttja grafenflakets mekaniska egenskaper, uppskalning av tillverkningsmetoder av funktionaliserat grafen samt fullskaliga demonstratorer i utsatta miljöer med långtidsutvärdering. SHT kommer i detta också att förbättra repeterbarheten för uppskalningsprocessen för funktionaliserat grafen och Lanark kommer att förbättra basmaterialet i cementpulver. Vi förväntar oss att den första kommersiella produkten av grafenförstärkt cementfärg mognar fram inom 2-3 år. För närvarande har vi ett väl fungerande arbetsteam inför kommande utvecklingsprojekt. 103, 2282

Graphene in loudspeaker membranes (avslutat)
Transient Design Sweden, Chalmers Industriteknik och Chalmers
Lars-Ola Hoffer nov 2017 - 4 april 2018 Syfte och mål Ett idealiskt högtalarmembran skulle vara styvt och kapabelt att effektivt avleda högtalarens överskridande värme. För närvarande är […] Syfte och mål Ett idealiskt högtalarmembran skulle vara styvt och kapabelt att effektivt avleda högtalarens överskridande värme. För närvarande är så inte fallet, vilket begränsar högtalarnas prestanda även de mest avancerade modellerna. En cellulosa-grafenkomposit, genom att kapitalisera på materialets inneboende egenskaper, skulle i bästa fall erbjuda rätt teknik. För att demonstrera detta planerar vi att använda ett kommersiellt pappershögtalarmembran modifierat med kompositmaterialet. På så sätt kan vi ändra storleken på papperskeglar från små 20 mm (diskanthögtalare) upp till 460 mm (18" woofers) med samma teknik, samtidigt som det ger möjlighet att minska distorsionen. Eftersom pappersmembran högtalare fortfarande används i de flesta ljudsystem runt om i världen hoppas vi kunna förbättra prestandan med en faktor 10. Bara med början i high-end-sektorn skulle vi visa konceptet för ytterligare generalisering. Projektet kommer att involvera tre huvudpartners. Transient Design Sweden kommer att erbjuda expertis inom ljudrelaterad teknik och högtalar-benchmarking. Chalmers Industriteknik kommer att tillhandahålla allmän kunskap om grafen och kommer att undersöka IP-frågor samt andra kommersiella aspekter och spridning. Applied Chemistry på Chalmers kommer att bidra med kompetens inom formulering, särskilt cellulosabaserad. Genomförande "Proof of concept" kommer att utföras genom att belägga ett membran med en formulering av grafenblandningen. Effekten av beläggningen kommer att bedömas i form av kriterier som minskning av distorsion bland annat. Effekter som beläggningstjocklek och densitet kommer att utvärderas. Effekter och resultat

Projektet 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.

103,107, 2282

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 kompressor) helt […]

Syfte och mål

APR Technologies AB har en affärsidé i att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor) helt utan rörliga delar och som drivs med termisk energi. Grafen är ett lämpligt material för den mest kritiska komponenten i pumpkärnan, som på flera nivåer skall kunna säkerställa kompressorns behov av en internt extremt hög termisk ledningsförmåga. Det är kombinationen av mycket hög värmeledningsförmåga och möjligheten till en anpassad permeabilitet för gaser, som gör grafen till en unik materialkandidat. Kryogeniska kylsystem behövs i en rad olika vetenskapliga, industriella, medicinska och militära utrustningar med syfte att kyla kritiska sensorer eller komponenter. Dagens kylsystem har höga kostnader, låg tillförlitlighet och behöver frekvent underhåll. Detta begränsar användningen av kryogeniskt kylda system och utesluter idag kryosystem inom en rad tillämpningar och marknadsområden. Kylsystem som är miniatyriserade, tillförlitliga och billigare efterfrågas inom till exempel; IR-detektion, magnetisk detektion för magnetoencephalografi, kardiologi, geofysik och radiosystem för satellitmarkstationer. Förbättringar i kryokyl-tekniken öppnar även nya marknader som idag inte kan acceptera dagens låga tillförlitlighet och höga kostnader, stora underhållsbehov, alstrade vibrationer eller högljuddhet. Exempel på två stora potentiella marknader är mobilradiosystem och magnetfältsdetektorer (SQUID). Projektet är en fortsättning på tidigare samarbeten mellan APR Technologies AB i Enköping, Chalmers och SHT Smart High-Tech AB i Göteborg. APR Technologies AB leder projektet, definierar kravbilden på materialet och står för idé-, system- och materialutveckling, Chalmers utför materialkarakterisering och SHTs roll är inom materialutveckling. En första fungerande prototyp togs fram i föregående projekt fast tillverkningsmetodiken behöver utvecklas mot bättre yield, stabilitet och prestanda. Huvudmålet med projektet är att uppnå en stabil tillverkningsprocess av kompressorn, ytterligare förbättra grafenmaterialet och ta fram ytterligare systemkomponenter för att efter projektet kunna gå över i en kommersialiseringsfas.

Resultat

Projektet har haft som mål att utveckla en termiskt driven Joule-Thomson kryokylare utan rörliga delar, som möjliggörs m.h.a. den goda värmeledningsförmågan hos grafen-baserade kompositer. Projektet innefattade utvecklingen av ett lämpligt grafen-baserat material och dess tillverkningsprocess, för att ge goda förutsättningar för en framtida kommersialisering. Avsedda kommersiella applikationer är inom rymdteknik och annan industri, med krav på låga vibrationsnivåer och lång livslängd, främst med naturligt tillgängliga temperaturskillnader. Under projektets gång fokuserades APR Technologies insats huvudsakligen på den termiskt drivna kompressorn tillsammans med övriga kritiska systemdelar, genom ett flertal prototypiterationer. Fungerande och mekaniskt robust kompressor utan rörliga delar har byggts, i handhållen storlek, som förmår att skapa en tryckökning på 0.5 bar. Likaså kan kompressorn användas för att pumpa ett undertryck på sin inmatningssida, och där demonstrerades en tryckminskning ifrån 1 bar ner till 0.7 bar, endast drivet av en kontrollerad extern temperaturskillnad på ca 120 grader Celsius. Innan projektet inleddes kunde den föregående prototypen pumpa ett maxtryck på ca 0.02 bar vilket innebär att det under projektets gång uppnåddes en ca 20-faldig ökning av genererat maxtryck. Konceptet är därefter skalbart för högre tryck. I samarbete med SHT Smart High Tech och Chalmers har grafen-materialet optimerats och en komposit med koppar/grafen har tagits fram och verkar mycket lovande även inom angränsande områden som värmeväxlare. Kompositmaterialet har uppnått nära 4 gånger högre värmeledningsförmåga än ren koppar. Detta med goda förutsättningar för ytterligare förbättring genom att variera tjockleken på grafen-filmerna, som under projektets gång har uppnått en värmelednings-förmåga på över 2.000W/mK. För att optimera kompressorn för framtida kommersialisering utvecklades ett kompositmaterial, bestående av koppar och grafen-baserad film. Kopparbitarna tillverkades med foto-kemisk etsning vilket lämpar sig för stora volymer till tillräckligt låga priser. Detta material utgör en viktig grafen-relaterad insikt i projektet: att kompositmaterial bestående av grafen och koppar är ett möjligt sätt att nyttja värmeledningsförmågan hos grafen i applikationer som kräver täthet och mekanisk styrka. Kompositmaterialet användes även till utvecklingen av kylsystemets motflödande värmeväxlare, som näst efter kompressorn är den mest kritiska komponenten i en motflödande kryokylare. Värmeväxlaren har tagits till ett tidigt prototypstadie, och tros ha en kommersiell potential då dess koncept representerar vissa förbättringar gentemot motsvarande befintliga värmeväxlare. Möjliga applikationer En prototypkompressor är visad på några konferenser inklusive Mobile World Congress samt andra tillfällen i Sverige och APR har under projektet knutit kontakter med industri och Big Science. SHT säljer sina filmer bland annat via sin hemsida, och i framtiden tänker APR Technologies undersöka alternativa applikationer av Knudsen-kompressorn. Projektet har varit mycket värdefullt även utanför den specifika tekniska utvecklingen eftersom det starkt bidragit till att öppna dörrar hos industriella aktörer både i Sverige och internationellt. 107,101, 2282

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 Automatisering av industriella processer är avgörande för företagens konkurrenskraft. GKN Aerospace arbetar med nya automatiserade kostnadseffektiva metoder […]

Syfte och mål

Automatisering av industriella processer är avgörande för företagens konkurrenskraft. GKN Aerospace arbetar med nya automatiserade kostnadseffektiva metoder inom området kvalitetskontroll och inspektion och icke-destruktiv testning (NDT) av metallmaterial.

Ny 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. 107, 2282

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- och simuleringsmiljöer. Kraftfulla simuleringsverktyg i kombination […]

Syfte och mål

En grundförutsättning för framgångsrik teknikintensiv industri är tillgången till tillförlitliga modellerings- och simuleringsmiljöer. Kraftfulla simuleringsverktyg i kombination med solid modelleringskompetens (Computational Added Engineering, CAE) är ett idag ett nödvändigt komplement till erfarenhetsbaserad design och innovationsarbete. Modellering av grafenrelaterade material (GRM) är idag begränsad till relativt små skalor upp till mikrometernivån. De numeriska metoder som används är starkt specialiserade och kan inte utan avsevärda insatser integreras i kommersiella modelleringsplattformar. Projektidén grundade sig i kunskapsklyftan kring modellering av GRM utifrån ett simuleringsperspektiv i förhållande till ett designarbete eller en konceptframställan. Vi har gjort detta genom att identifiera villkor, förutsättningar och prioriteringsordning utifrån en väletablerad CAE-plattform för sammanlänkning med simuleringsmodeller framtagna inom den akademisk forskningen. Detta har gjorts avgränsat och med ett systematiskt tillvägagångsätt på vetenskaplig grund med hög marknadsmässig återkoppling och med stor potential inom ökad teknikmognadsgrad för grafen.

Resultat

Denna genomförbarhetsstudie hänvisade till simulering och modellering av 2-dimensionella grafen eller besläktade material (GRM). Den nuvarande statusen är företrädesvis sluten i en fördel jämfört med nackdelar med hjälp av skalhöjarkonfigurationen.

Genomförbarhetsstudien drar slutsatsen att det effektiva kontinuummetoden ger en stor potential i banbrytande framsteg när det gäller att hantera CAE-problem med flera skalor och multifysik. Studien angav också tydligt utmaningarna när man säkerställde en överföring av information från kontinuerlig makroskala till molekylär skala. Det identifierades också ett gap - i synnerhet på meso-skalan. För att föreslå ansträngningar för att övervinna dessa hinder, krävs fortsatt forskning inom följande:

Bygga meso-skala metoder med tanke på överföringsinformationen som i parameter för variabel tillvägagångssätt, föredraget med användning av fina kurs rutnät metoder tydligen framgångsrik i FEM problem.
Använd störningsinriktning för att uppnå känsligheten och det fysiska korrekta omvandlingsresultatet baserat på informationens nivå.
Närma sig multiscaling problem genom sekventiella metoder och implementera en rekursiv förfining av parametrar, diskreta eller fältvariabler och FSI-metod.

96, 2282

GNOME ACA (avslutat)
ScandiDos, Akzo Nobel, 2D fab och Acreo Swedish ICT
Kjell Lundgren juli-december 2017 Syfte och mål

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

För att realisera praktiskt tillverkningsbara dosimetervolymer, med hög antalsdensitet av strålningssensorer och minimal sekundärstrålning från metallelement, behövs metallfria adhesiv för flip-chip bonding komponenter. Det finns en stor potential och en konkret efterfrågan på lösningar för att skapa god kontakt mot grafenelektroder. Vid sidan av detta finns en stor potential för metallfria ledande häftämnen.

Planerat upplägg och genomförande

Projektets huvudutmaning 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

Den viktigaste insikten är att grafenbeläggningens mekaniska egenskaper bör förbättras. ACA behöver karakteriseras noggrannare. Kontaktytor mellan ACA partiklar och elektroder behöver karaktäriseras och eventuellt förbättras. Grafenbelagda partiklars ledningsförmåga måste förbättras. Framtidsutsikter

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.

Behov av framtida partner/expertis

Kompetens inom automatisk montering av mikroelektronik är nödvändig för att finna tillräckliga egenskaper och begränsningar.

107,105, 2271

Grafenbaserade flexibla och återvinningsbara ljuskällor för livsvetenskapliga applikationer (avslutat)
LunaLEC och Umeå universitet (Thomas Wågberg, Nano for Energy)
Andreas Sandström maj - oktober 2017 Syfte och mål LunaLEC tillverkar ljuskällor och har flera befintliga kunder som vill integrera tunna, lätta och billiga ljusfilmer i […] Syfte och mål LunaLEC tillverkar ljuskällor och har flera befintliga kunder som vill integrera tunna, lätta och billiga ljusfilmer i sina befintliga medicinska produkter. Ljuset stimulerar celler och förkortar behandlingstiden. För att kunna skala upp tillverkningen av ljuskällorna är det avgörande att LunaLEC identifierar en lösningsbaserad elektrod som kan ersätta nuvarande metallelektrod, vilken idag tillverkas genom termisk förångning av aluminium. Denna tillverkningsmetod är energiintensiv och långsam och är just den flaskhals som förhindrar tillverkning av ljuskällor i större skala, då alla andra tillverkningssteg redan sker med uppskalbar tryckteknik. LunaLEC har tillsammans med Thomas Wågberg tillverkat sulfonerad grafenoxid samt fluorinerad grafen och har därmed identifierat två grafenmaterial som kombinerar hög elektrokemisk stabilitet med hög dispersionsgrad. Dessa grafenmaterial är mycket lovande som elektroder i LunaLECs komponenter, och kan möjliggöra komplett rulle-till-rulle-tillverkning av lysande plastark. Genomförbarhetsstudien har syftat till utvärdera resursbehov samt identifiera ytterligare eventuella partners, för att genomföra ett 3-årigt projekt. Detta skulle ha gett oss ett bättre underlag för hur vi bäst ska genomföra detta kritiska utvecklingsmoment. Genom att vara väl förberedda och ha bra kunskap om vad vi måste uppnå, hoppades vi på att kunna introducera vår teknologi på marknaden 2020. Målet var att ta fram underlag och ett team för att genomföra ett större FoU-projekt med grafen som en viktig beståndsdel. Tre olika aspekter skulle verifieras:

Utförande av tidiga prototyper
Identifiering av utvecklingsresurser
Bekräftelse av personella och finansiella resurser från kunder

Effekter och resultat

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.

Projektet lyckades definiera flera applikationer där återvinning är viktigt för kunderna. Dessutom har vi testat ett antal angreppssätt för att använda grafen som katod, vilket gör framtida utveckling mer fokuserad. Projektet har legat till grund för fortsatt produktutveckling för både Nano for Energy och LunaLEC. Nano for Energy har fortsatt testa ett flertal grafen- och grafitmaterial i olika former, för att ta fram de bästa förutsättningarna för ett större projekt. Fokus har legat på att erhålla grafen med lägre funktionaliseringsgrad och därigenom en högre konduktivitet men med bibehållen dispersionsförmåga. De två större internationella kunderna, som visat intresse för att delta i det stora FoU-projektet, definierade parametrar för att gå vidare i projektform. LunaLEC har skickat prototyper baserade på traditionella elektrolyter för att demonstrera vad vi skulle kunna åstadkomma i ett projekt, som skulle syfta till att göra produkter baserade på grafen för att öka graden av återvinning. Kunderna har varit mycket restriktiva med att dela med sig av specifika krav på produkterna. Vad gäller medtech är det fortfarande svårt att få in extern kunskap även med tecknade sekretessavtal, då denna info är kritisk för framtida produkter hos bolagen. LunaLEC har däremot fått en mycket bättre förståelse för ytterligare applikationer, både med och utan grafen som beståndsdel. 26,107, 2271

Grafenförstärkt betong för lättviktsstängsel (avslutat)
Heda Skandinavien, SHT Smart High Tech, Chalmers tekniska högskola
Simo Järvelöv 1 maj - 31 oktober 2017 Syfte och mål Ett stängsel är vanligtvis konstruerat av stål, trä, cement eller tråd. Viktiga faktorer vid val av staket […] Syfte och mål Ett stängsel är vanligtvis konstruerat av stål, trä, cement eller tråd. Viktiga faktorer vid val av staket och material är säkerhetsplatsen, mått, lokalt klimat, tid och pengar. Kravet på prisvärda och mer effektiva stängsel ökar i Sverige på grund av kundernas intresse att sänka kostnaderna och ett ökat intresse av stängsel. På grund av den ständiga prissänkningen på stängselmarknaden, där kvalitet ställs mot priset, finns det ett behov av ständiga innovationer för att kunna förbli konkurrenskraftiga. Bristen på produktutveckling belastar arbetskraften och ger i slutändan sämre totalkvalitet. Målet för förstudien var att undersöka möjligheten att använda funktionaliserad grafen för lättviktsstängseltillämpningar för att uppnå mindre materialåtgång, snabbare härdningstid och lättare konstruktioner, med samma eller förbättrad hållfasthet. Förväntade effekter och resultat Konceptet att använda funktionaliserad grafen i cement förväntas bibehålla prestandan och samtidigt minska vikten och därmed bidra till en ny generation av bättre stängselmaterial. Den svenska byggsektorn kommer att ha nytta av förbättrade grafenbaserade lättviktsstrukturer för ett framtida hållbart byggande. Effekter och resultat Syftet med förstudieprojektet var att göra en konceptvalidering av att använda och tillsätta funktionaliserat grafen i cement för att minska vikten och samtidigt bibehålla de mekaniska egenskaperna. Både labb- och fältförsök har utförts. Resultaten pekar preliminärt på positiva förbättringar. Samtidigt är vår bedömning att ytterligare studier är nödvändiga för att optimera processparametrar i ett mer kontrollerat förhållande. Genom att tillsätta grafen uppnåddes en förbättring av kompressionsstyrkan, men den funktionaliserade gruppen behöver fortfarande optimeras för att få en mer verkningsfull inverkan från grafenbaserade material. Ett av målen var att utvärdera om det är praktiskt möjligt att hantera funktionaliserat grafenmaterial i fältapplikationer, där blandningen görs på plats eller i närheten. Under fältförsöken såg vi och upplevde flera saker som måste övervägas noga innan vi försöker att göra blandningen direkt på plats. Till exempel måste väderförhållanden och andra blandningsparametrar noggrant räknas med i ekvationen. Standardrecept och instruktioner för betonghantering är inte tillräckligt. Vi antar att denna förbättrade information kan presenteras som en instruktiv tabell till exempel, så att parametrar för blandning på plats kan justeras och vara praktiskt genomförbara av de personer som är involverade i att blanda betong. 105, 2271

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 Bakterier – som binder till och bildar biofilm – på medicintekniska produkter är mycket vanligt förekommande och kan både orsaka allvarliga […] Syfte och mål Bakterier – som binder till och bildar biofilm – på medicintekniska produkter är mycket vanligt förekommande och kan både orsaka allvarliga medicinska komplikationer för patienterna och stora ekonomiska konsekvenser för vårdgivarna. Därför vore ett prisvärt nytt material som effektivt kan förhindra att bakterier sätter sig på det, samtidigt som det är säkert för både patienter och miljö, en stor konkurrensfördel för en mängd olika medicintekniska produkter. I detta projekt vill vi kommersialisera vår nygjorda upptäckt att grafenkanter på en beläggning med vertikalt riktad grafen effektivt dödar bakterier. Hela projektet är strömlinjeformat för att ge kortast möjliga väg från den grundläggande upptäckten till en kommersiell produkt. Planerat upplägg och genomförande 2Dfab kommer att ta fram grafen av rätt kvalitet, två forskargrupper på Chalmers kommer att dels utveckla tillverkningsprocesser för att inkorporera grafen i polymerer och dels utvärdera materialens antibakteriella egenskaper. Wellspect kommer slutligen att använda de nya antibakteriella polymermaterialen för att utveckla nya eller förbättrade medicintekniska produkter. Resultat Målet var att utveckla en kostnadseffektiv tillverkningsprocess för polymermaterial med en antibakteriell yta. Det har projektet uppnått. 2Dfab bidrog med grafenprover och kunskap om grafens egenskaper. Forskargrupperna på Chalmers bidrog med bearbetning av grafeninnehållande polymerer (Kádár-gruppen) och utvärdering av antibakteriella egenskaper på framtagna prover (Mijakovic-gruppen). Wellspect bidrog med perspektiv från användare och tillverkare och krav på medicintekniska produkter. En relativt enkel tillverkningsprocess har utvecklats, innefattande extrudering med efterföljande kapning och etsning, som kan översättas till industriell skala. Effekterna av polymermatrisens egenskaper, extruderingsparametrar och grafeninnehåll undersöktes samt även steg för kapning och etsning av extruderade prover för att åstadkomma den önskade antibakteriella ytan. En grundläggande förståelse för den utvecklade tillverkningsprocessen har skapats och relevanta värden på faktorer har identifierats. Med enhetlig fördelning och orientering av grafenflingorna har grafeninnehållet stor inverkan på den antibakteriella effekten. Det är troligen direkt kopplat till avståndet mellan exponerade grafenkanter. Med den utvecklade tillverkningsprocessen kan en yta med mycket hög antibakteriell effekt (>99.9%) tillverkas. Användning av det antibakteriella materialet i medicintekniska produkter beror på hur kostnadseffektiv en uppskalad tillverkningsprocess kan bli. För att komma vidare och kunna bedöma kostnaden för den antibakteriella ytan behövs arbete på uppskalning av processen. Projektet har skickat två vetenskapliga artiklar för publicering och Wellspect har skickat in en patentansökan. 26,105, 2271

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 höga värmeledningsförmåga i tillämpningar där […]

Syfte och mål

Genomförbarhetsstudien syftade till att studera möjligheten att tillverka och använda grafenfilmers extremt höga värmeledningsförmåga i tillämpningar där god värmespridning och/eller förmåga till värmetransport kan ge lägre temperaturer på elektriska komponenter. I synnerhet inkapslade grafenfilmer och termisk ”strap” studerades. Vi ville också prova en ny-gammal konstellation av partners: Chalmers tekniska högskola (karakterisering), SHT Smart High Tech (tillverkning) och Saab (användare). Genomförbarhetsprojektets partners samarbetade också med en extern leverantör.

Genomförande

Projektet bestod av: • Studie och grafentillverkning för inkapsling i metall. Filmerna borde vara tjockare än 100 mikrometer. • Studie och tillverkning av film för värmeledande ”band”/”strap”. Filmer 10-100 mikrometer. • Karakterisering av värmeledningsförmåga och övriga relevanta mekaniska egenskaper • Mock-up för att visa prestanda i något applikationsliknande sammanhang. • Inventera världsmarknaden för liknande värmeledande produkter med grafen. • Studera om leverantörskedjan är lämplig.

Effekter och resultat

Grafenfilmer med tjocklekar 10-100 mikrometer syntetiserades och den uppmätta värmeledningsförmågan var 1200-1900 W/mK i planet. Den mekaniska styrkan var överlägsen jämförbar pyrolytisk grafit på marknaden. Draghållfastheten var ca tre gånger högre än grafit och vår grafitfilm klarar ca dubbelt så många bockningscykler jämfört med testade grafitark. Vi konstaterade att tillverkning av grafenfilm fortfarande kräver bättre processkontroll. Filmer under 100 mikrometers tjocklek ser fortfarande mycket lovande ut som värmetransportör. De kombinerar utmärkt värmeledning med övriga goda mekaniska egenskaper. Tjocklekar över 100 mikrometer, t.ex. för inkapsling av film i metall, är fortfarande svårt att tillverka. Det finns dock ett flertal processparametrar att arbeta med för att kunna få bättre filmer. Under genomförbarhetsstudien hann vi inte gör någon mock-up. Övrigt Det finns några enstaka värmeledande grafenprodukter på marknaden nu. De är ett välkommet tillskott för användare, men deras prestanda är fortfarande okända för oss. Konstellationen med akademin, SMT, end-user och extern SME-leverantör fungerade bra. Detta motiverar fortsättning i ett större projekt. 107,101, 2271

Grafen-förbättrad värmespridare för elektronik (avslutat)
Kungliga Tekniska Högskolan, Aninkco och Huawei Technologies Sweden
Jiantong Li, Kungliga Tekniska Högskolan sep 2017 - feb 2019 Syfte och mål Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva kylsystem i nästa […]

Syfte och mål

Detta projekt kommer att demonstrera grafen-förstärkt värmespridare för att möta efterfrågan på mer effektiva kylsystem i nästa generations elektronik, särskilt inom mobil elektronik, kommunikationsteknik och infrastruktur. Cirka 30 % av volymen i nuvarande helt aluminiumbaserade värmespridare kommer att ersättas med en tunnare grafenbeläggning (endast 10 % volym). På grund av att grafen har hög värmeledningsförmåga och låg massdensitet, kommer de nya värmespridarna att ha en viktminskning på minst 20 % och en ökad termisk verkningsgrad med ungefär 40 %. Med tanke på den breda spridningen och den enorma marknaden för mobil elektronik och kommunikationsteknik, kommer lättare och effektivare värmespridare skapa betydande samhälleliga fördelar och ekonomiska värden.

Upplägg och genomförande

De tre parterna Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Huawei Technologies Sweden AB och Aninkco AB, kommer att gemensamt utveckla en 3D-teknik för att tillverka grafenbeläggningar på ett effektivt, skalbart och kostnadseffektivt sätt.

Aninkco ska tillverka miljövänliga grafenbläck i stor skala.
KTH ska skriva ut grafenfilmer i en unik 3D-struktur för att göra det bästa av grafenets höga värmeledningsförmåga.
Huawei kommer att göra systematiska datorsimuleringar för att optimera 3D-strukturen och vägleda tillverkningen samt formulera testprotokoll för att karakterisera de slutliga komponenterna.

Resultat

I praktiken har vi lyckats tillverka tjocka (~ 200 mikron tjocklek) grafenbeläggningar på tunnare aluminiumsubstrat och genomfört jämförande test för att kontrollera att när 30% aluminium ersätts av en grafenbeläggning (9,6% vikt av den ursprungliga värmespridaren). Det erhållna grafenbelagda provet (20,4% lättare) uppnår nästan samma värmeledningsförmåga som de ursprungliga rena aluminiumproven. Denna forskning validerar experimentellt den utmärkta termiska prestanda hos grafenbeläggningar. Den lätta lösningen har stor potential för branschapplikationer, särskilt termisk hantering för elektronik. Jämfört med aluminium har grafenfilmer åtminstone flera gånger högre värmeledningsförmåga medan deras massatäthet är ungefär hälften av aluminium. Dessa meriter erbjuder goda möjligheter för detta projekt att utveckla den lätta lösningen. Men i praktiken är det utmanande att tillverka tjocka grafenbeläggningar. Och aluminiumsubstraten förhindrar också användning av hög glödgningstemperatur (> 2000 oC) för att optimera värmeledningsförmågan som i fristående grafenfilmer. För att lösa dessa problem formulerade vi stabila bläck med hög koncentration av orörd grafen (elektrokemiskt exfolierad grafen med få skikt, som kännetecknas av SEM och Raman) för att tillverka tjocka beläggningar via gjutning med flera passager och erhålla hög konduktivitet vid medium glödgningstemperatur. Emellertid behövs ofta höghastighetsbeläggningsprocess på icke-plan yta för industritillämpningar. Med stöd av SIP LIGHTer har vi genomfört ett uppföljningsprojekt för att utveckla skalbar sprutprocess för grafenbeläggningar på icke-plan yta för att driva grafenbeläggningen vidare mot industrialisering. Lab-to-fab-övergången kräver också tillförlitliga leverantörer av grafen av hög kvalitet och till låg kostnad. Olika kommersiella grafen utforskas i vår nya process. Vi söker också lämpliga grafenleverantörer som nya partners. 96,107,101, 2231

Grafenmodifierade kompositer för långtids- och högtemperaturapplikationer (avslutat)
RISE SICOMP, GKN Aerospace Sweden, Nexam Chemical och Woxna Graphite
Guan Gong, RISE SICOMP Sept 2017 - Feb 2019 Syfte och mål Målsättningen med projektet var att verifiera hypotesen att hållbarheten hos kolfiberförstärkt polymerkomposit (CFRP) ökar med grafen som […] Syfte och mål Målsättningen med projektet var att verifiera hypotesen att hållbarheten hos kolfiberförstärkt polymerkomposit (CFRP) ökar med grafen som funktionell barriär, för högtemperaturtillämpningar i flygmotorer. Resultat Grafenoxidmodifierad högtemperaturpolyimid (HT-PI) bearbetades till CFRP som barriär på kompositytan (beläggningsmetod) och som modifierad matris för kompositmaterialet (matrismetoden). En ~ 11 μm tjock beläggningsfilm innehållande 1 vikt% GO hindrade termisk oxidation av CFRP effektivt - vikten förlusten var 77% mindre efter 500 h och 60% mindre efter 1000 h exponering i luft vid 280 ° C jämfört med CFRP utan beläggning. Via denna matrismetod uppnåddes inte förväntad minskning av viktminskning. Orsaken upptäcktes emellertid och förbättringar kan göras. Projektet har stor potential både i teknisk och kommersiell synvinkel. De framgångsrika resultaten kommer att tillämpas av industripartner i deras framtida produkter och är till nytta för skapandet av tillväxtmöjligheter för grafen- och grafittillverkare / leverantörer, samt främjande av FoU och kommersialisering av grafenteknik i Sverige. Resultaten ger också vägledning för fortsatt FoU-verksamhet. Den förbättrade hållbarheten hos CFRP vid höga temperaturer kommer att öka användningen av polymera kompositvarianter som ersätter metallkonstruktioner i flygplansmotor, särskilt de varma delarna. Den förbättrade fuktspärren kommer också att öka användningen av existerande kompositkomponenter. Viktminskningen i flygplan förväntas därför vara minst 20% på systemnivå. Utmaningar i projektet har varit att dispergera grafen i lösningsmedel/harts, samt att utveckla kostnadseffektivitet i processerna av att bearbeta modifierade kompositer. Projektet bidrar till till mindre miljöpåverkan, tillväxt och/eller innovationseffektivitet genom att öka säkerheten och prestanda i flygplan, minska vikten av komponenter och minska gasutsläppen för gaser - för att spara bränsle, kostnader och utsläpp över flygmotorns livstid. En demonstrator har tagits fram och en ansökan om fortsatt projekt har beviljats inom ramen för SIO Grafen. 105, 2231

Multifunktionell kompositstruktur med hjälp av Grafen (avslutat)
Saab Aeronautics, 2D fab, Blackwing, Chalmers och UFABC (Universidade Federal do ABC)
Linnea Selegård, Saab Aeronautics sept 2017 - feb 2019 Syfte och mål Grafen, i kombination med kolfiber och epoxi, ska användas för att demonstrera ny funktionalitet för högt påkänd […]

Syfte och mål

Grafen, i kombination med kolfiber och epoxi, ska användas för att demonstrera ny funktionalitet för högt påkänd kompositstruktur i flygfarkoster. Demonstratorerna är mekaniska förband med fästelement (strukturskarvar) mellan kompositparter. Förbanden konstrueras och tillverkas för förbättrad hållfasthet, skadetålighet och elektrisk ledningsförmåga jämfört med idag använd teknik och är representativa för primära delar av flygplansskrov där 20 % viktbesparing bedöms vara möjlig. Låg vikt möjliggörs av mer effektiva förband (högre tillåtet hålkanttryck), lägre fuktupptagning och förbättrad elektrisk ledningsförmåga i laminaten, vilket minskar behovet av metall för blixtskydd och andra elektriska funktioner som skärmning och stomanslutning. Förproven som gjorts med 5 och 25 µm grafenflagor, dispergerade i flygkvalificerad 2-komponent epoxi, har visat att processen vi använder fungerar väl med avseende på både tillverkning och laminatkvalitet.

