Agenda. Grafen. SIO Grafen. Graphene Flagship. Materialegenskaper Styrkeområden. Vision och mål Erbjudande. Syfte och mål Aktiviteter och erbjudande

Transkript

1

2 Agenda Grafen Materialegenskaper Styrkeområden SIO Grafen Vision och mål Erbjudande Graphene Flagship Syfte och mål Aktiviteter och erbjudande

3 Grafen egenskaper Tunnaste materialet 1 atomlager tjockt kol Starkaste materialet och samtidigt flexibelt Enbart yta Bästa termiska ledaren En av de bästa elektriska ledarna Genomskinligt Ogenomträngligt

4 Styrkeområden Trycktelektronik Ytor och barriärer Sensorer Energi Högfrekvenselektronik Livsvetenskaper Tillverkning

5 Sensorer Grafenytan är väldigt känslig för närvaro av molekyler => Kan användas till nya typer av gas-sensorer eller bio-sensorer. Grafen släpper igenom de flesta våglängder av strålning =>Grafen kan fungera som elektrod i ljus-sensorer med förmågan att detektera flera våglängder samtidigt. Målet för detta område är att inom tre år visa upp en prototyp av en sensor Trycksensor

6 Sensorer Pågående projekt Vågledarintegrerade grafen baserade IR detektorer för optiska gassensorchip Senseair AB, KTH Elektrisk karakteristika av epitaxiell grafen i waferstorlek för industriell användning mot sensorer Graphensic AB, Lindmark Innovation AB, Linköping Universitet IR Photodetektor (AMO GmBH)

7 Ytskikt och membran Omöjligt för atomer och molekyler att tränga igenom grafen-barriären. Man kan dock skräddarsy barriären (genom att tillföra små hål) så att bara vissa ämnen kan tränga igenom Barriär/filter för syre, väte, vatten, CO2, salt Superhydrofob/Korrosionsskydd Grafen kan ge nya förpackningsmaterial eller lösningar för filtrering. Målet för detta område är att inom tre år kunna demonstrera kontroll av barriäregenskaper i en tillämpning.

8 Ytskikt och membran Pågående projekt Grafen som barriär i förpackningsmaterial SIK, Stora Enso, Chalmers Graphene-based Coatings for Heat Exchangers SP, AlfaLaval Lund AB, KTH

9 Energi Eftersom grafen är tunt och böjligt kan materialet vara alldeles utmärkt som elektrod in olika lösningar för energi-omvandling och energilagring som tex solceller, bränsleceller, batterier och superkapacitorer Grafen i kompositer kan även användas i energi-distribution Målet för detta område är att inom tre år kunna demonstrera transparanta grafen-baserade elektroder

10 Tryckt elektronik Med ink-jet teknik kan en grafen-baserad lösning skrivas direkt på en polymer som används i plaster och liknande underlag. Ett användningsområde för detta är böjbar elektronik eller antenner Målet för detta område är att inom tre år ha demonstrerat möjligheten att trycka antenner baserade på grafen

11 Högfrekvenselektronik

12 Högfrekvenselektronik Den höga hastigheten hos både positiva och negativa laddningsbärare gör grafen synnerligen intressant för högsfrekvenselektronik. Grafen kan bidraga till högre uteffekt, lägre energiförbrukning, icke linjära effekter samt funktion även vid rumstemperatur. Det är fortfarande många år av forskning och utveckling för att högfrekvenselektronik baserat på grafen skall nå en marknad. Som delmål inom de närmsta åren ska prototyper av enskilda komponenter visas upp.

13 Högfrekvenselektronik Pågående projekt Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer Nanosc AB, Chalmers

14 Livsvetenskap Grafen är intressant för växelverkan med celler i olika sammanhang. Grafen har möjlighet att som terapeutiska agenter behandla cancer eller att selektivt transportera kemi i kroppen Även intressant som beläggning på konstgjorda vävnader och implantat Grafen är dock närmast intressant för snabb och känslig bio-detektion. Här är målet att ta fram en prototyp av en biosensor de närmsta åren DNA- sekvensiering: DNA molekyl passerar en nano- por i grafen- membran.

15 Source: Nature Nanotechnology, vol 9, Oct 2014:

16 Tillverkning $160 Vor- Power Flexible BaZery Straps $120 Graphene Speed Pro Graphene Speed MP Graphene Speed S Graphene REV Graphene PWR Speed PlatDrill Series graphene- enhanced bio- degradable drilling fluid ViZoria Industries G enhanced Carbon Wheels, Tires

17 Tillverkning Source: Nature Nanotechnology, vol 9, Oct 2014:

18 Tillverkning Alla tillämpningar behöver material som produceras industriellt. Idag finns ett flertal producenter som säljer grafen-flagor i t ex suspension, eller grafen på bärar-material. Grafen i direkt form kan vara grunden till nya tillämpningar MEN kan också tillsammans med andra material ge upphov till nya materialbaserade möjligheter med en kombination av nya funktioner. Målet är att inom tre år kunna säkerställa att det finns tillgång på rätt typ av grafen och grafen-baserade kompositer för svensk industris forskning och produktutveckling.

19 Tillverkning Komposiallämpningar Mulbfunkbonalitet - Mekanisk styrka - Värmeledning - Skydd - Integrerade sensorer - Skräddarsydda ytegenskaper Energilagring Flexibel elektronik

20 Graphene in Polymeric Composites Compebng Materials: Carbon black, carbon fibre, graphite, carbon nanotube, glass fibre Incorporabng graphene into polymeric composites will enhance their electrical and mechanical properbes. In parbcular, adding a few wt.% of graphene will increases conducbvity by many orders of magnitude, will reduce permeability by several bmes, and will enhance both Young s module and tensile strength. The performance is bezer than graphite or carbon black (also bezer than CNTs in many cases). Cost will be cribcal in applicabon not demanding ultrahigh performance. Here, the price must be within 2-5 bmes the price of carbon black to make compebbve. In applicabon demanding new enhanced levels of performance, higher premium prices will be tolerated, parbcularly when carbon fibre is being replaced. The challenge here will be that markets will need to be convinced, created, and developed Source IDTechEx

21 Graphene in Polymeric Composites Polymeric composites!! Market*summary* Polymeric!composites!are!a!vast!and!diverse!market.!A!wide!range!of!matrix!chemistries!are!used!in! conjunction!with!different!materials!and!manufacturing!techniques.!graphene!has!the!potential!to!alter! the!properties!of!common!polymeric!matrices!to!achieve!electrical!conductivity,!mechanical!and!tensile! strength,!flexibility,!heat!resistance,!impermeability!to!moisture!and!gasses.! Application* Matrix* Required*Attributes* Construction!Industry! Polycarbonates- Mechanical!and!tensile!strength!! Flexible!Electronics! PMMA- Mechanical!and!tensile!strength,!impermeability!! Stretchable!Electronics! Polyester- Electrical!conductivity,!tensile!strength!! Food!packaging! PET,-Polyester-- Thermal!stability!and!heat!resistance! Protective!Clothing!! Polyester- Thermal!stability!and!heat!resistance! Bottles! PET,-Polyester- Impermeability!to!moisture,!N2,!He! Piping! PVDA- Mechanical!strength,!heat!resistance! Automotive!and!Aerospace! Epoxy- Mechanical!and!tensile!strength!! EMI!Shielding!! Epoxy- Electrical!conductivity!! Painting! Epoxy-- Oxidation!retardation! Conductive!Paint!! Epoxy- Electrical!conductivity!! Sports!! Epoxy- Mechanical!strength,!heat!resistance,!UV!resistance! PV!and!OLED! Epoxy-- Mechanical!strength,!heat!resistance,!UV!resistance! OLED! PMMA- Mechanical!and!tensile!strength,!impermeability!!! Cost*assessment* The! highest! quality! graphene! is! not! required! for! most! composite! applications.! This! sidesteps! the! biggest!challenge!facing!graphene;! price! competition.! Graphene! can! be!incorporated!into!the!matrix!in! powder! format! giving! way! to! the! inexpensive!production!routs.! Competition* Carbon! nanotubes! and! other! forms!of!nano!carbon!also!offer!a! similar! value! proposition.! MultiT walled! carbon! nanotubes! are! today! produced! in! relatively! large! volumes!(<4000!tpa)!at!the!cost!of! 0.1T25! $/Kg.!! The! price! tag! for! carbon!black!is!0.6t3!$/kg.! Go;to;market*strategy* The!best!goTtoTmarket!strategy!for! graphene! would! be! replacing! an! existing!filler!such!carbon!black!or! carbon! fiber.! In! almost! all! cases! graphene! will! deliver! a! superior! performance!at!lower!wt.!%!which! allows! it! to! remain! more! expensive!than!its!competitors.!! Graphene*value*proposition* Graphene!is!likely!to!deliver!most!value!in! applications!requiring!high!performance!such!as! aerospace,!wind!turbines,!automotive,!sports,! etc.!in!these!cases,!graphene!composites!(mostly! likely!with!epoxy)!will!outperform!fiber!glass! composites!but!will!remain!more!expensive.! Fiber!glass!sells!at!1.3T2.2!$/Kg.!Graphene! composites!will!therefore!directly!compete!with! carbon!fiber!composites.!here,!the!performance! differential!between!graphene!composites!and! carbon!fiber!will!be!smaller,!but!the!price!will!be! different.!today!carbon!fiber!is!sold!at!around! 15T18!$/Kg.! Incorporating!small!amounts!of!graphene!will! increase!conductivity!by!many!orders!of! magnitude!because!it!is!able!to!form!conductive! paths!at!low!wt.!%!due!to!its!high!surfacettot volume!ratio.!! Adding!graphene!will!make!the!material!more! impermeable!against!n 2,!He,!moisture,!etc.!This! can!be!a!very!useful!attribute,!particularly!in! food!packaging!industry.!! Enhancement!of!mechanical!properties!with! addition!of!graphene!derived!from!graphene! oxide!(an!economically!viable!rout)!has!been! reported!widely!in!the!literature.!

