Kolbaserade nanomaterial som grafen och kolnanorör spåddes en lysande framtid när de upptäcktes. Men kvalitetsproblem bromsar utvecklingen av nya produkter. Problemet är att det är svårt att analysera kristallstrukturen och att det inte finns några etablerade standardmetoder för klassificering av materialen. Nu är forskare på ýs universitet lösningen på spåren.
- Kolatomerna måste sitta helt perfekt i en välordnad kristallstruktur över stora avstånd, men det gör de inte i de kommersiellt tillgängliga materialen som finns på marknaden idag, säger Krister Svensson, docent i fysik.
Kvalitetsproblem hos nanomaterial bromsar utvecklingen
Kolbaserade nanomaterial såsom grafen och kolnanorör har länge spåtts en lysande framtid på grund av deras speciella egenskaper, såsom hög elektrisk och termisk ledningsförmåga samt en hög mekanisk styrka. De första studierna på kolnanorör gjordes för snart 30 år sedan men materialet har inte kunnat svara upp till de höga förväntningar som funnits. Detta beror till en stor del på att man inte kunna skala upp tillverkningsprocessen med en bibehållen kvalitet.
Då materialets egenskaper är beroende på kristallstrukturen, så är det helt avgörande vilken kvalitet som materialet har för prestandan hos den slutliga produkten.
- Problemet kompliceras ytterligare av att det är svårt att analysera kristallstrukturen och att det inte finns några etablerade standardmetoder för karakterisering och klassificering av materialen, säger Krister Svensson. Detta har då gjort att det råder lite ”vilda västern” på marknaden när det gäller priser och kvaliteter på de material som säljs.
Risken är nu att försäljningen av undermåligt material förstör för seriösa aktörer och intresset för materialen avtar snabbt, det blir då bara en hajp som inte når fram till verkliga tillämpningar.
- Vi har nu tagit fram en metod för att karakterisera kristalliniteten i materialen och vi visar även vilken förödande effekt som en låg kristallinitet har på de mekaniska egenskaperna, säger Krister Svensson. Det är då alldeles uppenbart att de kommersiellt tillgängliga materialen inte kan leva upp till de stora förväntningarna som funnits, det är helt enkelt ett annat material. Det krävs då krafttag för att stoppa ”fejkmaterialen" och ta fram standardiserade mätmetoder och klassificeringar av materialen. Först då kan marknaden mogna och man kan ta fram nya produkter för de olika materialklasserna.
Arbetet har genomförts av Krister Svensson, docent, och Mattias Flygare, doktorand, inom forskargruppen CMM, Karakterisering och modellering av material, vid ýs universitet, och presenteras i tidskriften Materials Today Communications (mars 2019).