Planerat upplägg

Grafen kommer att användas i våtimpregnerad kolfiberväv med epoxi som innehåller en relativt hög halt av grafenflagor och, där det ger förbättrad funktion, även kolnanorör. Våtimpregnerad väv kombineras i Saabs demonstrator med kolfiber/epoxi prepreg i laminat som dimensioneras och tillverkas enligt den modellering och simulering av hybridkompositmaterial som Chalmers bidrar med. Saab konstruerar och tillverkar laminat och förband som är representativa för nästa generations civila passagerarflygplan. Blackwing har motsvarande aktiviteter representativa för sportflygplan i kolfiberkomposit. Ett lågt tillåtet hålkanttryck begränsar idag kolfiberkompositens användning inom flyg och andra branscher, där sammanbyggda produkter används. Potentialen för grafen kan vara mycket stor.

Resultat

Syftet med projektet var att introducera grafen i epoxibaserade kolfiberkompositer och därigenom producera multifunktionella, lätta material för luftfartsapplikationer. Fyra huvudbegränsningar av den för närvarande använda kolfiberarmerade plasten behandlades: 1. Hög inneboende sprödhet 2. Begränsad bultlagerstyrka 3. Dålig elektrisk ledningsförmåga - behov av metalliskt skydd mot blixtnedslag 4. Betydande fuktupptag Vi har genom en kombination av experimentella studier, simuleringar och modellering visat att tillsats av små mängder grafen (0,5-3%) i epoxibaserad komposit ger en förbättrad styrka tillsammans med förbättrad elektrisk ledningsförmåga och minskad fuktig absorption. Den ökade konduktiviteten har potential att minska behovet av de tunga, metalliska skydd mot blixtnedslag som används idag inom flygindustrin. Den förbättrade styrkan tillsammans med den minskade fuktupptagningen möjliggör också en mindre konservativ design. När det implementeras i en flygplanstruktur skulle detta nya material minska materialbehovet, flygplanets vikt och därmed bränsleförbrukningen vilket i sin tur minskar koldioxidutsläppet. Resultaten var över våra förväntningar där man redan vid små grafeninnehåll observerade en tydligt minskad skada vid blixtnedslag. Demonstratorer producerades med användning av epoxi med olika nivåer av grafenförbättring och testades med användning av blixtar upp till 90 000 A. Redan visades mycket tunna lager av grafenförstärkt epoxi förbättra skyddsförmågan. Den demonstrerade förbättringen belyser potentialen att använda sådant material för lättflygningsapplikationer. Grafenmaterialet karakteriserades med användning av olika typer av mikroskopitekniker, men projektet fokuserade dock främst på optimerad dispersion och erhållna funktionaliteter. Projektet har resulterat i flera konferensbidrag: • B. J. Blinzler, R. Larsson, K. Gaska, R. Kádár. Den 14: e internationella konferensen om flödesbearbetning i kompositmaterial. 2018 • B. J. Blinzler, R. Larsson, D. J. Carastan, D. V. A. Chiaretti, M. K. M. Mortugui, A. G. Táboas. ICCE-26, 26: e internationella konferensen om kompositer / Nano Engineering, Paris, Frankrike. 2018 • Felaktig förutsägelse i fiberförstärkta kompositer baserade på kontinumskada mekanik. S. A. C. de Oliveira, R. Larsson, M. Donadon, A. de Faria, L. Selegård. 7: e ECCOMAS temakonferens om mekanisk respons av kompositer: KOMPOSITER 2019. 2019 • Grafenarmerade kolfiberkompositer för förbättrade materialegenskaper. L. Selegård, D. Carastan, B. Blinzler, S. Forsberg, R. Larsson. Euromat 2019 Utöver konferenserna skrivs just nu en rapport och 2-3 artiklar planeras. Grafen har en stor potential att användas i aeronautiska lätta applikationer och det finns redan produkter som utvecklas på marknaden. En utmaning när man implementerar nya typer av tillsatser i strukturella material är emellertid de stränga kvalifikationerna och certifieringarna som krävs för flyg- och rymdapplikationer. Det mest lämpliga tillvägagångssättet kan följaktligen vara att utföra implementering steg för steg. Användning av konstruktioner där ett ledande polymerbaserat blixtnedslagskikt separeras från den bärande strukturen kan vara det naturliga första steget. Samarbete med andra partners är helt klart fördelaktigt där det nya materialet kan demonstreras i andra mindre konservativa applikationer som i sin tur tydligt förkortar implementeringstiden också för flyg- och rymdapplikationer. Diskussioner om ett uppföljningsprojekt pågår. 105, 2231

Grafen på fartygsskrov för minskad korrosion och påväxt (avslutat)
SHT Smart High-Tech Aktiebolag
Lilei Ye 2016-2017 Syfte och mål Projektet var en förstudie som skulle undersöka potentialen att använda grafen för att utveckla miljövänliga ytbeläggningar för förbättrat skydd […] Syfte och mål Projektet var en förstudie som skulle undersöka potentialen att använda grafen för att utveckla miljövänliga ytbeläggningar för förbättrat skydd mot korrosion och påväxt på marina strukturer. Grafenbaserade ytbeläggningar (GCM) skulle kunna leda till att användningen av offeranoder som avger giftiga metalljoner till det marina ekosystemet kan minskas. En bättre ‘anti-fouling’-bottenfärg för fartyg kan leda till förbättrad energieffektivitet genom minskad bränsleförbrukning och minskade utsläpp av växthusgaser från sjöfart. En ny färg förväntas stimulera grafenindustrin och gynna färgbranschen i Sverige. Planerat upplägg och genomförande

State-of-the-art litteraturstudie på marina ytbeläggningar
Studera olika grafenmaterial som skulle kunna användas till ytbeläggningsmaterial
Utvärdera den antikorrosiva egenskapen hos grafenbaserade ytbeläggningar och att testa de påväxthindrande effekterna. Om förstudien ger lovande resultat, kommer vi att fortsätta med mer djupgående studier och tester. Grafenbaserade färger förväntas ersätta konventionella färger eller ta en stor marknadsandel från beläggningsmarknaden.

Effekter och resultat Förstudien har undersökt potentialen att använda grafen som miljövänligt beläggningsmaterial för att skydda marina strukturer som fartyg och offshoreanläggningar från biofouling och korrosion. Från litteraturen beskrevs att grafen platelets, grafenoxid och reducerad grafenoxid har applicerats som ett barriärskikt både för anticorrosion och antifoulingapplikation. Två typer av funktionaliserad grafen har framställts inom projektet. Det primära anti-foulingtestet undersökte effekten av toppbeläggning och färgning med grafen som fyllmedel vid avveckling av bakterier från naturlig havsvatten. Vår litteraturundersökning visar att grafen har betydande barriäregenskaper i polymersubstrat. Från försöksprovet skulle ett väldisperserat grafenbaserat material i polymermatrisen vara den kritiska faktorn för att säkerställa funktionaliteten och stabiliteten hos skyddseffekten. De grafenbaserade materialen som har undersökts visar god potential som antikorrosions- och antifoulingmedel. Vi behöver fortfarande en djupare förståelse för den specifika arbetsmekanismen för grafenbaserade material. En systematisk studie av antifouling, korrosionsskydd och långsiktigt miljöpåverkan av grafenfärger måste undersökas ytterligare, vilket förväntas ta 2-3 år. Volymproduktionen av grafen, kvalitet och pris är också ett problem när det gäller att påverka framtida kommersialisering av grafenfärger i marina tillämpningar. För att fortsätta behöver vi hitta en partner som har mer erfarenhet av anti-korrosion och anti-foulingfärg, för att tillsammans med vår kunskap kunna välja rätt kombination av färg och grafenbaserat material. Vi behöver också en partner som är slutanvändare, som kan styra oss både till rätt tillämpning och en framtida potentiell marknad. 103, 1932

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 form av ökad verkningsgrad, ökar livslängden […]

Syfte och mål

Lågfriktionsbeläggningar är av stort intresse i industriella tillämpningar där minskad friktion ger fördelar i form av ökad verkningsgrad, ökar livslängden på maskiner och anläggningar och ger förlängda underhållscykler. Projektets mål är att ta fram en högpresterande lågfriktionsbeläggning baserad på grafen och introducera denna på marknaden. Ett viktigt mål är att ta fram en demonstrator som visar fördelarna med en grafenbaserad lågfriktionsbeläggning. Under projektets gång förväntas en ökad förståelse och fördjupad kompetens kring hur grafen påverkar lågfriktionsbeläggningens egenskaper.

Planerat upplägg och genomförande

Den grafenbaserade beläggningsformuleringen kommer att anpassas till de krav som inhämtas från slutanvändarna och marknad. Verifiering görs i material- och tribologiska tester och återkopplas för utveckling och optimering av beläggningen. Ett optimerat material appliceras på demonstratorn och resultat verifieras i rigg- och fullskaletester. Testresultat analyseras av projektdeltagarna med målsättning att nå en färdigtestad lösning vid projektets slut. Som stöd för marknadsintroducering av beläggningen kommer olika aktiviteter att genomföras i implementeringsfasen av projektet.

Resultat

I tribologiska situationer är det viktigt att ta hänsyn till komponenten, dess motyta och smörjmedel. Ett helhetsgrepp har tagits i projektet genom att inkludera flera komponentmaterial och grafenbaserade beläggningar på komponenten samt flera olika tätningsmaterial i en omfattande utvärdering.

Tester som genomförts visar att en komponent inklusive tätningar som behandlats med grafenbeläggning, får en radikalt sänkt start och rörelsefriktion jämfört med standardutförande. Friktionen är på en stabil nivå och läckaget av olja obefintligt.
Projektet har varit av stort värde för parterna som lärt sig mycket om grafenbaserade lågfriktionsbeläggningar och ytor i ett tribologiskt sammanhang.
Viktig kunskap är att det är stora variationer i egenskaper samt pris beroende på materialkälla och tillverkningsmetod, samt att grafen avsevärt har förbättrat de tribologiska egenskaperna och den mekaniska styrkan hos beläggningen.

Projektet har uppfyllt merparten av de satta målen, även om kommersialiseringen gjordes efter projektets slut.

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

Lågfriktionssbeläggningen kan användas för att förbättra de triboligiska egenskaperna på olika delar (till exempel ledstänger, räls, glidbanor). Några fördelaktiga egenskaper:

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

103, 1932

Saintshield DX3-Bulletproof (avslutat)
Saintpro AB, 2D fab AB
Roro Yakoub 2016-2017 Syfte och mål Förstudien genomfördes av Saintpro AB och 2D fab AB. Saintpro utvecklar och säljer personlig skyddsutrustning, Saintshield DX3-Bulletproof, i […] Syfte och mål Förstudien genomfördes av Saintpro AB och 2D fab AB. Saintpro utvecklar och säljer personlig skyddsutrustning, Saintshield DX3-Bulletproof, i vilka polykarbonater (PC) är en viktig komponent. 2D fab tillverkar grafen som väsentligt kan förbättra egenskaperna hos PC. Målet var att göra initiala försök hos Saintpros produktionspartner för att identifiera möjligheter och svårigheter med tekniken samt göra en första översyn av Intellectual Property rights (IP) inom området. Projektet syftar till att gå från 'lab' till 'fab', det vill säga att utnyttja forskningsresultat för att framställa nya bättre produkter. Förväntade effekter och resultat Grafen förväntas kunna förbättra egenskaperna hos PC, vilket skulle förbättra Saintpros produkter, som direkt skulle gå ut på marknaden via etablerade försäljningskanaler. 2D fab skulle få en kund och möjligheter att utveckla materialet för andra kunder och andra typer av kompositer. Planerat upplägg och genomförande

Kontakter och identifiering av lämpliga partners för compounding och testning, exempelvis SP, Swerea och någon inom akademin. Det finns även ett antal potentiella kommersiella partner som ska kontaktas.
Skapa ett nätverk av intressenter som kan genomföra ett innovationsprojekt.
Framställa grafen med olika oxideringsgrad - initiala försök att blanda grafen i PC med hjälp av melt blending.
Test av melt blended PC i formsprutning, samt mekanisk testning och utvärdering.
Första översikt av IP.

Effekter och resultat Förstudien har undersökt om de mekaniska egenskaperna hos polykarbonater (PC) kan förbättras med inblandning av grafen. Slutmålet är att ta fram skottsäkra produkter. Marknaden för personlig skyddsutrustning omsätter mer än 20 miljarder SEK årligen, vilket ger projektet en betydande potential. Det finns också många andra områden där polymerer med hög slagstyrka är av stort intresse. Förstudien genomfördes av Saintpro och 2D fab, med hjälp ett företag i Vansbro (Bobeplast) som formsprutade prover. PC (polykarbonat) och grafen, med olika ytegenskaper och med olika mängd inblandning, producerades och pelleterades för att sedan formsprutas i form av 1,5 x 180 mm skivor. Skivorna bakades sedan i Autoklav i olika antal, för att simulera tjockleken på våra ballistiska sköldplattor. Två försöksomgångar genomfördes under förstudien. Testresultatet visade en förbättring med grafen/PC jämfört med rent PC. Skarpa testsskjutningar genomfördes för att se hur materialet beter sig. I försöksomgång två lyckades vi stoppa 3 skott av 9 mm standardkaliber, vilket var fler än förväntat. Vi har också byggt en värdekedja med företag som kan tillverka PC/grafenkompositer i form av pellets i större skala. Med hjälp av förstudien har vi också vi sett till att företag med befintlig maskinpark har upptäckt grafen och dess egenskaper när vi formsprutade skivorna. Vi har ett flertal prospekt som är mycket intresserade av den typ av skottsäkra produkter vi tänker producera. Resultaten av förstudien stärker förhoppningarna att kunna tillverka PC/grafenkompositer med egenskaper som kan göra personlig säkerhetsutrustning skottsäker. 105, 1932

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 grafens termiska egenskaper och […]

Syfte och mål

I detta projekt skulle SaltX Technology (ClimateWell) i samarbete med Chalmers Industriteknik (CIT) exploatera grafens termiska egenskaper och kemiska stabilitet. En ny matris skulle utvecklas för den termokemiska värmepumpsteknologin, patentskyddad av SaltX Technology.

Delmål, utveckling av:

Chalmers Industriteknik: Kostnadseffektiv tillverkning av en grafensuspension.
SaltX Technology: Teknik för tillverkning av sammanhängande grafenflak. Integrering av salt i grafenmatris. Ökad effekttäthet med grafenmatris för demonstratorer.
SaltX Technology och Chalmers Industriteknik: Efterbehandling för ökad värmeledningsförmågan mellan grafenflaken.

Förväntade effekter och resultat

SaltX Technology har utvecklat en termisk solfångare som kan minska energiförbrukningen med 90 %, samt en komponent integrerad i gasdrivna varmvattenberedare som kan uppnå en energireduktion på 50 %. Ett lyckat resultat ger förbättrad konkurrenskraft i dessa applikationer. Grafensuspension kombinerat med beläggningsmetod kan vara till stor nytta för många andra industrier. Den strategiska betydelsen för Sverige är att SaltX Technology kan tillhandahålla en världsunik absorptionsprocess och snabbt leverera ut industriellt tillgänglig teknik till marknaden tack vare redan pågående kundprojekt med stora OEMs.

Planerat upplägg och genomförande

Projektet kommer att genomföras uppdelat i 5 arbetspaket: 1 - Optimering och utvärdering av grafensuspension 2 - Utveckling och utvärdering av tryckteknik av grafensuspension på cellulosafibersubstrat 3 - Utveckling av härdningsmetod av belagd grafen 4 - Saltintegrering i framtagen grafenmatris samt post-integreringsinspektion 5 - Verifiering och validering av grafenmatris i valda demonstratorer Kunskapsöverföring kommer att ske genom att projektgruppen aktivt nätverkar och deltar i de workshops som SIO Grafen arrangerar.

