Möjligheter med grafen och andra 2D-material

Termisk- och elektrisk ledningsförmåga, brandskydd, mekaniska och antimikrobiella egenskaper är exempel på funktioner som går att uppnå med grafen och relaterade 2D-material i ytbeläggningar.  

Grafen kan även användas som barriärskikt för att minska genomsläppligheten av fukt, luft och andra gaser, men även joner. Något som breddar användningen från förpackningar till även gasbehållare och korrosionsskydd. För att få full effekt och uppnå bra kompabilitet med underlaget, så behöver 2D-materialet dispergeras och användas i en formulering. Dessutom måste ytbeläggningarna ha lämpliga reologi-, vätnings- och vidhäftningsegenskaper för att få ett bra och hållbart resultat. 

Läs mer här:
Funktionella ytor
Wei Zhao:s forskning

Grafen och relaterade 2D-material som till exempel hexagonal bornitrid (hBN) kan användas för att bilda kompositmaterial som ger förbättrade funktioner och egenskaper. Till exempel kan grafen tillsättas i cement, cellulosa, gummi, metall och plast för att förbättra de mekaniska egenskaperna och ledningsförmågan. Inblandning av grafen kan både förbättra produktionen och produkter vid till exempel additiv tillverkning.  Inom lättviktskompositmaterial kan tillägget av grafen både öka ledningsförmågan av elektriska strömmar och värmeledningen samt de mekaniska egenskaperna. Detta kan användas för att lägga till nya funktioner hos komposit, som exempelvis lokal uppvärmning för vindkraftsblad eller delar på flygplansstrukturer samt möjligheter för övervakning av en komposits prestanda i realtid, så kallad health-monitoring. Det går även att använda grafen som ledare för signalhantering och på så sätt minska eller minimera mängden kablar i ett fordon.

Läs mer här:
3D printing
Materialutveckling för fiberkompositer
Hållbar komposittillverkning
Skräddarsydda kompositer för värmestyrning av e-motorer

Grafenrelaterade material kan  användas i filter och membranfiltrering för att rena vatten och luft, inklusive koldioxidavskiljning. 

Läs mer här:
Anti-fouling membran – för effektiv vattenbehandling
Biobaserade värmeledande kompositer

2D-material öppnar dörrar till stora förändringar för konstruktion och tillverkning av elektroniksystem. Fördelarna kan vara prestanda- och kostnadsrelaterade och/eller hållbarhetsdrivna. Materialen behöver dock dispergeras för att kunna processas. De behöver också testas utförligt i den utvärderade applikationen. Här bidrar vi på RISE med vår expertis inom kombinationen 2D-material och elektronik. Vi hjälper er att anpassa och implementera 2D-material i elektroniksystem för bättre funktionalitet, kostnad och/eller en starkare hållbarhetsprofil. 

Läs mer här:
Utveckling och certifiering av elektronik
Toolbox for Electrical Characterization of Graphene

Tryckt elektronik
Tryckt elektronik erbjuder fantastiska möjligheter att skapa nya produkter och elektroniska system med konventionell tryckteknik som bas. Papper, plast, läder, och andra material kan förses med elektroniska och bioelektroniska funktioner.

Läs mer här:
Tryckt elektronik

Mätteknik
Som ett av de första nationella mätinstituten som började använda grafen för reguljär kalibrering har vi på RISE många års erfarenhet av materialet. Vi bedriver flertalet forskningsprojekt samt arbetar med att kommersialisera våra grafenkomponenter. 

Numera använder man kvantfysikaliska fenomen för att realisera många viktiga storheter inom SI-systemet. Inom området elektrisk mätteknik har grafen visat sig vara det mest lämpade materialet för att realisera resistansenheten (Ohm) via den så kallade kvantiserade Halleffekten. Detta innebär att i stort sett alla (kalibrerade) elektriska mätningar i Sverige kan spåras tillbaka till grafennormaler som vi har på RISE. Grafen har således fått en viktig roll i ett samhälle som allt mer blir elektrifierat och digitaliserat.  

