Lätta ledande funktionella cellulosakompositer
- Diarienummer
- RMA08-0025
- Start- och slutdatum
- 090701-130630
- Beviljat belopp
- 9 299 697 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Applikationsdriven forskning på högsta nivå med en kombination av teori, modellering och experiment används för att utveckla nya lätta, elektroniskt ledande kompositer bestående av en tunn film av ledande polymer på ett substrat av cellulosa med unik nanostruktur. Denna typ av nya material kan användas inom ett brett applikationsområde, inkluderande snabb extraktion och rening av biologiskt intressanta föreningar, smarta textilier, sensorer och integrerad energilagring i form av billiga lättviktsbatterier och superkondensatorer. Kompositerna kommer att utvecklas med en ny miljövänlig och uppskalningsbar polymerisationsteknik, som ger upphov till mycket lätta ledande material med specifika ytor som är upp till 100 gånger större än vad som är möjligt att skapa med dagens teknologier. Materialens egenskaper studeras med hjälp av en rad experimentella tekniker inklusive SEM, TEM, BET och elektrokemiska metoder. Återkoppling från teoretiska ab initio och molekyldynamiska analyser används för att optimera materialen experimentellt för anpassning till specifika slutanvändarapplikationer. Projektet förväntas resultera i en familj av lätta elektroniskt ledande nanokompositer (och patent) lämpliga för produktion både i miniatyriserat format och som storskaliga produkter, av stor strategiskt betydelse för svensk industri. Projektet är av särskild vikt för skogs och pappersmassaindustrin, medverkande i projektet via STFI, och biotekindustrin, representerade av medverkande AstraZeneca.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.