Resultat

Nya och viktiga partners har kopplats in för att utveckla grafenteknologin hos SaltX Technology. Detta har möjliggjort att betydligt större steg mot storskaliga processer har tagits i de tidiga arbetspaketen, än vad som kunde förutses före projektstarten. Därför kunde delresultaten i arbetspaket 1-3 infrias. Projektet har tillverkat en grafensuspension med en högre koncentration och i större volymer, och har utvecklat en appliceringsteknik av grafenflagor och efterbehandling med värme och tryck. Detta har lett till avsevärda förbättringar av värmeledningsförmågan. Däremot krävs det mer arbete kring hur saltet kan integreras med grafenet (arbetspaket 4). Projektet har avsevärt ökat kunskapen kring grafen och lagt en väldigt bra grund inför en framtida industriell tillverkning. En demonstrator har byggts inom projektet, vilken har visat att vi är på rätt väg. De viktigaste insikterna är att grafenmaterialet i matrisen både kan fungera som god värmeledare i planet, samt att när grafenmaterialet är sammanfogat med SaltX Technologys salt, kan ledningsförmågan inom salt-massan förbättras. Dessa två fördelar innebär att vi kan ta bort dyra och korroderande metalldelar i matrisen. Ytterligare en insikt är att grafenet går att producera och applicera i stor skala. En klar förbättringspotential kunde observeras tack vare integrering av grafen, men grafen-matrisen behöver alltså vidareutvecklas innan nya produkter kan tas fram. Den grafen-baserade matrisen beräknas vara produktifierad för försäljning under början av 2020. 101, 1932

Barriärbestrykning av grafen för pappersförpackningar (avslutat)
BillerudKorsnäs och SP
Thomas Gillgren, BillerudKorsnäs 2016 Syfte och mål Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande grafenfilm för […] Syfte och mål Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande grafenfilm för kartong med förbättrad adhesion, elektrisk ledningsförmåga och barriäregenskaper lämpliga för pappersförpackningar. Planerat genomförande Den täta strukturen hos grafen ger materialet barriäregenskaper, vilket gör det attraktivt i förpackningstillämpningar. Initiala undersökningar har indikerat att det är möjligt att formulera en vattenbaserad dispersion av grafen med bindemedel för utveckling av grafenbeläggning på papper för förpackningsapplikationer. Ett problem som återstår att lösa är att öka adhesionen mellan beläggningen och pappret utan att ge avkall på den elektriska ledningsförmågan eller barriäregenskaperna. Effekter och resultat Ett lyckat resultat skulle utgöra en komponent för att tillverka högteknologiska pappersförpackningar, baserad på vattenbaserad bestrykningsteknik, vilket gör att tillverkningsprocessen blir både miljövänlig och ekonomiskt fördelaktig. Detta kan i förlängningen ge svensk pappersindustri en konkurrensfördel.

I studien lyckades vi framställa vattenbaserade grafendispersioner av hög koncentration. Utöver det lyckades vi formulera och applicera grafenbaserade bestrykningar för kartong. Mätningar visade att grafenbestruken kartong hade lägre vattenångtransmission än kartong med motsvarande bestrykning utan grafen. Provernas elektriska ledningsförmåga låg i nivå med den hos liknande prover från tidigare undersökningar.
Vi uppfyllde alla uppsatta mål, men på andra vägar än exakt de planerade. Vi hade höga förväntningar vilka mestadels lyckades uppfylldes. Vi lärde oss mer om hur man dispergerar grafen i vatten.
Vi tror på grafen inom vårt tillämpningsområde – pappersförpackningar – och kommer därför att jobba vidare med grafen. Vi tror att vi skulle kunna lansera en grafenbaserad produkt inom en tioårshorisont. För att gå vidare saknar vi främst sådan kunskap som vi inte tror finns ännu.

103, 1274

Grafenbaserat korrosionsskydd med antifouling egenskaper för plattvärmeväxlare (avslutat)
Alfa Laval Lund, SP och KTH
Olga Santos, Alfa Laval 2016-2017 Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom användning av grafen och relaterade […]

Syfte och mål

Syftet med projektet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom användning av grafen och relaterade material (GRM) som specialtillverkats för ändamålet. För att passa olika krävande vattenbaserade tillämpningar bör beläggningen ge korrosionsskydd i krävande marina miljöer upp till 90 °C och samtidigt förhindra påväxt i processvatten från exempelvis livsmedelsindustrin.

Förväntade effekter och resultat

Beläggningen skall vara färdig för validering av Alfa Laval tillsammans med utvalda slutanvändare under 2017-2018. Genom att ersätta titanbaserade värmeväxlare med belagt rostfritt stål kan kostnaderna minskas med 60-70 procent. Marknadsstorleken för kostnadseffektiva belagda plattvärmeväxlare uppskattas till 120 miljoner € per år.

Resultat

Ett grafen eller grafenrelaterat material (GRM) baserat beläggningssystem har utvecklats för plattvärmeväxlare i krävande vattenhaltiga applikationer. Beläggningen utvecklades för att erhålla ett värmeledande korrosionsskydd och anti-biofouleringsskikt på rostfritt stål. För att uppnå en grafenbeläggning med god vidhäftning på den rostfria ytan måste olika parametrar väljas, såsom: ytbehandling, användning av primers, ett lämpligt bindemedel, grafenplättens storlek och tillsättning av additiv. Den utvecklade beläggningen befanns vara resistent mot 3,5% NaCl vid 85 ° C. De långsiktiga barriäregenskaperna hos belagda plattvärmeväxlare, som planerades att utvärderas av Alfa Laval, har inte avslutats på grund av svårigheter att spruta beläggningarna på värmeväxlarplattorna. Under projektet upptäcktes att bindemedlets natur och storleken på grafenplättarna var kritiska för en bra prestanda av beläggningen i korrosiva miljöer. Även om grafenbaserade beläggningar har en stor potential som både korrosions- och antifoulingapplikationer, är det inte möjligt att använda det i kommersiella beläggningar för plattvärmeväxlare under de närmaste åren. Följande utmaningar hindrar grafenbeläggningar kommersialisering för plattvärmeväxlare applikationer: • Pålitlig kvalitet • Uppskalning av produktionen • Appplieringsmetoder • Konkurrenskraftigt pris Projektet skulle haft nytta av att ha en partner med erfarenhet av att spraya grafendispersioner på värmeväxlareplattor. 103, 1274

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 Syfte och mål Detta FoI-projekt syftade till att i större skala kunna ta fram prototyper på grafenförstärkta betongpålar samt möjliggöra […] Syfte och mål Detta FoI-projekt syftade till att i större skala kunna ta fram prototyper på grafenförstärkta betongpålar samt möjliggöra kommersiell tillverkning av funktionaliserat grafen. Projektet vidareutvecklade tidigare forskningsresultat där små provkroppar med cementpasta påvisat att rätt funktionaliserat grafen kan öka betongens tryckhållfasthet med upp till 50 %. Planerat genomförande Centrum Påle AB, tillverkare av betongpålar koordineraed projektet och SHT Smart High Tech AB utvecklade och tillverkade funktionaliserat grafen tillsammans med två forskningsgrupper på Chalmers Tekniska Högskola med spetskunskaper om grafen respektive betong. Projektet genomfördes genom olika aktiviteter inklusive uppbyggnad av pilotskaleanläggning för ytbehandling av grafen; tillverkning och karaktärisering av funktionaliserat grafen; karaktärisering av grafenförstärkt betong; hållfasthet- och beständighetsprovning, livslängdsanalys samt hållbarhetanalys. Resultaten har disseminerats och exploaterats genom olika demonstrationer, presentationer samt vetenskapliga och populärvetenskapliga publikationer. Förväntade effekter och resultat Genom ökad hållfasthet tillåts tillverkning av lättare och mindre betongkrävande konstruktioner. En lättare konstruktion (påle i det här fallet) blir en billigare produkt då råvaruåtgången av framförallt cement är lägre samtidigt som dyra transportkostnader kan hållas på ett minimum. Starkare och billigare betongkonstruktioner kan på sikt tänkas sänka de genomsnittliga byggpriserna. Dessutom står dagens betongindustri för cirka 7 procent av världens CO2-utsläpp och en minskning av utsläppsnivåerna via ett minskat betongbehov är mycket positivt. Resultat

Projektet har lyckats skala upp tillverkningen av funktionaliserat grafenoxid (FGO) från labbnivå till pilotskalenivå med en produktionskapacitet på nära 100g FGO/batch och en helautomatisk produktionsprocess. Med den ökade kapaciteten kunde dagliga gjutningar av FGO-förstärkta betongprovkroppar utföras och det slutliga betongreceptet uppnådde en hållfasthetsökning på som bäst 25 % mot referensbetong. Vi har med detta lyckats visa att det under vissa förhållanden går att få en signifikant hållfasthetsökning inte bara på labbnivå, utan även på fabrikstillverkad betong, dessutom i betong med superplasticerare (flyttillsatsmedel). Principen och processen fungerar men fortsatta försök i större skala behövs och planeras för att öka reproducerbarheten.
Vi uppnådde 25 % hållfasthetsökning mot referensen i pilotskalenivå, vilket är en stor framgång då referensbetongen är tillverkad i en av de högsta hållfasthetsklasserna på marknaden. Generellt var målsättningen i projektet hög, men en stor del av resurserna gick åt till att optimera samspelet mellan flyttillsatsmedel och FGO. Projektets resultat visar att det är viktigt att anpassa metoder för tillförsel av FGO beroende tillsatsmedels egenskaper. Detta ger en stark vägledning för framtida processutveckling för tillverkning av grafenförstärkt betong.
Den viktigaste insikten var att processen ställer stora krav på grafenets storlek, morfologi samt själva funktionaliseringen. Processen är dessutom känslig för kontaminering och moment som lagring, dosering och blandning av FGO är kritiska för nanopartiklarnas utblandning och därmed den slutliga hållfasthetsökningen i betongen. Det visade sig också vara svårare än väntat att skapa repeterbara resultat. Trots synbart samma procedurer varvades positiva resultat med negativa. Stora mängder provning gick åt till att försöka hitta felfaktorer i produktionskedjan.
Framtidsutsikterna för grafenförstärkt betong är goda, även om de första produkterna kanske ligger några år fram i tiden. I ett större perspektiv kan projektet vara en pusselbit på vägen mot industriell grafenförstärkt betong. Den uppskalade pilotanläggningen kan exempelvis vidareutvecklas för att nå bättre stabilitet och repeterbarhet.
Vi saknar en partner med analyskunnande på atomnivå för att gå vidare.

105, 1274

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 Syfte och mål Projektet skulle utnyttja grafens speciella egenskaper och utveckla nya grafenbaserade sensorer, för att dokumentera och verifiera betongens beständighetsegenskaper i konstruktionen, genom […] Syfte och mål Projektet skulle utnyttja grafens speciella egenskaper och utveckla nya grafenbaserade sensorer, för att dokumentera och verifiera betongens beständighetsegenskaper i konstruktionen, genom att mäta dielektriska egenskaper och resistivitet. Möjligheten att kunna mäta betongens hårdnande och beständighetsegenskaper under bygg- och driftskedet är i dag begränsat på grund av att nuvarande sensorer inte är långtidsstabila. Därför är den vanligaste tekniken att övervaka temperaturutvecklingen under byggskedet och använda detta som en indikation på hållfasthetsutveckling samt att gjuta in elektroder för att mäta korrosionspotentialer. Men ingen av dessa mätmetoder ger någon information om betongens beständighetsegenskaper och hur dessa förändras med tiden. Med en total årsförbrukning på mer än 4,2 miljarder ton, är betong ett av de mest använda materialen och primärt det som används inom byggnation av infrastruktur, vilket gör potentialen för sensorer mycket stor. Planerat upplägg och genomförande I projektet deltar Thomas Concrete Group, Chalmers tekniska högskola (institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap samt institutionen för Bygg- och miljöteknik) och SHT Smart High Tech AB. Utformning av olika sensorer kommer att undersökas för ett erhålla optimal upplösning och långtidsstabilitet. Sensorerna ska gjutas in i färsk betongmassa och mätningar med sensorerna ska göras för att bestämma bindetid och utveckling av porstrukturen i den hårdnade betongen. Mätningar kommer samtidigt att genomföras med andra metoder, för att korrelera med sensorernas mätvärden. Effekter och resultat Det huvudsakliga målet var att utveckla en stabil och beständig sensor för mätning av betongens hårdnande och beständighetsegenskaper under bygg- och driftskedet. Sensorsystemet baseras på fyra elektroder (Wenners fyrapunktsmetod), där elektroderna består av grafen-modifierad cementpasta vilken har en hög elektrisk ledningsförmåga och god kompabilitet med betong. I studien genomfördes många försök för att hitta den bästa blandningen av grafen och andra fillers, som gav den bästa elektriska ledningsförmågan men som också gav en stabil signal med den lägsta variationen. De elektroder som hade de bästa egenskaperna gjöts in i betong och användes för att mäta hur dess resistivitet förändrades under cementhydratiseringsprocessen. I förstudien har en användbar sensor utvecklats som tros uppfylla de krav som kan ställas på en sådan. Sensorn har påvisats att fungera för mätning av betongens resistivitetsutveckling, vilken har en mycket stark koppling till betongens materialegenskaper och porstruktur. Projektet har gett insikten att funktionella material, som grafen, gör det möjligt att förändra och styra materialegenskaper. Det är till exempel möjligt att radikalt ändra den elektriska ledningsförmågan, så att cementbaserade material kan användas som sensorer. Denna utveckling sker i en rasande takt. Det finns andra som till exempel utvecklat och patenterat grafen-modifierad cement med piezoelektriska egenskaper. I nästa steg är utmaningen att utveckla ett komplett mätsystem, som inkluderar anslutning, strömförsörjning, datainsamling och bearbetning. För denna del finns det behov av partners som arbetar med elektronik och mätsystem. 107, 1274

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 Syfte och mål Projektets mål var att skapa förpackningsmaterial vars grafenbarriärer vida överträffar dagens barriärer trots låg halt. Papper, pappersmassa […] Syfte och mål Projektets mål var att skapa förpackningsmaterial vars grafenbarriärer vida överträffar dagens barriärer trots låg halt. Papper, pappersmassa och förpackningar är viktiga områden för svenskt näringsliv. Grafen har potential att revolutionera dessa områden i och med materialets fantastiska materialegenskaper. Den industriella potentialen är enorm. Visionen är att ersätta aluminiumfolie i förpackningar vilket skulle leda till nya miljövänliga förpackningsmaterial och förbättrad återvinning. Projektet samlar industri, institut och akademi längs hela värdekedjan från råmaterial till färdig produkt. Planerat upplägg och genomförande Projektmålet ska åstadkommas genom orientering av nanoflak av grafen till tunna skikt, kombinerat med kristallisering av materialet mellan flaken. Nya metoder tas fram för att åstadkomma orienteringen i både dispersioner och polymersmältor. Tunna, reproducerbara dispersionsbeläggningar med orienterade nanoflak av grafen framställs genom skumning med kontrollerad tjocklek, lamellarkitektur och reologi. Skummet får kollapsa på pappersytan till ett tunt grafenskikt. Före extrudering täcks plastgranulerna med ett ytlager av grafen-nanoflak, och välkontrollerade flödesfält i dysan ger ett tunt, orienterat grafenskikt i centrum av beläggningen. Kristallisering av materialet mellan flaken leder i bägge fallen till ytterligare förbättrade barriäregenskaper. Projektet fokuserar på och utvärderar strukturer som ger höga syrebarriärer, och korrelerar dessa till process och materialparametrar. Beläggningarna utvecklas stegvis för att åstadkomma bästa möjliga barriär med minsta möjliga mängd grafen. Resultat Projektet syftade till att ersätta aluminiumfolie i förpackningar, vilket skall leda till nya miljövänliga förpackningsmaterial. Målet var att reducera syrgaspermeabiliteten med 90 % vid låga halter av grafenflak i extruderade och skummade filmer. Försök visar att det är möjligt att använda befintlig industriell utrustning för att applicera och orientera flaken. Däremot krävs mer forskning kring råmaterialegenskaperna hos tillsatta grafenoxidflak och kompatibiliteten mellan flak och matris, för att på ett stabilt sätt reducera syrgaspermeabiliteten vid låga grafenhalter. Resultaten visade på en reduktion av syrgaspermeabiliteten i polyeten (PE) med cirka 90 % vid 7,5 wt % grafen och i PVOH-filmer med 60 % vid 0,5 wt % grafen (låg reproducerbarhet). Grafenflaken var orienterade vinkelrätt mot syrgastransporten i både extruderade och dispergerade filmer. Projektet har uppnått god förståelse för mekanismerna som styr syrgastransporten. Flakegenskaper, exfoliering, kompatibilitet och aggregering är viktiga. Två demonstratorer har tagits fram med extrudering och med skumning i pappersbestrykningsmaskin, som visar på goda möjligheter att applicera teknologin industriellt. Däremot återstår mer arbete för att uppnå önskade barriäregenskaper på ett reproducerbart sätt. Det krävs mer kunskap kring grundläggande egenskaper hos de tillsatta grafenflaken och kompatibiliteten mellan grafenflak och omgivande matris. 103, 1274

