Foto: Colourbox

ABB kommer att leda ett nytt projekt, Circuitbreakers med mål att ta fram grafenbaserade kompositer till säkringar för kommersiellt bruk.

Grafen är ett material med självsmörjande egenskaper. ABB har nyligen visat att multifunktionella grafen-metallkompositbeläggningar kan förbättra den tribologiska (ytor i glidande kontakt) prestandan för metallkontakter.

Projektet kommer att utveckla en fullt funktionell och testad prototyp som ska kunna användas på industriell skala. Denna nya generation av säkringar kommer att ha självsmörjande egenskaper, och dessutom klara av ett större spann av temperaturskiftningar än säkringar som finns idag. Det möjliggör en underhållsfri drift vilket sparar stora kostnader för företagen. Risken för oönskade strömavbrott på grund av defekta säkringar minskar.

Det är ett av elva utvalda så kallade spjutspetsprojekt som finansieras av Grafenflaggskeppet - Europas största initiativ för grafenforskning med mer än 160 universitet och företag i 21 länder, och där Chalmers står som koordinator.

Vincenzo Palermo vice direktör för Grafenflaggskeppet samt professor vid institutionen för industri- och materialvetenskap är en av dem som kommer att stödja ABB i spjutspetsprojektet genom att tillhandahålla nya lösningar när det gäller bearbetning av grafen i beläggningar, och i tillverkningen av grafenförbättrade prototyper. Han har mer än tio års erfarenhet av grafen- och grafenbaserade kompositer. 

Vi ställer några frågor om materialet och projektet till honom.

Hur skulle du beskriva materialet grafen?

- Grafen består av ett enda lager av kolatomer och är ett otroligt mångsidigt material. Det är starkare än stål, och ändå lättviktigt och flexibelt. I grafen förflyttar sig elektroner mycket snabbare än i kisel. Det är också en genomskinlig elektrisk ledare, som kombinerar elektriska och optiska egenskaper på ett exceptionellt sätt.

När ungefär upptäcktes det?

- De första studierna av grafen gjordes redan 1859. Men den explosion av forskningsstudier som vi ser idag startade 2004 när forskarna Andre Geim och Kostya Novoselov upptäckte och isolerade ett atomlager av kol för första gången. Detta ansågs så banbrytande att forskarparet tilldelades 2010 års Nobelpris i fysik.

Vad används grafen till idag?

- Idag återfinns grafenbaserade produkter främst inom elektroniksektorn och bland sportprodukter, då man inom dessa områden snabbt kunnat utveckla nya produkter för marknaden med relativt låga insatser. Forskning pågår inom ett brett område av tillämpningar såsom solceller, batterier, biomedicinsk teknik och flyg.

Vad menas med att grafen har självsmörjande egenskaper – behövs ingen annan smörjning alls när grafen används?

- Grafen är den grundläggande komponenten i grafiten i våra vanliga blyertspennor. Grafenlagren kan väldigt lätt glida över varandra, det är så vi lämnar märken på pappret när vi skriver.

- Ren grafit används redan som smörjmedel - målet med vårt projekt är att överföra dessa självsmörjande egenskaper även till grafen-metallkompositer, så att de inte behöver någon extra smörjning.

Används grafen endast som ett ytskydd eller består hela säkringarna av grafen?

- Säkringarna kommer att förses med en multifunktionell grafen-metallkompositbeläggning. Hela säkringen kommer alltså inte att bestå av grafen.

Förutom säkringar i elsystem, vad tror du blir de främsta användningsområdena för grafen?

- Grafen är ett fantastiskt och oerhört mångsidigt material som med all säkerhet kommer att gynna oss på många olika sätt, så det är svårt att ange specifika områden. För att det ska få ett stort genomslag i samhället måste man också kunna producera dessa produkter på en industriell skala. Det är därför som Grafenflaggskeppet har ett flertal partners som jobbar med tillverkning och uppskalning av grafen. Tillsammans med industrin har vi nu valt ut elva spjutsspetsprojekt där målet är att ta fram prototyper som ska kunna användas på den kommersiella marknaden. Spjutspetsprojekten är inom vitt skilda områden såsom förbättrad vattenrening, utveckling av 5G-nät, optiska kablar, batterier, solceller, instrumentbrädor med mera.

Spjutspetsprojekten startade i april 2020.