22

23 Vision Sverige är ett av världens tio främsta länder på att utnyttja grafen för att säkerställa industriellt ledarskap år 2030.

24 Övergripande Mål Företag satsar på grafen-innovation Etablera grafen som styrkeområde och öka tekniska mognaden Stärka samarbetet och utbytet över organisatoriska och sektoriella gränser -Nya / stärkta leverantörskedjor Länka och definiera finansieringsmöjligheter Gemensam plattform och vision Stimulera svenskt grafen-materialförsörjning

25 Mätbara Mål 2017 Demonstrator-projekten har lett till prototyper och 1-3 grafen-produkter har introducerats på marknaden av svenska företag 10 eller fler svenska företag har investerat i innovationseller FoU projekt inom grafen-området Minst 10 SME involverade i grafen-relaterade projekt Sex eller fler svenska företag har ansökt om medlemskap i Graphene flagship

26 Erbjudande 1 Nyhetsbrev Varje månad, Vad händer inom SIOGrafen, Graphene Flagship och kommande utlysningar och annat relaterat till Grafen 2 Omvärldsbevakning 3 ggr/år, Affärsnyheter, patentlandskap, forskningsnyheter 3 Workshoppar 2ggr/år, nätverksplattform, påverka SIOgrafen, samverkansgrupper, kunskapsöverföring 4 SME satsningar Infokampanj hos identifierade SME (Material/Komponent), hands-on stöd, identifiera partners, resurser, projektplanering 5 Entreprenörstöd Till Grafenforskare, workshops, befintliga program, Coachning, mentorskap i demo-projekt Utöver detta erbjuds: A: Öppna utlysningar för finansiering av demonstrator-projekt B: Möjlighet till strategisk påverkan på grafen-satsningar i Sverige

27 Graphene Flagship

28 Graphene Flagship The Graphene Flagship is the EU s biggest research ini5a5ve ever. With a budget of one billion EUR, the Graphene Flagship is tasked with taking graphene from the realm of academic laboratories into European society in the space of ten years, thus genera5ng economic growth, new jobs and new opportuni5es for Europeans as both investors and employees 142 partners 25 % companies 23 EU countries The Graphene Flagship is coordinated by Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden

29 Graphene Flagship 11 Science and technology packages Production Nanocomposites Flexible Electronics Energy High Frequency Electronics Sensors Optoelectonics Spintronics Materials Health and Environments Fundamentals

30 Agenda Grafen Materialegenskaper Styrkeområden SIO Grafen Vision och mål Erbjudande Graphene Flagship Syfte och mål Aktiviteter och erbjudande