Boost til udviklingen af nye, avancerede materialer
Nyt instrument forbedrer analyse af high-tech nano materialer
Udviklingen af nye materialer med avancerede egenskaber er afgørende for at tilfredsstille verdens stigende behov for mere og mere effektive telefoner, solceller, lægemidler, computere og lign. Som en konsekvens af dette er der også hele tiden brug for mere og mere effektive instrumenter til udviklingsarbejdet.
Professor mso i fysik på SDU, Sven Tougaard, har nu i samarbejde med Scienta-Omicron, Henry Royce Institute, the University of Manchester og the National Physical Laboratory udviklet et nyt instrument, der gør det muligt at analysere en stor gruppe af sådanne avancerede materialer i hidtil uhørt grad.
Det drejer sig om de materialer, der er bygget op af lagdelte strukturer, som er 100 nanometer tykke eller mere. Udfordringen er at analysere dem, uden at strukturerne bliver destrueret.
Styr på atomerne
Ofte skal de mange strukturlag opvarmes for at aktivere og forbedre lagenes elektroniske, mekaniske og optiske egenskaber. Det kan resultere i diffusion af atomerne mellem lagene. Det er uønsket, og det er ekstremt vigtigt at kunne bestemme detaljerne af denne diffusion.
Sven Tougaard har udviklet software og teknikker, der anvendes i hundredvis af laboratorier verden over til at analysere den nanostrukturelle sammensætning i nye materialer.
Hans teknik bruges nu også i dette nye instrument, der med hidtil uhørt præcision kan foretage disse analyser.
Hvordan virker det nye instrument?
Sven Tougaards metode baserer sig på anvendelse af røntgenstråler som exciterer kerneelektroner i atomerne. På deres vej ud af materialet vil de miste energi, og det er gennem analysen af disse energitab, at hans teknik kan bestemme nano-strukturernes position i materialet.
- Det nye instrument frembringer røntgenstråler med væsentligt højere energi (6-7 gange) end i de hidtidige, og derfor kan vi med min teknik analysere væsentligt dybereliggende strukturer, som ligger flere hundrede nanometer nede mod hidtil ca. 20 nanometer, siger han.
Læs mere om Sven Tougaards metoder og software i den netop publicerede videnskabelige artikel ‘Inelastic background modelling applied to Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy of deeply buried layers: a comparison of synchrotron and lab-based (9.25 keV) measurements’.
Hvad bruger man lagdelte strukturer til?
Lagdelte nanostrukturer anvendes i stærkt stigende grad til udvikling af materialer med nye avancerede egenskaber. Eksempler:
Inden for solcelleforskningen er der stor fokus på at udvikle nye mere effektive solceller. Her forsker man i nanostrukturer, hvor multilag med forskellige elektroniske egenskaber i en stak af lag i forskellige dybder anvendes til at udvikle nye solceller, der giver en højere udnyttelse af sollyset.
Lagdelte strukturer anvendes også til chips i mobiltelefoner, optiske farvefiltre, optiske spejle, batterier og til data hukommelse (compact discs).
Lag af polymerer, hvor det yderste lag har gode biokompatibilitets-egenskaber, anvendes i medicinske implantater.
Læs mere i denne engelske pressemeddelelse fra Scienta-Omicron
Mød forskeren
Sven Tougaard er professor mso på Institut for Fysik, Kemi og Farmaci. Han forsker i udvikling af nye teknikker til at bestemme den atomare sammensætning og de elektroniske egenskaber af nanostrukturer.