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 Syfte och mål Målet med projektet var att uppvisa högpresterande grafensensorer med transistorer på grafen på kiselkarbid (G-SiC) för att selektivt kunna […] Syfte och mål Målet med projektet var att uppvisa högpresterande grafensensorer med transistorer på grafen på kiselkarbid (G-SiC) för att selektivt kunna detektera enskilda molekyler som begärts av slutanvändaren. Arbetet har fokuserats på sensordesign, prestanda, utbyte (yield), kostnad och produktpotential. Planerat genomförande I den första fasen i projektet har vi visat förmågan att producera transistorstrukturer av god kvalitet i skivskala, vilket användes för att tillverka glukossensorer med hög känslighet (nM ~ μM). Tack vare det goda resultatet från första fasen av SIO Grafen-projektet har man lyckats fånga intresset från svensk industri. Viktigast är att Pamitus, ett svenskt SMF, och Nationellt Forensiskt Centrum (NFC) har gått med som partners i konsortiet. Pamitus kommer att bidra med elektronik och gränssnitt till sensorer och slutanvändaren. NFC kommer att bidra med specifikation, krav och realtidsverifiering av sensorerna tillverkade genom projektet. Den gemensamma ansträngningen och komplementerande kompetens inom konsortiet, kommer att möjliggöra att ta grafensensorer från labbet till marknaden. Med ett fortsatt stöd av Vinnova är planen att utöka och verifiera sensorer för fler tillämpningar såsom bio- eller kemo-sensorer för forensik, jordbruk och medicin. Vi får då möjlighet att utveckla produkter för fler behov och en betydligt bredare marknad. Effekter och resultat Grafen på kiselkarbidskivor tillverkades och dessa gick sedan igenom olika processsteg för framtagning av chip enligt projektdeltagarnas önskemål. Processning av chip itererades för att få mer stabila sensormätningar. En modulär testuppställning utfördes för att kunna utvärdera sensorn tillsammans med elektronik och mikrofluidikssystem. En chip-hållare designades med kontakter till mikrofluidik och elektronik. I uppställningen ingick även programvara för central- och automatiserad styrning av de olika systemen och för lagring av mätdata. Projektet har tillverkat och utvärderat grafentransistorer på skivskala. Utbytet har varit högt i den använda processen. Produkten som helhet har konstruerats med kostnadseffektiv elektronik. Den drivande kostnaden i produkten som helhet blir grafenchipet, vilket blir kostnadseffektivt om det miniatyriseras. Tyvärr blev sensorprestandan lidande av att de tidigare undersökta strategierna för funktionalisering inte gav de önskade resultaten. Plattformen som sådan är användbar för framtida studier av kemo-/bio-chip, men andra strategier för funktionalisering bör användas. Projektet har medfört en förståelse för olika funktionaliseringar av grafen på SiC (kiselkarbid) för sensortillämpningar samt för interaktionerna mellan molekyler och grafen. Detektion av klassade substanser (amfetamin och kokain) har påvisats, dels via antikroppar och dels i och med fotoaktivitet hos vissa molekyler. En slutsats är att det återstår mycket kvar att göra i funktionaliseringsarbetet med grafen. 107, 1274

Vågledarintegrerade grafenbaserade IR-detektorer för optiska gassensorchip (demonstrator), (avslutat)
SenseAir AB, Kungliga Tekniska högskolan (KTH)
Henrik Rödjegård 2016-2017 Syfte och mål Målet med detta projekt var att ta fram vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående grafenmembran för gassensorer […] Syfte och mål Målet med detta projekt var att ta fram vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående grafenmembran för gassensorer från prototyp till demonstrator. Planerat genomförande 1) Demonstrera grafenbaserad detektor för infrarött ljus. 2) Karakterisera korskänslighet för exponering av gaser. 3) Överföra kunskap. 4) Bedöma kommersiell potential. Projektet skulle ta fram en demonstrator av en grafenbaserad mid-infrarött ljus detektor, vågledarintegrerad på silikon genom att använda en lågkostnadsprocess. Teknologin med integrerade fotoniska kretsar lämpar sig väl för automatiserad högvolymtillverkning. Förväntade effekter och resultat Projektet planerade att åtgärda bristen på mid-IR detektorer, som kan integreras med kiselbaserade fotoniska vågledarkretsar i kompakta sensorchip med hjälp av automatiserad högvolymtillverkning. Tänkbara framtida användningsområden för multigassensorer är smarta mobiler och smarta assesoarer. För att möta utmaningen har vi samlat ett team i världsklass, med experterna på gassensorer från SenseAir och experter på kiselfotonik, grafen, och 3D-integration på avdelningarna för Micro- och Nanosystem och Integrerade komponenter och kretsar på KTH. Resultat

Optisk MEMS-teknologi (Micro Electro-Mechanical Systems), med etsade vågledare på chip är ett hett forskningsområde och en möjlig banbrytande teknik för miniatyrisering av optiska gassensorer.Inom projektet har vi framgångsrikt utvecklat processteknik som gör det möjligt att överföra kommersiellt tillgängligt grafen till chip med vågledare för detektion av infrarött ljus i MID-IR-området. Projektet har demonstrerat och verifierat att tekniken fungerar i labb-skala. Forskarna på KTH har genererat ett patent som idag förvaltas av Senseair. Projektet har resulterat i utökade samarbeten och två beviljade EU-projekt för fortsatt forskning.
Vi vet idag att det är tekniskt möjligt att integrera fungerande grafenstrukturer direkt på vågledarchip.
Vi ser att möjligheten till integration av grafen är god, däremot är metoderna och tillgängligt grafenmaterial ännu inte tillräckligt utvecklade för kommersiell produktion.
Grafen är fortsatt en möjliggörare för framtida chip-baserade gassensorer inom ett perspektiv på ca 5 år.
I kölvattnet av projektet har vi knutit ett rikt och komplett nätverk inom Europa för komponentdesign, modellering, tillverkning och integration av grafen.

107, 1274

Grafen i strålmätning (avslutat)
ScandiDos, Acreo Swedish ICT
Kjell Lundgren ScandiDos AB 2015-2016 Syfte och mål Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer när strålar träffar tungmetaller som finns i […] Syfte och mål Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer när strålar träffar tungmetaller som finns i ledarbanor och bärarmaterial hos strålningssensorer. Ett sätt att reducera sekundärstrålningen kan vara att ersätta koppar i ledarbanor på kretskorten med grafen. Grafen har en möjlighet att lösa problemet genom sin relativt höga ledningsförmåga för organiska material. Förväntade effekter och resultat Användningen som avses är i strålningsdetektorer som ingår i kvalitetssäkringssystem för radioterapi som utvecklas och marknadsförs av ScandiDos AB. I en sådan strålningsdetektor finns arrayer av sensordioder monterade på ett antal ortogonalt orienterade kretskort ingjutna i en plastkropp som svarar mot fotonstrålar på ett liknande sätt som kroppsvävnad. Diodarrayen är så tät som möjligt för bästa möjliga upplösning och är dessutom ganska stor, cirka 20×20 cm, vilket gör att ledningsdragningen kräver tätt packade smala ledarbanor i en flerlagers kretskortsstruktur. Detta gör också att mängden kopparledare är ganska hög i närheten av dioderna. Det är önskvärt att kunna minska mätfel från sekundärstrålning inducerad av koppar i ledarbanor och andra tungmetaller i monterings- och bondningsmaterial. Nya behandlingsmetoder för strålterapi såsom Head&Neck, SRS med flera, använder strålbehandling i alla riktningar. Påverkan på grund av exciterade sekundärelektroner i närliggande material ger olika störande felbidrag beroende på infallsvinkel, vilket ger en felaktig total dosmätning. Grafen i kombination med monteringsmaterial med låg massa kan användas för att minska dosfelet i behandlingsområden, och ersätta äldre analog teknik med digitaliserad mätning i realtid, där äldre teknik fortfarande används på grund av riktningsberoendet. Planerat upplägg och genomförande ScandiDos AB genomför projektet i samarbete med Acreo Swedish ICT AB. Inledningvis utvecklas teststrukturer i vilken grafenytor appliceras nära sensordioderna i en mindre sensorarray. Effekterna på sensordiodernas respons av grafenmaterialets i närvaro utreds. Teststrukturer för tryckta ledarbanor med en ledarbredd och ledaravstånd utvecklas för att utvärdera möjliga designregler med lovande grafenkompositioner. I ovanstående teststrukturer ingår strukturer för att utvärdera strålningsnedbrytning av grafenbaserade material. Möjligheter att minska tungmetaller i material för bondning och ytmontering med hjälp av grafen undersöks. Effekter och resultat Projektet har utvärderat ett grafenbaserat bläck, som ersätter koppar på PCB av flex-typ, för dosimetrisk mätning av stråldos vid behandling av cancertumörer med fotonstrålning. Det tryckta grafenmaterialet testades för viktiga egenskaper såsom minimering av inducerad sekundärstrålning, strålningshärdighet, ledningsförmåga samt möjlighet att kontaktera grafen och sensorer via Anisotropic Conductive Adhesive (ACA). De sammanfattade resultaten visar att grafen kan användas som ledare i strålningsmätning. Som förväntat innebär grafenets låga atomvikt mycket lite interaktion med fotonstrålning, och ger därmed försumbar sekundärstrålning. Vid snabba förlopp, och om långa ledarbanor i grafen används, måste hänsyn tas i mätmetoden till grafenets jämförelsevis låga ledningsförmåga, för att undvika mätfel. Grafenet är tillräckligt strålningshärdigt för applikationen och uppvisar något överraskande en ökande konduktivitet vid hög bestrålning, troligtvis genom förändring av bindningsmaterialet i grafenbläcket. Kontakten fungerade bra mellan koppar och grafen i övergångar mellan ledare. Grafen kan i nuläget ersätta koppar som korta ledare närmast sensorerna. Projektet bedömer experimentet med användningen av grafen som nytt material i en skarp applikation som lyckat. Mätresultat har visat potentialen och nödvändiga förbättringsområden har identifierats. Framförallt vore ett grafenbaserat ACA värdefullt. Sammantaget finns en potential att, med avsedd användning av grafen i applikationen, öka prestandafördelarna gentemot traditionella ledarmaterial, om tryckprecisionen och kontaktering kan förbättras. I applikationer för behandling av "Head and Neck", där riktningsoberoende mätning av strålning är nödvändig, kan detta ge klara marknadsfördelar. 26,107, 607

Grafenlager för att förhindra kateterrelaterad urinvägsinfektion (avslutat)
Dentsply IH AB (Wellspect Healthcare), Chalmers
Martin Lovmar, PhD, Wellspect Healthcare 2015 – 2017 Syfte och mål Projektets mål var att utnyttja grafens egenskaper för att skydda en medicinteknisk produkt från bakterietillväxt och därmed […] Syfte och mål Projektets mål var att utnyttja grafens egenskaper för att skydda en medicinteknisk produkt från bakterietillväxt och därmed reducera risken för kateterassocierad urinvägsinfektion. Sedan Wellspect Healthcare (fd. Astra Tech) introducerade sin LoFric-kateter 1983 har inga större genombrott skett för att reducera risken för kateterassocierade urinvägsinfektioner. Grafens unika egenskaper, såsom hårdhet, böjlighet, elektrisk ledningsförmåga och att det är kemiskt inert, gjorde att vi förväntade oss att det var lämpat för att skydda en medicinteknisk produkt, såsom en kateter, från bakterietillväxt. Chalmers grafencentrum är världsledande i att producera stora, intakta flak av grafen. Genom det här projektet har den mikrobiologiska effekten av sådana flak för första gången kunnat studeras. Detta ger Wellspect en unik möjlighet att vara först på marknaden med att utnyttja grafens egenskaper för att reducera risken för kateterassocierad urinvägsinfektion. Det ger också en stark koppling mellan ett företag och Chalmers grafencentrum vilket är positivt för grafenforskningen i Sverige. Planerat upplägg och genomförande Projektet var ett samarbete mellan Wellspect Healthcare, Chalmers grafencentrum och forskargrupperna som leddes av Ivan Mijakovic och Fredrik Westerlund på Chalmers. Wellspect har bidragit med sin expertis om den kliniska tillämpningen samt utveckling och kommersialisering av den färdiga produkten. Grafencentrum har bidragit med stora flak av grafen. Forskargrupperna på Chalmers är experter på signalering i bakterier (Mijakovic) samt mikrofluidik och fluorescensmikroskopi (Westerlund). Effekter och resultat

Projektet har gett en fördjupad kunskap om varför vissa former av grafen är antibakteriella, medan grafen i andra former inte påverkar bakterier (eller andra celler) överhuvudtaget.
Delar av detta arbete har publicerats eller är på väg att publiceras i olika vetenskapliga tidskrifter och det är kunskap som är helt avgörande för användningen av grafen i medicintekniska applikationer.
En patentansökan kring antibakteriella egenskaperna hos vertikalt grafen har lämnats in. Antibakteriell grafen har ett antal unika egenskaper som gör den speciellt användbar för vissa medicintekniska tillämpningar. I kombination med en mer kostnadseffektiv produktionsmetod, som vi nu försöker utveckla, så finns det goda möjligheter att utveckla produkter som kan dra nytta av dessa egenskaper.
Sammantaget anser vi att projektets mål och syfte har uppfyllts. Projektet har lett till ett ömsesidigt kunskapsutbyte och ett välfungerande samarbete mellan Chalmersforskarna och ansvariga på Wellspect, vilket har varit en förutsättning för att identifiera områden där möjligheterna bäst överlappade de medicintekniska behoven.
Projektets arbete har lett till en bättre förståelse för egenskaperna bakom grafenets antibakteriella effekt, varför bara vissa former av grafen är antibakteriella.

