Projektanslag

Materialforskning

Material som är slitstarkare, tål höga temperaturer och sparar energi är högintressanta för forskare. Nu kan man på atomnivå skräddarsy sådana egenskaper, men det krävs regelbundet ny, dyrbar laboratorieutrustning. Med en donation på 50 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse kan materialforskningen i Linköping hävda sig ännu bättre i den internationella konkurrensen.

Flera personer står vid ett elektronmikroskop

Det är ett betydande utrustningsanslag där merparten går till ett högupplösande elektronmikroskop, det första i sitt slag i Europa. En skulptural byggnad för det 4 meter höga instrumentet uppförs på campusområdet i Linköping. Lars Hultman är professor i tunnfilmsfysik vid Linköpings universitet och en av de mest citerade materialforskarna i världen.

"Det är så nära vi forskare kommer Kalle Anka-julgranen med alla kulor och allt glitter. Vi måste ha tillgång till den bästa tekniken och mikroskopin utvecklas ständigt."

En mindre del av anslaget används till att uppgradera utrustning för att tillverka nya material. I Linköping ligger fokus på att skapa tunna filmer av metaller och keramer som på nanonivå förses med särskilda egenskaper. Tillverkningen av tunnfilmerna sker i en förångningsprocess med en teknik som kallas magnetronsputtering. Under kontrollerade former låter forskarna energirika joner i ett plasma kollidera med ett källmaterial, till exempel titan. Vid kollisionen lossnar ytatomerna från källan och transporteras bort i form av en ånga.

- Vi kan också välja att tillsätta andra material och andra gaser och sedan styr vi kondenseringen av ångan till en fast film. Resultatet blir material med helt nya egenskaper: hårda, elektroniska och optiska material eller helt enkelt bara vackra material, berättar Lars Hultman.

Ett aktuellt framsteg är nanostrukturerade ytbeläggningar för skärverktyg.

- Vi har byggt in en smarthet i ytan som gör att materialet blir hårdare när temperaturen stiger då verktyget används. Fördelen är att man kan skära djupare och snabbare. Det omsätts nu i produkter på verkstadsföretagen Sandvik och SECO, berättar Lars Hultman.

Ett annat resultat av Linköpingsforskningen är beläggningsmaterialet ”Maxfas”, en blandning baserad på titan, kisel och kol som leder ström lika bra som guld, men är slittåligare. Materialet kan ersätta guld i alla typer av elektriska kontakter och mobiltelefoner tros bli ett viktigt användningsområde. Den fortsatta utvecklingen av ”Maxfas” sker i samarbete med ABB och det Linköpingsbaserade företaget Impact Coatings samt forskare vid Uppsala universitet.

- Vårt motto är tillämpningsinspirerad grundforskning. Det finns ett stort behov eftersom Sverige har ett så materialintensivt näringsliv och vi har också ett nära samarbete med ledande företag, säger Lars Hultman.

Men alltmer avancerade material ställer större krav på att man kan se exakt hur atomerna är placerade eller rör på sig så att strukturerna blir optimala. Därför behövs det nya mikroskopet, som är det första i sin generation och som ökar skärpan betydligt.

- Långt nere på atomskalan blir bilderna suddiga, men nu har man kommit på ett sätt att korrigera för det. Man kan likna det vid att placera glasögon inuti mikroskopet. Det är ett fantastiskt genombrott för att höja bildinformationen.

Mikroskopet får en helt ny byggnad med en estetisk gestaltning och framträdande placering på campusområdet Valla i Linköping. Det blir en spektakulär syn när det står färdigt vintern 2011, hoppas Lars Hultman.

Andra världsledande mikroskopilaboratorier finns på Berkeley i USA och i Oxford, England. Med den generösa donationen från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse ges Linköping förutsättningar för att etablera sig i toppskiktet.

- För varje nytt material att karakterisera så har vi nu utrustning som gör att vi kan ta oss an frågeställningar i den absoluta forskningsfronten. Miljön gör det också attraktivare för utländska forskare att komma till Sverige. Och det mest spännande är att de flesta material ännu inte är upptäckta, säger Lars Hultman.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström