Functional light-weight conducting cellulose composites
- Reference number
- RMA08-0025
- Start and end dates
- 090701-130630
- Amount granted
- 9 299 697 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Application driven research—involving state of the art theory, modelling and experiments—will be used to develop novel, light-weight, electronically conducting cellulose-based composites suitable for a wide range of applications, including rapid recovery and purification of biological compounds, smart textiles, sensors and integrated energy storage in the form of inexpensive light-weight batteries and supercapacitors. The composites comprise thin layers of conducting polymers on substrates containing special grades of nanostructured cellulose, and will be synthesised using a new, environmentally friendly and up-scalable polymerisation technique, generating a conducting material with a very large specific surface area. The properties of the material will be studied with a range of experimental techniques including SEM, TEM, BET and electrochemistry. The composites will be optimized experimentally for the specific end use applications using feedback from theoretical ab initio and molecular dynamic investigations. The project is expected to result in a family of light-weight electronically conducting nanocomposites (and patents), suitable for production in both miniaturized and large-scale products of significant strategic importance to Swedish industry. The project is of particular value to the paper and pulp industry, participating in this project via STFI Packforsk AB, and the biotech industry represented by participating AstraZeneca, Södertälje.
Popular science description
Cellulosa är idag ett strategiskt mycket viktigt material för svensk industri då cellulosa är basen för den svenska trä- och pappersindustrin. Det är därför av stor vikt att utveckla nya produkter baserade på cellulosa för att kunna behålla konkurrenskraften inom detta område och för att hitta nya framtida applikationsområden för cellulosa. I detta projekt undersöks möjligheterna att utveckla nya billiga produkter baserade på ett elektroniskt ledande cellulosamaterial som framställs genom att belägga cellulosa med ett mycket tunt lager av en elektriskt ledande polymer. Det erhållna materialet som alltså leder ström kan användas i en rad nya applikationer som t.ex. smarta tyger vars färg kan ändras genom att laddningen på skiktet av den ledande polymeren ändras t.ex. med hjälp av ett cellulosabaserat böjbart batteri som sytts in i tyget. Materialet kan också användas för att rena vatten eller för att fånga upp eller separera värdefulla biomolekyler genom att dessa kan fås att fastna på materialet om materialets laddning ändras på ett lämpligt sätt. Som redan antytts så är det också möjligt att tillverka mycket lätta och smidiga batterier med hjälp av det ledande cellulosamaterialet. Vi avser att använda cellulosa som har en mycket stor yta för att erhålla ett ledande material med mycket stor kapacitet när det gäller att ta upp laddade partiklar både för separation och upprening av biomolekyler och för lagring av energi i form av pappersbaserade batterier. Den stora ytan på materialet gör också att man kan använda mycket tunna beläggningar av den ledande polymeren vilket gör att cellulosans naturliga struktur kan bibehållas och att materialet snabbt kan ändra sin laddning. Det senare är mycket viktigt för batteriapplikationen i vilken man vill ha möjlighet att även erhålla stora strömstyrkor. Det senare är ofta ett problem med dagens polymerbaserade batterier. Forskningen, som kommer att innefatta både experimentella och teoretiska inslag där de experimentella resultaten jämförs med resultat från beräkningar och beräkningar används för att förutsäga materialets egenskaper, förväntas ge upphov till en familj av nya ledande cellulosamaterial vilka kan bidra till att ytterligare stärka Sveriges konkurrenskraft inom detta område.