Vi på RISE har världsledande expertis inom elektrisk mätteknik med grafen och vi kan hjälpa er med elektriska mätningar på grafenmaterial samt microfabricering av grafenprover. 

Läs mer här:
Programmerbara grafenresistansstandarder
Graphene Hall Devices

Grafen öppnar nya möjligheter för sensorteknik på grund av dess egenskaper, såsom stor yta-till-volymförhållande, unika optiska egenskaper, utmärkt elektrisk ledningsförmåga, hög bärvåg rörlighet/densitet och hög termisk kapacitet. Den stora ytan möjliggör stort antal sensormolekyler. Den utmärkta förmågan att leda elektiska ström möjliggör effektiva transportbärare mellan sensormolekyler och elektroder. 

RISE stödjer akademiska och industriella partners med utveckling av smarta och innovativa sensortillämpningar av grafen och andra 2D-material. Vi täcker hela kedjan från materialutveckling till produktimplementering via processutveckling och uppskalning. 

Läs mer här:
Grafenbaserade sensorer
Sensorer och sensorapplikations­utveckling
Energiautonoma sensorer
Characterization of Graphene and related materials
Collaborate with RISE to realize competitive Graphene-Based Sensors

2D-material har unika egenskaper, vilket bland annat erbjuder nycklar till att minska koldioxidutsläpp och främja hållbara energilösningar. 

Batterier 
Utveckling av nya batterimaterial och förbättring av befintlig batterikemi är viktiga fokusområden för RISE. RISE ligger i framkant av forskningen inom aktiva material, bindemedel och tillsatskomponenter för avancerad batteriteknologi. Vår expertis spänner över ett brett spektrum av batterikemi som spänner från litiumjon-, natriumjon-, solid-state, dubbla jonbatterier och superkondensatorer.  

Inom dessa områden är 2D-material av stort intresse, inte minst för utvecklingen av nya katod- och anodmaterial, men också för att förbättra batteriets prestanda när det gäller energitäthet, hållbarhet, säkerhet och hållbarhet.

Läs mer här:
Aktiva material och råvaror
Elektrodformulering och beläggning
https://www.ri.se/sv/vad-vi-gor/batterier

Vätgas
Inför framväxten av vätgasindustrin möjliggör 2D-material som grafen, h-BN, MoS₂, lovande nya tillvägagångssätt. Grafenbaserade beläggningar och material har potential både som skyddande beläggning (korrosionskydd och gasbarriärer) och som fyllnadsmedel till polymerkompositer. Nya MoS₂-baserade katalysatorer och grafenelektrodbeläggningar undersöks för att ge elektrolytiska celler som är mer effektiva och har längre livslängd .  

Läs mer här:
Vätgas på RISE
Expertis på RISE inom vätgas

Grafen och 2D-material kan användas som underlag för katalysatorer, eller som alternativ till metaller i olika tillämpningar. Till exempel kan grafen användas istället för ädelmetaller som katalysatorer i vissa kemiska reaktioner. Genom att ersätta kritiska metaller med dessa material kan behovet av de sällsynta metaller, som är svåra att få tag på, minska.

Läs mer här: 
Kemisk processutveckling, processteknik och uppskalning

2D-material som grafen öppnar upp en värld av möjligheter. Dess användning inom biomedicinsk teknik, från avancerade sensorer till läkemedelsadministration visar löfte om att förbättra livskvaliteten för människor genom banbrytande medicinska framsteg. 

Läs mer här:
Sensorer för mätning av biologiska och kemiska parametrar
Utveckling av vaccin

Att utveckla nya material innebär ofta förändringar i arbetsmiljön, som kan handla om allt från säkerhet och hälsa till nya arbetsprocesser och ergonomi. Därför kan verksamheten behöva göra en riskbedömning och involvera både arbetsledning och arbetstagare i planering och implementering. För att skapa hållbarhet i alla aspekter kan verksamheten även behöva väga in miljömässig, ekonomisk och social hållbarhet, vilket kan göras med hjälp av en livscykelanalys.

Läs mer:
Fysisk arbetsmiljö
Grafen och arbetsmiljöfrågor
Livscykelanalys (LCA)