Foto: Leif Jansson

Tema: Viden om usynlige strukturer giver nye materialer

fredag 16 sep 16

Kontakt

Henning Friis Poulsen
Professor
DTU Fysik
45 25 31 19

MAX IV

Røntgenstråling er elektromagnetisk stråling med høj energi. Jo højere energi strålingen har, jo kortere bliver bølgelængden, og jo mindre strukturer kan man undersøge.

Gennem ganske mange år har fysikerne været i stand til at producere særlig energirig røntgenstråling. Det sker i de karakteristiske ringformede såkaldte synkrotroner, hvor elektroner med meget høj energi (tre gigaelektronvolt) cirkulerer rundt tæt på lysets hastighed. Elektronerne bøjes rundt i ringen af stærke magneter. Afbøjningen giver anledning til dannelse af røntgenstråling med høj intensitet.

Fra MAX IV’s lagerring, der har en omkreds på 528 meter, kan røntgenstrålingen ’tappes’ ud i de i alt 19 planlagte beamlinjer, som står i strålingsbeskyttede laboratorier, hvor de kan anvendes til forskellige typer undersøgelser, herunder at skabe 3D-billeder af materialers indre.

MAX IV blev indviet den 21. juni 2016.

Henning Friis Poulsen

Foto: Thomas Steen Jørgensen

Henning Friis Poulsen står i spidsen for DTU’s brobygning mellem danske virksomheder og faciliteterne i MAX IV og den nærliggende neutronkilde ESS.

Danske universiteter og virksomheder får direkte adgang til det netop indviede røntgenstråleanlæg i Lund, MAX IV.

Det er det seneste skandinaviske indspil til det, forskere betegner som en revolution inden for materialeforskningen. En revolution, der vil få stor betydning for vores hverdag og de genstande, vi omgiver os med.

I de kommende år vil en dansk såkaldt beamlinje – DanMAX – blive opført ved røntgensynkrotronen MAX IV i Lund. Den giver danske forskere og virksomheder direkte adgang til noget af verdens bedste udstyr til at se og studere materialer i ekstremt høj opløsning. Og det betyder, at Danmark kommer til at stå stærkt i udviklingen af nye, avancerede materialer, vurderer professor Henning Friis Poulsen fra DTU Fysik:

”Det moderne samfund hænger kun sammen, fordi vi har haft materialeforskningen. Forskningen har bl.a. givet os rustfrit stål, glas og plastik. Materialer er med til at definere vores samfund, hvordan vi bevæger os, og hvordan vi bor. Og langt de fleste af de samfundsmæssige udfordringer, vi står overfor nu – om det er at få foretaget en grøn omstilling på energiområdet eller sikre en bedre produktivitet i virksomhederne – kan kun løses med hjælp fra materialeforskningen,”

siger han og fortæller, at DanMAX bl.a. vil blive brugt til at bane vejen for stærkere materialer til vindmøller, effektive og holdbare materialer til energilagring, studier af naturlige materialer og fødevarer og udvikling af biomaterialer, som f.eks. kan bruges til implantater.

At se det usynlige

Centralt for forskningen på det store røntgenanlæg er, at forskerne bliver i stand til at se ting, som ellers usynlige. Med røntgenstråler med en bølgelængde på bare 0,01-1 nanometer kan man se, hvordan materialer er opbygget – helt ned til de enkelte molekyler og atomer. Det kan f.eks. være de mikroskopiske, fine korn, som metaller er bygget op af, eller sammensætningen af materialer til vindmøllevinger, batterier eller brændselsceller.

Når man betragter materialer på den måde, bliver det tydeligt, at de har nogle grundlæggende strukturer tilfælles. De er jo f.eks. alle opbygget af atomer. Men ligesom med legoklodser kan man bygge meget komplicerede strukturer af disse – på mange længdeskalaer. Det er således en illusion, når vi ser det enkelte materiale som en homogen masse. I virkeligheden består langt de fleste materialer af mange delelementer, der er kombineret og skaber det ensartede udtryk, der er synligt for vores øjne.

Viden sætter fart i udviklingen

Det er ikke noget nyt, at mennesker manipulerer med disse delelementer for at give materialerne nye egenskaber. Det er hele baggrunden for det moderne samfund. Det nye er, at de seneste mange års enorme fremskridt inden for materialeforskningen gør os i stand til på atomar-, nano- og mikroskala at styre disse manipulationer i hidtil uhørt grad og skabe nye materialer med helt nye egenskaber.

”Det, vi kan med DanMAX, er at lave 3D-billeder og 3D-film af det indre af materialer og studere, hvordan de udvikler sig. Vi kan f.eks. se på en brændselscelle, hvad der sker med strukturerne inden i materialet under operationsbetingelser,” forklarer Henning Friis Poulsen og fortsætter:

”Når vi kan se, hvordan materialer opfører sig, bliver det nemmere at forstå dem. Og så bliver vi bedre til at opstille gode modeller for dem i computeren og simulere, hvordan de vil opføre sig i andre sammensætninger. Det vil speede processen mod at udvikle nye materialer op, for det går meget hurtigere end at lave forsøg i et laboratorium, som man gjorde, da man udviklede de materialer, vi er omgivet af i dag.”

DanMAX

  • DanMAX bliver en af de i alt 19 linjer i røntgensynkrotronen MAX IV, som er under opførelse i Lund.
  • Linjen får to målestationer, hvor den ene er til 3D-billeddannelse, mens den anden er til diffraktionsmålinger. Billeddannelsen kan bruges til at studere materialers indre strukturer, mens diffraktionsmålinger kan vise den atomare opbygning af molekyler samt forløbet af kemiske processer.
  • Forskere fra DTU er med til at bygge instrumenterne.
  • Danske forskere vil generelt have adgang til at bruge alle beamlinjer på MAX IV på lige vilkår med andre forskere via reviewpaneler. Derudover får Danmark forlods tildelt ca. 2.500 timer årligt på DanMAX. Det giver mulighed for at tilgodese industriprojekter, strategisk forskning og undervisning.
  • Det koster knap 100 mio. kr. at bygge DanMAX, hvoraf 78 mio. kr. finansieres af Uddannelses- og Forskningsministeriet, Københavns Universitet, Aarhus Universitet og DTU samt af Region Hovedstaden og Region Midtjylland. Det resterende beløb finansieres af MAX IV.
  • DanMAX ventes klar i 2019.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.