Om WISE
WISE möjliggör grundläggande och behovsstyrd materialvetenskaplig forskning i internationell framkant, stärker hållbara teknologier och utbildar framtida ledare inom samhälle, industri och akademi i Sverige.
Wallenberg-initiativet Materialvetenskap för hållbarhet är den största satsningen på materialvetenskap någonsin i Sverige och omfattar stora satsningar vid sju av Sveriges ledande universitet under (minst) 10 år. Syftet är att skapa förutsättningar för ett hållbart samhälle genom att forska i nästa generation av miljövänliga material och tillverkningsprocesser. Detta kommer också att underlätta bättre teknik för framtidens energisystem och för att bekämpa klimatförändringar, föroreningar och giftiga utsläpp. Specifikt kommer ansträngningar att ägnas åt att identifiera nya eller avsevärt förbättra material, som ger en tydlig fördel i fysisk, kemisk, biologisk eller funktionell prestanda jämfört med befintliga material och teknologier. Det handlar om material som kräver mindre resurser, är mindre miljöfarliga och möjliggör sunda och effektiva återvinningsprocesser. WISE kommer också att utforska material som, när de används i energiteknik, genererar mindre negativ klimatpåverkan under drift, samtidigt som de erbjuder hög prestanda och effektivitet när de används i stor skala.
Den grundläggande och behovsstyrda materialvetenskapen i WISE, bedrivs inom fyra tematiska områden som är omvandling, lagring och distribution av ren energi; cirkulära material som ersätter sällsynta, energikrävande och farliga material; mildring, rening och skydd av atmosfären, marken och vattnet och upptäckt av material för nya hållbara teknologier och tillämpningar. Dessa tematiska områden är fördelade på fem olika materialforskningsområden.
Forskningsområden
Design och modellering
Teoretiska metoder som möjliggör design och modellering av nya material har mognat och används inom alla materialvetenskapliga områden. Detta involverar elektroniska strukturmetoder baserade på densitetsfunktionsteori, molekylära dynamiksimuleringar och Monte Carlo-tekniker. På senare tid har detta område också involverat datafiltreringsmetoder för enorma databaser, där hundratusentals föreningar listade – till exempel i Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) och Cambridge Structural Database (CSD) – och screeningverktyg är utformade för att extrahera material med specifika egenskaper. Elektroniska strukturberäkningar med hög genomströmning har varit en nyckelingrediens i denna utveckling. Dessutom används maskininlärningsmetoder i allt större utsträckning inom teoristyrd materialvetenskap. Även om metoderna som används inom teoretisk materialforskning till viss del är tillräckligt exakta och effektiva på många områden, finns det fortfarande behov av stora förbättringar inom detta område. Som ett exempel kan noteras att teoretiska beräkningar av röntgen- och elektronspektroskopi utgör ett betydande problem för befintliga metoder.
Strukturer
Det handlar om materialarkitekturer som sträcker sig från Ångströmdimensioner, via nanostrukturer och mesoskopiska storlekar, till makroskopiska konstruktioner och inkluderar materialdefinierade funktioner på olika dimensionsnivåer. Materialstrukturer representerar det avgörande instrumentet för att introducera specifika egenskaper och prestandaparametrar som tillsammans bildar önskade avancerade funktioner för ett resulterande material som riktar sig mot specifika applikationer. Strukturer bildas t.ex. via syntes, gränssnittsteknik, självorganisering, etsning och additiv tillverkning. Elektrod- och membranmaterial för bränsleceller är arketypiska exempel på komplexa strukturer, som möjliggör transport av reaktanter och komponenter, i gas- och vätskefas, tillsammans med laddningstransport.
Syntes och bearbetning
I ett brett perspektiv kan syntes involvera många nivåer av sofistikering från extraktion och återvinning av specifika element eller materialkomponenter till den designade syntesen av specifika molekylära motiv och material med förutspådda egenskaper, som även involverar kompositer, hybridmaterial och material med specifik topologi eller multi-skala ordnade strukturer, såväl som lågdimensionella material och atomär skala kontroll. Syntes utförs i ånga, flytande eller fast tillstånd. För att material i slutändan ska bli användbara i storskaliga tillämpningar är aspekter av hållbar och effektiv bearbetning efter syntes och uppskalning viktiga, t.ex. genom värmebehandlingar för att driva sekundärfasomvandlingar.
Egenskaper
Material är designade och producerade för ett speciellt ändamål och riktar sig därmed mot specifika egenskaper. Till exempel måste ljusinsamlingsmaterial i solceller ge effektiv omvandling av ljusets energi till elektrisk energi, med efterföljande snabb ledning av de energirika laddningsbärarna som produceras, samtidigt som rekombinationsförlusterna minimeras för ultimat hög avkastning för användning eller lagring. Materialegenskaper beror på sammansättningen, samt strukturen och topologin vid olika längdskalor. Därför är detaljerad karakterisering av egenskaper i förhållande till struktur och fysikaliska mekanismer avgörande för att möjliggöra riktade applikationer.
Prestanda
Prestandaundersökningar representerar riktmärket för ett material eller en enhet med avseende på kraven för en avsedd applikation. Exempel omfattar undersökningar av högfrekvenskapacitet, energiförbrukning och livslängd för elektrooptiska enheter; energitätheten, lastnings-/avlastningshastigheten och cyklerbarheten för energilagringsmaterial; hårdhet, seghet och temperaturtolerans för material för industriverktyg; och vikten, belastningen och hållbarheten hos konstruktionsmaterial. Material används också i katalytiska tillämpningar, t.ex. vid syntes av organiska föreningar och bränslen baserade på väte, och i olika hållbara tillämpningar. Dessa prestandaparametrar måste också kopplas till miljöpåverkan från de material som används.
Deltagande universitet
WISE är i första hand baserad på sju av Sveriges främsta forskningsuniversitet, som tillsammans bildar en komplett och kompletterande kunskapsbas för att framgångsrikt genomföra kärnverksamheten inom forskning och utbildning. De deltagande universiteten är: Chalmers tekniska högskola, KTH, Linköpings universitet, Lunds universitet, Luleå tekniska universitet, Stockholms universitet och Uppsala universitet.
Deltagande forskargrupper
Uppdaterad:
Sidansvarig: Kontakt