För att kunna kommersialisera de patentsökta resultaten krävs att en kostnadseffektiv tillverkningsmetod utvecklas. Det är ett arbete som fortsätter i ett nystartat projekt. 103,26, 607

Grafenoxid – ett nytt smörjmedel i industriella tillämpningar (avslutat)
ABB AB, Uppsala universitet
Anna Andersson, ABB AB 2015 – 2017 Syfte och mål Projektet syftade till att utveckla nya smörjningskoncept baserade på grafenoxid för industriella tillämpningar. Det har visats i litteraturen […] Syfte och mål Projektet syftade till att utveckla nya smörjningskoncept baserade på grafenoxid för industriella tillämpningar. Det har visats i litteraturen att grafen kan fungera som ett torrt smörjmedel som dramatiskt sänker friktionstal av två metallytor som glider mot varandra. Grafen är dock fortfarande för dyrt för många industriella tillämpningar. Nyligen har vi visat att grafenoxid (GO) kan uppvisa samma smörjningsegenskaper som ren grafen vid högre laster ( >1N). GO kan enkelt produceras genom oxidering av grafit och det finns potential att kunna tillverka GO i stora kvantiteter till en låg kostnad. Planerat upplägg och genomförande Projektet gjordes i ett nära samarbete mellan ABB och Institutionen för Kemi, Ångströmlaboratoriet och Biomedicinskt centrum (BMC), samt Institutionen för Teknikvetenskaper (Tribomaterial) vid Uppsala universitet. I projektet har följande genomförts: - Utvärderat grafenbaserade material specifikt GO, som smörjande additiv i smörjfetter - Utvärderat GO, som smörjande additiv i Ag-baserade elektriska kontakter - Utvärderat möjligheten att modifiera GO för att ytterligare förstärka smörjande egenskaper i olika applikationer Effekter och resultat Arbetspaket 1: Grafenoxid-modifierade smörjfetter och smörjpastor Grafenoxid (GO), reducerad grafenoxid (rGO) och en specifik gelégrafenoxid (jGO) utvecklades och utvärderades som additiv i litiumkomplex (LiX) och polypropylen (PP) förtjockade fetter. Olika basoljor testades för att optimera dispersionen av GO inom fetterna. En ny basolja (olja A) identifierades, vilken gav väldigt bra GO-dispersion jämfört med nafteniska standardoljor. Fetternas nötningsbeteende vid små vibrationsamplituder (50-200 µm) visade inga signifikanta förbättringar i friktion, kontaktmotstånd eller nötning, jämfört med referensfetterna. Utvärderingen i en fram- och återgående ”kula-skiva” (stål mot stål och Ag mot Cu, konfiguration 10 mm strykning), visade ingen skillnad i friktionsuppförande mellan fetter med additiv och fetter utan additiv. Ingen signifikant termisk effekt upptäcktes vid de studerade koncentrationerna. Det är tydligt i detta fall att vi inte lyckades med att försöka förbättra den tribologiska prestandan med GO. En mer grundläggande undersökning behövs för att förstå funktionen hos grafenrelaterade material i smörjoljor och fetter, speciellt i råa och mixade smörjningsregimer och vid olika koncentrationer av GO. Arbetspaket 2: Ag-grafenoxidkompositer för glidande kontaktapplikationer Målet var att utveckla nya elektriska kontaktmaterial med förbättrade tribologiska egenskaper (låg friktion och högt nötningsmotstånd) genom att förstärka silver (Ag) med GO-flagor. Utmaningen var att kombinera två vanligtvis motverkande egenskaper: bra tribologiska kombinerat med goda elektriska egenskaper. En effektiv rengöringsmetod, såväl som ett våtmixingsprotokoll utvecklades för att förbättra dispersionen av GO-flakes i Ag-matrisen. Ag:GO-kompositer preparerades med en pulvermetallurgimetod, antingen genom att pressa eller genom pressning och sintring. De tribologiska egenskaperna hos Ag:GO-kompositerna mot ren Ag motyta utvärderades. Testerna visade att inom ett visst koncentrationsintervall kan Ag:GO-kompositer ge upphov till en ovanligt låg torrfriktionskoefficient på cirka 0,07 och samtidigt upprätthålla ett kontaktmotstånd mycket likt ren Ag (figur 1). Friktionssiffrorna kan jämföras med cirka 1.5 för det torra Ag/Ag kontaktparet och cirka 0.2-0.3 för densamma i smort tillstånd. Nötningstakten för Ag:GO-kompositer var signifikant lägre än för ren Ag. Resultaten visar att syftet att åstadkomma en kombination av utomordentligt bra tribologiska och elektriska egenskaper faktiskt uppnåddes. Materialet sintrades också i kontaktdiskar och löddes på Cu-ledare och testades i verkliga applikationer (en transformatorlindningskopplarbrytare). Utvärdering pågår fortfarande. Den huvudsakliga insikten var hur viktig dispersionen är för den tribologiska funktionaliteten. Både GO-rengöring och det utvecklade pulvermixningsprotokollet är viktiga i denna kontext (Figur 1). Bra dispersion minimerar också behovet av GO. Koncentrationen av GO i Ag-matrisen är väldigt liten, vilket gynnar de elektriska egenskaperna. Ytterligare optimering av sintringsparametrarna krävs fortfarande för att åstadkomma ett kompakt material. Framtidsutsikter Projektet har i de flesta synvinklarna varit lyckat. Vi har nått åtminstone ett mål, att utveckla ett nytt potentiellt kontaktmaterial. Intresset från affärsenheterna har varit signifikant och en patentansökan har redan skickats in. Ytterligare utvecklingsaktiviteter kommer att fortsätta, och fokus kommer huvudsakligen ligga på att identifiera kostnadseffektiva, skalbara produktionsmetoder. Även tunna filmer övervägs här. Tunna filmer i samma material skulle potentiellt vara ett torrt komplement till smord standard silverplätering, vilket skulle öppna upp för en väsentligt bredare applikationsvidd. Att bilda hållbara partnerskap med råmaterialleverantörer och materialleverantörer (sintringsföretag, pläterare etc.) är nödvändigt för att ytterligare utveckla detta material till en kommersiell produkt. 103,105,101, 607

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 Syfte och mål Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för membranapplikationer, speciellt […] Syfte och mål Att konstruera och bedöma potentialen för ett nano-hybridmaterial (GOSiO) av grafenoxid (GO) och silicapartiklar för membranapplikationer, speciellt vattenrening. Planerat upplägg och genomförande Förstudien involverar fem aktörer, som inte tidigare samarbetat: ENWA Water Technology AB, Akzo Nobel PPC, Chalmers (Teknisk Fysik), Biolin Scientific AB och Insplorion AB. Var och en bidrar med speciell expertis, som tillsammans ger projektet en mycket stark 'competitive edge'. GOSiO-membranen byggs upp lager-för-lager med kommersiellt tillgängligt grafenoxid och silicapartiklar från Akzo Nobel. Den kontinuerliga lagertillväxten kommer att analyseras med hjälp av en mikrogravimetrisk metod (QCM-D) och en optisk metod, Nanoplasmonisk Sensing (NPS). Effekter och resultat Projektmålet var att bygga hybridmaterial av grafenoxid (GO) och nanopartiklar (NP), samt göra preliminära applikationstester av sådana ”filter” för vattenrening. Uppbyggnaden av lager-för-lager strukturer av GO och NP av silica (SiO₂) var framgångsrikt och har resulterat i en artikel som kommer att sändas in för publikation under våren 2017. Vi påvisade även inbindning av protein (Hb) i filterstrukturen. Det pekar mot en annan applikation än vattenrening, nämligen separation. Filterstrukturens porositet och porstorlek kan varieras genom variation av NP-storleken. Separationsegenskaperna kan varieras kemiskt genom funktionalisering av GO och NP. Målet vad gäller framställning av filterstrukturer uppfylldes. Metoden kan tillämpas generellt på olika GO-kombinationer. Målet att testa på vattenrening nåddes inte. Den viktigaste insikten var att lager-för-lagerstrukturer av GO-NP kan byggas steg för steg och att de erbjuder en stor potential för rening (av vatten och luft) och separation. Projektet bedömer den utpekade riktningen som mycket intressant för olika typer av separation (inklusive vattenrening), men att betydande forskningsinsatser behövs beträffande:

kemisk funktionalisering av NP och GO och tillhörande karakterisering
variation av porstorlek
processteknisk utveckling för snabb och billig tillverkning av strukturerna.

Vi behöver finna intresserade partners inom vattenrening alternativt separation. 103, 607

iEnergy – Industrialisering av bläckstråletryckteknik med grafen för energilagringstillämpningar (avslutat)
KTH Royal Institute of Technology, XaarJet AB (Xaar)
Mikael Östling (KTH) 2015-2016 Syfte och mål Målsättningen var att utveckla en effektiv och tillförlitlig bläckstråleteknologi för grafen för att möjliggöra innovativa tillämpningar inom flera […] Syfte och mål Målsättningen var att utveckla en effektiv och tillförlitlig bläckstråleteknologi för grafen för att möjliggöra innovativa tillämpningar inom flera områden, till exempel tryckt elektronik, avancerad energilagring, intelligenta förpackningar, liksom biomedicinska tillämpningar och därmed stärka svensk industri. Denna förstudie, iEnergy, syftade till att utveckla en effektiv teknologi för bläckstråleteknik i industriell skala för flexibla superkondensatorer. Planerat upplägg och genomförande Projektet har genomförts i ett samarbete mellan KTH och XaarJet Sweden AB. Genom att göra en effektiv uppskalning av KTH:s nuvarande grafenbläcksteknik i kombination med Xaar’s innovativa printerhuvud, ska industriella tryckmetoder för grafenbläck och massproduktion av flexibla superkondensatorer kunna realiseras, för att förbättra möjligheten att tillverka avancerade energilagringsenheter med både hög energidensitet och samtidigt hög effektdensitet under stort antal laddningscykler, vilket skulle kunna innebär ett genombrott på marknaden för elbilar. Effekter och resultat KTH har skalat upp tillverkningstekniken för grafenbläck och XaarJet har testat bläckens tryckbarhet. Projektet har kunnat demonstrera att KTH’s grafenbläck uppvisar utmärkt stråleprestanda (jetting performance) samtidigt genom de 126 munstyckena på Xaar’s industriskale-printerhuvuden. Motiverade av detta resultat har KTH startat ett bläckföretag, Aninkco AB, för fortsatt utveckling och försäljning av högkvalitetsgrafenbläck. Den verifierade förmågan att kunna bläckstråletrycka med grafen i industriell skala kommer att förbättra vår konkurrenskraft på marknaden och öka vår möjlighet att attrahera fler svenska industriaktörer till att vilja utveckla innovativa applikationer. Den viktigaste insikten i projektet är att vi har förstått skillnaden mellan laboratorievolym och industriell volym för bläckformulering. Vi ser väldigt ljust på framtida applikationer av bläckstråletryckning med grafen. Speciellt förutser vi tryckning för energilagring som väldigt attraktivt. För vårt nystartade företag Aninkco AB, förväntar vi oss att bläckformulering och produktion realistiskt kan vara kommersiellt om 1,5-2 år. För att gå vidare behöver vi eventuellt några fler potentiella slutanvändare med visioner om hur man gör business case. 101,107, 607

Lösningsbaserad katod för tryckbart ljus (avslutat)
LunaLEC och Umeå universitet
Andreas Sandström, LunaLEC 2015 – 2016 Syfte och mål Syftet med projektet var att ta fram en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, som kan skapa […] Syfte och mål Syftet med projektet var att ta fram en fungerande ljusemitterande prototyp, där grafen var en integral delkomponent, som kan skapa ljus vid en spänning lägre än 6 V, vilket man lyckats med. Målet var att de första kunderna skulle få tillgång till ljusemitterande paneler med grafenbaserade elektroder i slutet av 2016. Grafen kan ersätta och eliminera användningen av indiumtennoxid (ITO) och aluminium, vilka kräver återvinning där metallerna tas tillvara. Effekter och resultat LunaLEC har tillsammans med Thomas Wågberg (nano for energy group, Umeå universitet) undersökt möjligheten att använda reducerad grafenoxid (r-GO) i ljusemitterande elektrokemiska celler (LEC). Reducerad grafenoxid har många bra egenskaper som är viktiga för LEC-teknologi och kan möjliggöra tillverkning av ljus helt från lösningsbaserade metoder. Det skulle göra LunaLECs produkter unika på marknaden. Resultaten visar en förbättring av prestandan tack vare r-GO. Ljusstyrkan och drivspänningen är inom de krav LunaLEC har för kommersialisering, och livstiden har förbättrats. Trots detta är livstiden ändå för kort, och långt från den prestanda som erhålls med ej lösningsbaserade elektroder. Orsaken till detta har identifierats som en materialegenskap hos r-GO, vilket betyder att nya alternativ måste hittas. Projektet har därför även utvecklat ny funktionaliserad grafen med ännu högre elektrokemisk stabilitet och lösbarhet än r-GO, vilket underlättar applicering från lösning. En prototyp har tagits fram som består av helt metallfri ljuskälla (LEC) i plastfilm där en grafenbaserad elektrod ersätter indiumtennoxid (ITO) eller aluminium. Den leder ström och kan lysa vid en spänning lägre än 6 Volt. Resultaten är väldigt lovande då detta grafen ger ytterligare förbättringar av prestandan i form av lägre spänning, längre livstid och högre ljusstyrka. Materialet är dessutom mer genomskinligt, vilket är en väldigt viktig egenskap för ljusemitterande komponenter. Projektet har gjort att man kommit närmare fullskalig produktion, men fortsatt utveckling krävs för att grafen ska kunna introduceras i LunaLECs komponenter. Det som saknas är en robust tillförlitlig form av grafen som kan användas för produktion i vanlig rumsatmosfär. Genom projektet har man kommit närmare fullskalig produktion, men fortsatt utveckling krävs för att grafen ska kunna introduceras i LunaLECs komponenter. Idag är flera projekt igång med målet att ha produkter på marknaden 2020. Man tror att chanserna att inkludera grafen i dessa produkter är goda, då grafen är ett av de mest lovande materialen för elektrodproduktion i LECs.

En prototyp har tagits fram av en ljusemitterande elektrokemisk cell i plastfilm, med en grafenbaserad elektrod, som leder ström och kan lysa.
LunaLEC har tagit patent på att använda grafen som katod.
Produkten skulle kunna användas inom medicinområdet i form av armband som aktiverar vissa typer av cancerbehandlingar med hjälp av ljus eller till lysande plåster som går att forma efter kroppen.

107,26, 607

Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen (avslutat)
APR Technologies, Chalmers och SHT Smart High-Tech
Peter Nilsson, APR Technologies 2015 - 2016 Syfte och mål Syftet med projektet är att använda grafen för att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor), […] Syfte och mål Syftet med projektet är att använda grafen för att utveckla en kritisk komponent för kryokylning (miniatyriserad kompressor), helt utan rörliga delar som drivs med termisk energi, samt att framställa tunna grafen-aerogel-grafen-laminat. Projektet är en fortsättning på ett tidigare påbörjat samarbete mellan APR Technologies AB i Enköping, Chalmers och SHT Smart High-Tech AB i Göteborg. Målet är att förbättra dagens miniatyriserade kylsystem genom att göra dem mer tillförlitliga och billigare. Effekter och resultat APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad kompressor för kryokylsystem, helt utan rörliga delar, som drivs med termisk energi. Grafenbaserade filmer ses som ett lämpligt material för att en kritisk komponent skall kunna säkerställa kompressorns behov av en internt extremt hög termisk ledningsförmåga. Det är egentligen kombinationen av mycket hög värmeledningsförmåga och möjligheten till en anpassad permeabilitet för gaser som gör grafen till en unik materialkandidat. I projektet har vi tagit ett stort tekniskt kliv framåt för detta. Grafenbaserade filmer har tagits fram av SHT Smart High-Tech och Chalmers, med egenskaper som är bättre än de kommersiellt tillgängliga alternativen. Materialet är nu flexiblare, mer lätthanterligt och har en jämnare tjocklek. Dessa filmer har integrerats med övriga ingående material för att för första gången påvisa gaskompression i en integrerad och seriekopplad kaskad av Knudsenkompressorer. Kompressorn har även itererats samt optimerats genom datorsimulering. Under integrationsarbetet har även nya metoder för att bearbeta aerogelkompositer utvecklats. De uppsatta målen nåddes till 90%. Det praktiska arbetet visade sig mer kostsamt och tidsödande varför målsättningen reviderades. De grafenbaserade filmerna som användes uppfyllde de termiska kraven, men var svåra att hantera. Framtiden för grafen inom detta tillämpningsområde ser ljus ut, men innebär mer utvecklingsarbete med vidare optimering av alla ingående komponenter. Vi har diskuterat projektet med en potentiell internationell kund, men inte etablerat ett formellt samarbete kring detta. 101,107, 607

Optimerade multiavstämbara grafenbaserade mikrovågsgeneratorer (avslutat)
Nanosc AB, Chalmers och Göteborgs universitet
Fredrik Magnusson Nanosc AB 2015 – 2016 Syfte och mål Målet med projektet var att utveckla en demonstrator där substratbiasering och komponentlayout ger både ny funktionalitet och […] Syfte och mål Målet med projektet var att utveckla en demonstrator där substratbiasering och komponentlayout ger både ny funktionalitet och bättre prestanda hos grafenbaserade mikrovågsgeneratorer. Förväntade effekter och resultat Projektets idé var att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dem för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Projektet var en fortsättning på det projektet Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer. Den grundläggande idén var densamma som i det pågående projektet och skulle möjliggöra fortsatt utveckling av mikrovågsgeneratorer baserade på de erhållna resultaten. Därutöver skulle projektet demonstrera två väsentliga vidareutvecklingar, som dels gäller optimering av komponentgeometrin för att maximera spinnströmmarna, dels gäller ett helt nytt sätt att avstämma frekvensen på mikrovågsgeneratorn. Precis som i det pågående projektet var dessa idéer helt nya och de ledande experterna inom projektet kände inte till någon liknande aktivitet eller ens diskussion någonstans i världen inom sina respektive områden. Om projektmålen uppfylls har projektidén en oerhört stor potential att revolutionera hur bredbandiga (1-100 GHz) mikrovågssignaler kan genereras, moduleras och detekteras i framtida grafenbaserad mikrovågselektronik. Upplägg och genomförande Projektet har letts av Sveriges ledande mindre företag inom utveckling av spinntronikkomponenter och har fört samman Sveriges allra starkaste aktörer inom spinnströmmar i grafen (Chalmers) och spinntroniska nano-oscillatorer (Göteborgs Universitet). Projektet genomfördes som ett samarbete mellan de tre aktörerna, där samtliga bidragit med sin respektive kompetens inom material, materialkarakterisering, litografi, spinnvågsmätningar, samt mikrovågsmätningar. Effekter och resultat Projektets idé var att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dessa spinnströmmar för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Vi är mycket nöjda med resultaten. Både Co och NiFe har framgångsrikt växts och mönstrats på grafen och deras magnetodynamiska egenskaper har uppmätts med spinnvågsmikroskopet vid Göteborgs Universitet. Chalmersgruppen har också framgångsrikt kunnat visa på substratbiasering som metod för att påverka spinnströmmarna i grafen. De uppsatta målen är till stor del uppfyllda. Projektet har demonstrerat att spinnvågors frekvens och linjebredd kan styras med hjälp av spinnströmmar i grafen samt att spinnströmmar i grafen kan styras genom substratbiasering. De viktigaste insikterna har varit dels att förstå hur våra magnetiska material bäst ska växas på grafen och dels att förstå substratbiaseringens inverkan. Behovet av radiokomponenter inom mikrovågsområdet ökar för varje år, drivet av allt större informationsvolymer över mobilt bredband och trådlösa nätverk, men också av kraftigt växande radartillämpningar inom t ex fordonsindustrin och för militära ändamål. Med grafen har vi möjligheten att både öka uteffekten från mikrovågsgeneratorn samt minska dess strömförbrukning. Därmed ser vi goda möjligheter att lansera en grafenbaserad produkt inom tre till fem år. NanOsc utvidgar sitt forsknings- och utvecklingssamarbete där vi ser behov och möjligheter, t.ex. inom EUs flaggskeppsprojekt för grafen och inom det europeiska spinntroniknätverket The SpinTronicFactory. 107, 607

RF energy harvesting for M2M Communication (avslutat)
Ericsson AB, Chalmers
Ulrika Engström, Ericsson AB 2015 – 2016 Syfte och mål Förstudieprojektet skulle ta reda på om grafen kan fungera som transparenta elektroder för detektion av omgivande högfrekventa radiovågor, likriktning och […] Syfte och mål Förstudieprojektet skulle ta reda på om grafen kan fungera som transparenta elektroder för detektion av omgivande högfrekventa radiovågor, likriktning och lagring av energi för försörjning av Machine-to-Machine-kommunikationslänkar (M2M). Vår vision var "grafen för RF energy harvesting” – en hållbar teknik som kan appliceras på såväl hårda och böjbara ytor (plast, textiler med mera) för omvandling och lagring av energi. Machine-Type Communication (MTC) eller M2M-kommunikation är en viktig del av framtidens Sakernas internet (Internet of Things, IoT). Utbyte av information mellan maskiner spelar redan en stor roll inom automatiserad produktion, men i framtiden även inom energidistribution, medicinsk teknik (hälsa), och smarta hus. För vissa M2M-applikationer är energiförsörjning en stor utmaning. Även om en låg datamängd och datahastighet krävs för att skicka status och information med jämna mellanrum, så behöver vi självhushållande system. Planerat upplägg och genomförande Projektet bestod av forskare vid Ericsson Research och avdelningen för THz och millimetervågsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Tillsammans hade vi kompetens från grafenelektronik, mikrovågsteknik och antennteknik för kommunikationssystem (5G). Under en 6 månaders förstudie skulle vi studera potentialen med grafen i antenn- och detektortillämpningar med en djupare teknisk analys, som förhoppningsvis skulle leda till en projektplan för ett ”proof-of-concept” projekt. Effekter och resultat I och med utvecklingen av sakernas internet (IoT) blir maskin-till-maskin-kommunikationssystemen (M2M) allt viktigare och vanligare. Drifttiden är en kritisk parameter för batteridrivna sensorer till M2M-systemen. En möjlig utveckling är att ta tillvara på energin som sänds genom luften i mikrovågsområdet för mobiltelefoner, WiFi-nät med mera och konvertera energin till likström som sedan kan driva olika komponenter. Detta har här utvärderats med (flexibla och transparenta) grafenbaserade antenner och energiomvandlare. Projektet har utfört elektromagnetiska simuleringar av en specifik antenntyp. Även med antagandet att grafenet var likt det bästa som uppnåtts experimentellt, var effektiviteten låg. Den låga effektiviteten i kombination med den relativt låga mängden RF-energi som finns, innebar att endast en liten förlängning av drifttiden kunde uppnås. Teknologin kan framförallt vara intressant för teknologier med väldigt låg energiförbrukning eller för teknologier som sällan sänder data. Resultaten har publicerats i “Feasibility of Ambient RF Energy Harvesting for Self-Sustainable M2M Communications Using Transparent and Flexible Graphene Antennas”, M. Andersson et al., IEEE Access, Vol.4, pp. 5850 – 5857, 2016. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2604078. Målet var att utvärdera genomförbarheten av optiskt transparent grafen (få atomlager), för att användas som antenn och i radiofrekvenskretsar för lågkostnads M2M-tillämpningar, vilket har genomförts. Resultatet var tyvärr en besvikelse från ett grafentillämpbarhetsperspektiv jämfört med vad som initialt förväntades. Den viktigaste insikten i projektet är att grafen fortfarande är några storleksordningar ifrån att kunna användas som antenn och i RF-kretsar i optiskt transparenta tillämpningar. För användningen av grafen inom detta område, förväntar vi oss att det tar 5-10 år innan vi ser den första produkten, vilket också kräver en förbättring inom andra viktiga teknikområden. 101,107, 607

Svenskt Grafen (avslutat)
2D fab och Woxna Graphite
Sven Forsberg, 2D fab 2015 – 2016 Syfte och mål Syftet med projektet var att tillverka grafen från svensk grafit. Det sekundära projektmålet var att hitta de tillämpningar som […] Syfte och mål Syftet med projektet var att tillverka grafen från svensk grafit. Det sekundära projektmålet var att hitta de tillämpningar som är mest lämpliga för svenskt grafen och utifrån det initiera förlängningen av olika värdekedjor mot industriell användning av grafen. Woxna Graphite och 2D fab var huvudaktörer i detta projekt. Effekter och resultat Målet var att tillverka grafen från svensk råvara, samt att bygga värdekedjor som kan ta grafen ut på marknaden. Projektet har visat att det går att tillverka grafen från svensk grafit, men att utbytet blir lågt. Det har varit möjligt att bygga upp flera intressanta värdekedjor för att kommersialisera resultaten. Det primära målet uppnåddes, grafen kunde tillverkas från grafit som kom ifrån Woxna grafitgruva. Utbytet av grafen levde dock inte upp till förväntningarna. Den benchmark som gjordes av olika typer av grafit som råvara, visade tydligt på vikten att välja rätt råvara beroende på vilka egenskaper man vill uppnå. Förbehandling av råvaran före exfoliering är också av största vikt. Utbytet varierade också stort mellan olika typer av grafit. Under 2017 hoppas 2D fab på att lansera en ny familj av ledande tryckfärger. Woxna Graphite, numera Leading Edge Materials (LEM), har beslutat att fokusera sin utveckling av grafit mot energilagringstillämpningar. Det kommer att innebära investeringar innan den går att producera och ligger därför något år fram i tiden. Den batterigrafit som kommer att produceras kommer då också att bli en bra råvara för grafentillverkning. För 2D fab är det viktigt att hitta teknik- och marknadskunskap inom olika applikationsområden, främst inom kompositer och elektriskt ledande tryckfärger. Det görs oftast enklast genom att samarbeta med potentiella kunder. Detta får 2D fab delvis tillgång till via SIO Grafen. För LEM är kompentens och partners inom energilagring av stor vikt. 96,105, 607

Tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter (avslutat)
ABB AB, Acreo
Joachim Schiessling, ABB AB 2015-2016 Syfte och mål Syftet med förstudien var att undersöka möjligheterna att använda tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter. Målet var att förbättra […] Syfte och mål Syftet med förstudien var att undersöka möjligheterna att använda tryckta grafenelektroder i högspänningsprodukter. Målet var att förbättra kontrollen av elektrisk belastning samt att effektivisera materialanvändningen. Ledande tunna skikt är vanligt i många högspänningsprodukter. Målet var att skapa ledande skikt och blanda in grafen för att optimera ledningsförmågan. Tack vare att grafen flagor har en mycket liten diameter kan jämna elektrodkanter skapas. Det möjliggör en bättre kontroll av elektrisk belastning i apparaten, en nättare design som använder mindre material till en lägre kostnad. Planerat upplägg och genomförande Projektet utfördes av ABB som tillverkar högspänningsprodukter och RISE Acreo som är aktiva inom tryckteknik. Prover tillverkades på RISE Acreo i Norrköping och den elektriska utvärdering gjordes på ABB Corporate Research i Västerås. Effekter och resultat Studien har visat att tunna ledande skikt kan åstadkommas med tryckbara grafenkompositioner. Tryckresultatet varierar mycket, beroende av typen av bläck. Projektet har undersökt parametrar som påverkar jämnhet i kanter, tjocklek av ytor och ledningsförmågan. Den önskade korrelation mellan kantform och elektrisk utvärdering kunde inte bli verifierad, men det fanns en korrelation mellan ytbehandling och elektrisk utvärdering. Den viktigaste insikten var att utbudet av kommersiellt grafenbläck som passar den tänkta tillämpningen är begränsat. Den elektriska utvärderingen visar på ett nytt användningsområde för grafen; som material i komponenter som befinner sig i höga elektriska fält. Förstudien bör följas upp för att, baserat på resultaten, ytterligare förbättra egenskaperna hos elektroderna, innan tillämpning kan bli aktuell. 101,107, 607

Värmepumpsdemonstrator med grafenbelagd keramisk matris för ökad effekttäthet (avslutat)
Climatewell AB, Chalmers Industriteknik, Chalmers
Ulrika Tornerefelt, Climatewell AB 2015 – 2016 Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av en fibermatris för värmepumpar, utvärdera och verifiera […] Syfte och mål Syftet med projektet var att utveckla en tillverkningsmetod för grafenbeläggning av en fibermatris för värmepumpar, utvärdera och verifiera testresultaten genom verifiering och validering i en demonstrator. Projektmålet var att höja den termiska konduktiviteten inom befintlig teknologi. Vid en ökning av matrisens effekt- och energidensitet jämfört med nuvarande produktapplikationer, kommer Climatewells teknologi att kunna användas i nya slutapplikationer. Projektet tror att en framgångsrik utveckling av en sådan beläggningsprocess är nyckeln till att grafen ska kunna ta sig in i andra industrisegment i Sverige, såsom textilindustrin. Planerat upplägg och genomförande Climatewell AB har expertis inom termokemiska system, Chalmers Industriteknik bidrog med kunskap och erfarenhet inom kolbaserad nanoteknik och Chalmers tekniska högskola bidrog med den expertis som krävs för att göra korrekta termiska karakteriseringar. Projektet utfördes i 5 arbetspaket: 1. Utveckling av lämpligt grafenbläck (graphene ink) 2. Beläggning av den keramiska fibermatrisen 3. Termisk karakterisering av den belagda matrisen 4. Saltdispergering och post-dispersionsinspektion 5. Testning, verifiering av in-situtestning och validering av den belagda matrisen integrerad i en demonstrator Effekter och resultat Under projektet utvecklades en mycket kostnadseffektiv tillverkningsmetod av grafensuspension. Två olika huvudgrupper av grafenintegration identifierades för utvärdering:

Ytbeläggning av fast matrismaterial Ytbeläggningen genomfördes med tre olika metoder: ”dip and dry”, ”soak and dry” samt spray coating. För alla ytbeläggningsförsök enligt ”soak and dry” samt ”dip and dry” på fast matris är det tydligt att penetrationen av grafensuspensionen är mycket viktigt att monitorera. Både ökad termisk och elektrisk konduktivitet uppmättes för den belagda matrisen. Referensprover som inte var belagda uppvisade inte någon konduktivitetsökning. ”Soak and dry”-metoden var den som erhöll mest signifikant konduktivitetsökning. ”Spray coating” behöver optimeras ytterligare för att få en god penetration av grafen in i matrisstrukturen.
Integrering av grafen i vätskematris När grafen integrerades i vätskematris förbättrades värmeöverföringsförmågan, jämfört med referens utan grafenintregrering, då temperaturdifferensen mellan primär- och sekundärsidan av värmeväxlaren minskade från ett medelvärde på 6°C till ett medelvärde på 3°C. Under laddning med referenslösning samt grafenintegrerade matrisen erhölls en laddningseffekt på 100 W/°C respektive 167 W/°C, vilket innebär en förbättring på 67 %.

Vid projektstart var huvudmålen att:

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.

