Högtrycksforskning högt i kurs

Publicerad: 30 augusti 2012

Mattias Mases och Maxime Noël, doktorander i forskningsämnet Fysik vid Luleå tekniska universitet (LTU), har blivit utsedda att hålla varsin presentation vid European High Pressure Research Group (EHPRG) meeting i Grekland. Det är Europas största konferens inom högtrycksforskning som lockar ledande forskare från hela världen.

– Det är roligt och ett erkännande för vår forskning när två doktorander från samma forskargrupp får presentera på EHPRG, säger Mattias Mases.

Det är Mattias och Maximes högtrycksforskning på världens starkaste material, grafen, och andra kolbaserade nanomaterial som väckt stort intresse i forskarvärlden. Ett av dessa material är kolnanorör, vilken är grafen hoprullat till små rör med en diameter på någon nanometer (miljondels millimeter). Längden på rören kan däremot vara tusentals eller till och med miljontals gånger större än deras diameter.

Material med stor potential

Kolnanorör har utmärkta egenskaper vad gäller ledning av elektricitet och värme vilket gör de lämpliga till att skapa mindre, snabbare och mer energieffektiv elektronik. De har även enastående mekaniska egenskaper vilka tyvärr är svåra för oss människor att dra nytta av i vår värld som mäts i meter snarare än nanometer. Forskare försöker därför göra kolnanorör användbara i större skala. Ett sätt är att blanda kolnanorör i polymer (plast) som en armering, en lovande teknik som forskare vid LTU tidigare rapporterat om. Det skulle skapa ett starkt och lätt material, men kolnanorören vill gärna klumpa ihop sig vilket är ett problem som behöver lösas.

En annan tänkbar lösning när det gäller att använda kolnanorör i större skala är att skapa en polymer av dessa genom högt tryck. Det innebär att det uppstår starka kemiska bindningar mellan rören. Just detta handlar Maximes presentation om:

– Jag har studerat hur den elektriska resistansen för ett kolnanorör påverkas under högt tryck. Enligt teorin kollapsar först kolnanorör under högt tryck och kan sedan polymeriseras. Men även ett tryck så högt som 0,5 Mbar (vilket är 500 000 gånger högre än i atmosfären) var inte tillräckligt för att detta skulle ske. Värt att notera är att när trycket togs bort återfick kolnanorören sin form och sina egenskaper tack vare dess utmärkta strukturella integritet. 

Jämför dynamiskt och statiskt tryck

Mattias presentation handlar om kolnanorörs tålighet mot tryck där han jämför effekten av statiskt respektive dynamiskt tryck. Statiskt tryck innebär att kolnanoröret pressas mellan två diamanter inuti en cell (se bild ovan), i vilken trycket ökas med hjälp av ett gasbelastningssystem. Till skillnad från det statiska trycket innebär dynamiskt tryck att materialet under några mikrosekunder utsätts för en tryckvåg, vilken skapas genom att en riktad sprängladdning skickar iväg en metallplatta mot provet.

– Liksom Maxime utsätter jag materialet för ett tryck på 0,5 Mbar. Testerna visar att materialet klarar det höga trycket i de statiska testerna, men inte i de dynamiska, säger Mattias.

Mattias och Maximes forskning handlar alltså om att bättre förstå kolnanomaterialets egenskaper och tålighet, vilket banar väg för en eventuell framtida storskalig användning i industrin. Högtrycksforskningen vid LTU leds av professor Alexander Soldatov, det är också han som handleder Mattias och Maxime.