De viktigaste grafenrelaterade insikterna innefattar vikten av nätverkande mellan olika kompetenser inom grafenforskningen. För att få en helhetsbild måste förståelse och konvergens upparbetas både inom suspensionsframtagning, karakterisering samt integrering. ClimateWell fortsätter att prioritera arbetet med grafenintegrering i sina komponenter i samarbete med de upparbetade kontakterna i projektet. Fokus kommer ligga på tillverknings- och efterhärdningsprocessen. Den första storskaliga prototypen beräknas köras fullt ut under Q3 2017. De expertisområden ClimateWell ser som fokusområden innefattar beläggning av grafen, inkluderande efterbehandling (värmehärdning), samt integrering av grafen i salt. 103,101, 607

Elektrisk karakteristika av epitaxiell grafen i waferstorlek för industriell användning mot sensorer (avslutat)
Graphensic, Acreo Swedish ICT, Linköpings University, Lindmark Innovation
nov 2014-dec 2015 Syfte och mål Denna förstudie har utförts av Graphensic AB (Graphensic), Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings universitet (LiU) och […] Syfte och mål Denna förstudie har utförts av Graphensic AB (Graphensic), Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings universitet (LiU) och Lindmark Innovation AB (Lindmark). Aktörerna har samverkat för att överföra kunskap från akademisk forskning och forskningsinstitut till industri. Material på waferskala har tillverkats. Kontakter har utvecklats samt verifierats genom flertalet karakteriseringsmetoder. Mätapparatur för ytresistans har utvecklats och beröringsfri mätmetod undersökts. Upplägg och genomförande Graphensic har kunnat optimera produktionsprocessen och tagit sikte mot att själva utveckla tillämpningar genom projektsamarbetet. Linköpings universitet har undersökt bensenkänslighet som överträffar state-of-the-art. Acreo Swedish ICT har utvecklat processkunnande för grafen på kiselkarbid samt publicerat en artikel avseende grafenbaserad biosensor. Lindmark Innovation har utvecklat kunnande inom kontaktering mot grafen samt mätmetod. Effekter och resultat Förstudien har genererat betydande resultat och de aktiva samarbetena som etablerats mellan aktörerna, genom att ett fortsatt utvecklingsprojekt föreslås där målsättning är kommersiell grafenbaserad biosensor. Ny ansökan skrivs nu till SIO Grafens utlysning och möjligtvis även H2020. Kunskapsutbytet har lett till att materialet mognat tillräckligt för industriell tillverkning, då produktionsprocessen nu är verifierad genom flertalet karakteriseringsmetoder. Kompetens finns nu hos aktörerna att även processa och deponera goda kontakter. Graphensic har tillsammans med LiU producerat grafenbaserade gassensorer med lovande resultat avseende känslighet mot flera gaser av intresse för luftkvalitetskontroll. Dessa resultat erhölls genom att dekorera grafenen med metall- och metalloxidnanopartiklar med användning av skalbara tunna filmavsättningstekniker. Parterna arbetar nu för en djupare undersökning av effekterna av nanopartikelavsättning på sensorns prestanda, och hur partikelmått, enhetlighet och täckning kan styras över större områden för produktion av waferskala. Graphensic har också förvärvat en patentansökan för en grafenbaserad sensoranordning. 107, 90

Förstudie på Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen (avslutat)
APR Technologies, Chalmers, SHT Smart High-Tech
Peter Nilsson, APR Technologies 2014 – 2015 Syfte och mål APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk energi. […] Syfte och mål APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk energi. Grafenbaserade filmer undersöks som kritiska delar där extrem termisk prestanda behövs tillsammans med en kontrollerad permeabilitet. Projektet skulle ta fram ett lämpligt material, grafen i form av HOPG (Highly ordered pyrolytic graphite) och karakterisera dess termiska och gaspermeabla egenskaper i provuppställning. Sedan skulle grafenmaterialet integreras med kompressorns andra nyckelmaterial. Effekter och resultat Denna förstudie identifierade ett antal materialval, underleverantörer, lämplig konstruktion/design av system baserat på testresultat och simuleringar, samt möjliga bearbetningsmetoder för ingående delar. Det framkom en del nya svårigheter men samtidigt verifierades även möjligheterna till att använda grafenbaserade filmer som en kritisk del i tillämpningen. I utvecklingsarbetet av en kryokompressor utan rörliga delar har en testuppställning för kompressorcellsutvecklingen byggts och uppdaterats. SHT har tagit fram grafenbaserade filmer utifrån en kravställning från APR och dessa har utvärderats både på Chalmers och hos APR. Genom anpassning av grafenmaterialet i ett försök mikroperforerade grafenbaserade filmer, vilket gav bra resultat, har den kritiska kombinationen av värmeledning och permeabilitet kunnat uppnås. De termiska egenskaper för filmerna validerades på Chalmers, men utvärdering i APRs kompressorcell visar att värmeledningsförmågan för en 20-40μm tjock film inte är tillräcklig när den sitter monterad tillsammans med bland annat aerogelkomposit. Nya simuleringar och referensmätningar gjorda med bearbetad aluminium som värmeledare visar att vi kommer behöva tjockare grafenbaserade filmer, och nästa steg är att utvärdera sådana. Integration av grafenfilm och aerogelkomposit har visat sig fungera så vi kommer kunna fortsätta arbetet med dessa typer av material, ett nytt problem vi stött på är dock aerogelkompositens begränsade tålighet mot höga temperaturer varför vi nu även tittar på aerogelkompositer med rätt egenskaper, som även tål högre temperaturer. Projektet som var en förstudie identifierade svårigheter och verifierade möjligheterna, och fortsätter i en genomförandefas tack vare vidare finansiering från Vinnova, som pågår till sista november 2016. 101,107, 90

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 Syfte och mål Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer. Målen med projektet var […] Syfte och mål Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer. Målen med projektet var att:

Göra en litteraturstudie kring grafens användning i förpackningsapplikationer och dess interaktioner med cellulosa.
Identifiera möjliga sätt att använda grafen i förpacknings- och cellulosaapplikationer.
Bestämma olika basala fysikaliska egenskaper hos grafen som är viktiga i förpackningsapplikationer såsom egenskaper i polymersmälta, dispersionsbeläggningar och flockuleringsegenskaper.

Effekter och resultat I projektet har exfolierade grafit nanoplatelets (xGnP) utsatts för skjuvspänning och ultraljud för att framställa grafenflagor. Litteraturstudien visar att grafen, om det appliceras på rätt sätt, starkt kan bidra till minskad permeabilitet av luft och vattenånga i barriärmaterial. Dispersionsegenskaperna av xGnP och hur olika koncentrationer av XGnP påverkar syrepermeabiliteten utvärderades i dispersionsbeläggningar bestående av biopolymer. Skjuvningen, dragningsförhållandet och ytarean av xGnP, var parametrar vars påverkan på syrepermeabiliteten undersöktes genom extrudering av grafen – långkedjig förgrenad polyetenfilm av nanokompositer. Fördelningen av grafenflagor undersöktes med optisk mikroskopi. Resultaten i de första försöken visar att det är möjligt att producera polymerfilmer och beläggningar baserade på grafen (xGnP) som reducerar permeabilitet för syre med en faktor upp till 10 (för extruderad film). Det finns dock en mängd utmaningar att lösa innan grafen kan kommersialiseras och bli gångbar som barriär i förpackningar. En av huvudutmaningarna är att fastställa mängden och fördelningen av grafen i filmerna tillsammans med filmernas övergripande struktur, vilken är nära förankrad i egenskaperna för dispersionen och kompabiliteten mellan grafen och det omgivande materialet. Ytterligare en utmaning är att optimera mängden grafen som behövs i filmerna för att reducera permeabiliteten av syre. Effekterna av olika emulgeringsmedels påverkan på blandningens egenskaper har utvärderats. Resultaten visar att blandningens stabilitet ökar med ökad koncentration av emulgeringsmedel. Såväl försöken som litteraturstudien i projektet visar att funktionalisering av grafen (exempelvis grafenoxid) förmodligen blir en nyckelfråga för att framgångsrikt kunna applicera grafen i barriärmaterial. Andra utmaningar är produktion av grafen i tillräckligt stora mängder till konkurrenskraftiga priser, tillgång till rent grafen, effektiva metoder att exfoliera xGnP (om det används som källa för grafen), och metoder att applicera grafenbarriärer i produktionslinjen samt potentiella säkerhetsaspekter med nanopartiklar. Avslutningsvis så behövs mer forskning för att ta itu med ovan nämnda utmaningar och därmed kunna möjliggöra användningen av grafen som barriär i förpackningsmaterial. 103, 90

Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer (avslutat)
NanOsc AB, Chalmers
Fredrik Magnusson, NanOsc 2014 – 2015 Syfte och mål Demonstrera och optimera spinnströmsfokusering i grafen. Demonstrera användning av optimerad spinnströmsfokusering i grafen i spinntroniska oscillatorer. Projektets […] Syfte och mål Demonstrera och optimera spinnströmsfokusering i grafen. Demonstrera användning av optimerad spinnströmsfokusering i grafen i spinntroniska oscillatorer. Projektets idé är att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dessa spinnströmmar för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Projektidén en oerhört stor potential att revolutionera hur bredbandiga (1-100 GHz) mikrovågssignaler kan genereras, moduleras och detekteras i framtida grafenbaserad mikrovågselektronik. Effekter och resultat Projektet hade som mål att demonstrera, förstå, och optimera spinnströmsfokusering i grafen och sedan använda detta grundläggande fenomen för att aktivt styra den ferromagnetiska resonansen i nanomagneter för framtida frekvensstyrning hos spinntroniska oscillatorer baserade på grafen. I projektet har vi demonstrerat att vi kan växa våra magnetiska material på grafen med bibehållna magnetodynamiska egenskaper. Vi kan även mönstra våra magnetiska material när dessa växts på grafen. Vi har för första gången demonstrerat att vi aktivt kan styra den ferromagnetiska resonansen hos nanomagneter på grafen när dessa absorberar spinnströmmar som genererats genom att leda in spinn-polariserade strömmar i grafen från närliggande magnetiska elektroder. Den ferromagnetiska resonansen kan kontrolleras både vad gäller avstämbarhet i frekvens och dess linjebredd. Vi har därför goda indikationer på att vi kan styra spinnvågsdämpningen i nanomagneter på grafen vilket är första steget mot att sedan kunna driva magnetiska oscillationer i liknande nanomagneter. Detta nu experimentellt demonstrerade fenomen kommer därför att ligga till grund för våra spinntroniska oscillatorer. 107, 90

Graphene-based Coatings for Heat Exchangers (avslutat)
SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB (AlfaLaval Lund AB, KTH)
Karin Persson, SP 2014 – 2015 Syfte och mål Målet med projektet var att undersöka grafen som rostskydd för värmeväxlare. Syftet var att utveckla en multifunktionell […] Syfte och mål Målet med projektet var att undersöka grafen som rostskydd för värmeväxlare. Syftet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för värmeväxlare med hjälp av väl dispergerad GRMs (Grafen eller likande material) som: leder värme och ger utmärkt korrosionsskydd av rostfritt stål. För användning av plattvärmeväxlare (PHE) i krävande miljöer såsom saltvatten, behöver det utvecklas värmeledande kostnadseffektiva beläggningar för rostfritt stål. Denna typ av beläggning kan senare överföras till andra sektorer där värmeledning behövs exempelvis komplext formade aluminiumkonstruktioner som ofta används i kylning av elektronik. Effekter och resultat Det huvudsakliga målet var att utveckla ett GRM-baserat, värmeledande, korrosionsskydd för plattvärmeväxlare av rostfritt stål i saltvattenapplikationer. Materialen som användes i projektet var kommersiellt tillgängliga grafenbaserade material och organiska bindemedel med god effekt för korrosionsskydd av rostfritt stål. Flera olika tillvägagångssätt utvärderades:

grafta (ympa) polymer från grafenoxid
använda kommersiell grafenoxid i vattendispersion
dispergera kommersiellt grafenbaserat material direkt i bindemedel

Projektet kom att i slutändan fokusera på att dispergera kommersiella GRM i bindemedel, och att utvärdera korrosionsskyddet av beläggningarna. Resultaten visade tydligt att tillsatts av grafenbaserade material kan avsevärt förbättra korrosionsskydd för rostfritt stål i aggressiva miljöer. Dessa korrosionsskydd måste nu optimeras för att få fram en kommersiell produkt för plattvärmeväxlare av rostfritt stål. Några lärdomar är: a) det finns både för- och nackdelar med att använda grafenpulver och fördispergerad grafen(oxid). Det vill säga att dispergera grafen själv ställs mot att bli av med lösningsmedlet (vatten) när man använder färdigdispergerad grafen(oxid). b) valet av grafenprodukt samt hur det dispergeras är a och o för ett lyckat resultat när det gäller ytskikt. c) utvecklingen av nya grafenprodukter som finns på marknaden går mycket snabbt. Vissa leverantörer har gedigen egen kunskap och kan ge rekommendationer, men det är bra att jobba med en stor grupp som har möjlighet att ha egen erfarenhet, bra kontakter och översikt över det relevanta forskningsfältet. Se pressinformation från SP > (20141209) 103, 90

IR-Kameleont: Grafen för styr- och tryckbara kompositmaterial (avslutat)
Acreo Swedish ICT AB, Linköpings universitet och Saab
Björn Norberg 2014 – 2015 Syfte och mål Projektets syfte var att studera hur grafen och ledande polymerer kan användas för att skapa kompositmaterial som […] Syfte och mål Projektets syfte var att studera hur grafen och ledande polymerer kan användas för att skapa kompositmaterial som är styrbara och tryckbara, för exempelvis kamouflage. Projektet omfattade marknads- och materialstudier samt prototyptillverkning. Effekter och resultat Patentundersökningen och litteraturstudien, visade att forskningsområdet elektrokromism med grafen i kamouflage är väldigt ungt och få relevanta dokument hittades. Det finns ett stort antal företag som säljer grafen och marknaden växer snabbt. I detta projekt hade vi kontakt med ett par av dem för att studera olika tekniker för att använda grafen. En innovativ metod för konstruktion av elektrokroma prototyper, med och utan grafen, utvecklades för att studera prestanda på prototyperna. Överföring av multilagers CVD-grafen till polyethylene har gjorts. Mätning av IR-reflektans och IR-transmission hos CVD-grafen på polyolefiner har genomförts. Multilagers CVD-grafen på nickel har överförts till polyolefiner. Ytorna hos det överförda grafenet var tillräckligt för spektroskopiska mätningar. Projektet har ökat kunskaperna kring grafen och hur grafenkompositer kan skapas med tryckteknik. Projektet har även innefattat fysiska tester av grafen/polymerkompositer med avseende på vissa specifika karakteristika. Läs mer: Pressmeddelande från Saab > (20150806) 107,105, 90

Produktion av grafen på kiselkarbid för sensorer (avslutat)
Graphensic AB, Lindmark Innovation AB, Linköpings universitet
Amer Ali, Graphensic AB 2014 – 2015 Syfte och mål 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. 96,107, 90

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 Syfte och mål Utveckling av grafenbaserade fotodetektorer för infrarött ljus för användning i optiska gassensorer. Projektmålen var: 1) Kunskapsöverföring 2) […] Syfte och mål Utveckling av grafenbaserade fotodetektorer för infrarött ljus för användning i optiska gassensorer. Projektmålen var: 1) Kunskapsöverföring 2) Integrering av grafen för IR-detektorer i gassensorer 3) Evaluering av prestanda 4) Evaluering av den kommersiella potentialen Effekter och resultat Projektet har lagt grunden för ökad förståelse av grafens potential för IR-detektering genom experiment med prototyper. Projektparterna har delat kunskap under projektets gång genom diskussioner om design och resultat, och genom skrivande av patent och en ansökan för uppföljningsfinansiering. KTH har utvecklat en ny tillverkningsprocess för frihängande kiselvågledare ovanpå vilka grafendetektorer kan integreras. Prestandan för frihängande kiselvågledare med integrerade platina-emittrar och detektorer har utvärderats. Den kommersiella potentialen har utvärderas. Utvecklingen har gjorts av vågledarintegrerade detektorer för mid-infrarött ljus, baserade på fristående grafenmembran, för användning i optiska gassensorchip. Framtagning av frihängande kiselvågledare har genomförts och de första prototyperna har utvärderats med integrerade ljuskällor och detektorer i platina. Eftersom utvecklingen av processen för frihängande kiselvågledare tagit något längre tid än planerat, har integrering av grafen inte kommit så långt som planerat, men vid förstudiens slut är alla bitar på plats för att påbörja det arbetet. 107, 90

Sök projekt

Förberedelseprojekt, våren 2021

Genomförbarhetsstudier SIO Grafen, våren 2021

Samverkan kring kommersiella grafentillämpningar, hösten 2020

Syfte och mål

Samverkan kring kommersiella grafentillämpningar, våren 2020

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

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

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen (våren 2019)

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Syfte och mål

Projektet kommer att ha fyra kontaktpunkter:

Samverkan för kommersiella tillämpningar med grafen – hösten 2018

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Syfte och mål

Sammanfattning

Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen – våren 2018

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Effekter och resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (2) 2017

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Förväntad påverkan och resultat

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

Syfte och mål

Resultat

FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (1) 2017

Syfte och mål