Genomskinliga papper, magnetiska skikt som bygger upp sig själva och kompositer som både är hårda och smidiga. Att utforma nanopartiklar och organisera dem i olika strukturer är receptet för framtidens fascinerande nanomaterial.

För att kunna arbeta med otroligt små nanopartiklar krävs finurliga metoder för att hantera och organisera dem. En väg är att använda så kallad självorganisering – att utforma partiklarna så att de kan styras och på egen hand ordna sig i bestämda strukturer.
Vissa fenomen hos material ändras på nanonivå, som ledningsförmåga och magnetiska egenskaper. Utmaningen är att kunna kontrollera det i detalj, både i framställningen av olika nanopartiklar och när de sätts samman till nya material, förklarar Lennart Bergström, professor i materialkemi. 

Hans forskargrupp vid Institutionen för material- och miljökemi och har bland annat framställt järnoxidpartiklar formade som identiska små nanokuber. I och med att de är magnetiska går det att styra hur de organiserar sig till större strukturer med hjälp av relativt svaga elektromagnetiska fält, skapade av till exempel enkla leksaksmagneter. Med hjälp av ett unikt modellsystem de utvecklat går det nu att testa olika sätt att sätta samman järnoxidpartiklarna och studera hur det påverkar egenskaperna.

 
Lennart Bergström
 
- Vi försöker, precis som matematiker gjorde redan för 2 000 år sedan, fundera på olika sätt att packa tredimensionella geometriska kroppar på bästa sätt. Möjliga tillämpningar för de här materialen är bland annat datalagring och medicinsk teknik.

I många fall hämtas inspiration från naturen, som är en mästare på att bygga upp komplexa strukturer med enkla metoder. Olika sätt att arrangera nanopartiklar i tunna skikt sker till exempel med inspiration från fjärilsvingar vars struktur får vingen att skimra i olika färger.
– En annan organism vi inspireras av är snäckor, vars skal är väldigt hårt men ändå inte spricker så lätt. Det beror på att det byggs av lager med hårda kalkkristaller och mjukare proteiner.
Det sättet att utnyttja de bästa egenskaperna hos olika komponenter använder Lennart Bergström för att skapa nya material baserade på vanlig skogsråvara. Med hjälp av enzymer och syror går det att bryta ned träfibrer i sina minsta beståndsdelar, i form av cylinderformade kristaller av nanocellulosa. De går sedan att sammanfoga med ämnen till olika kompositmaterial.
– Forskare vid KTH har till exempel visat hur man kan tillverka genomskinligt papper, där de små cellulosafibrerna är för små för att reflektera ljus. Vi är intresserade att gå vidare och framställa nya nanopapper baserade på kompositer med till exempel magnetiska och optiska egenskaper. Min kollega German Salazar-Alvarez har redan tillverkat magnetiskt nanopapper genom att använda järnoxidpartiklar.

Forskningen om nanomaterial är relativt ny vid institutionen. Lennart Bergströms forskningsgrupp består av ett 15-tal personer och många har sökt sig till den från resten av världen.
– Kemiforskningen vid Stockholms universitet har rankats bland de 50 bästa i världen, och vi märker att många vill komma hit. Att få arbeta med ambitiösa unga människor som oavsett var de kommer ifrån drivs av en lust till ny kunskap är ett privilegium och en av de roligaste delarna av mitt jobb.

Forskningen ingår i området Materialkemi, ett av 30 ledande områden vid Stockholms universitet. Detaljstudier av olika ämnen kombineras med utveckling av nya nanomaterial, keramer och porösa material som kan användas som inom hälsoområdet och i energi- och miljöteknik. En styrka är världsledande forskning där material undersöks ned till enstaka atomer med elektronmikroskopi.
 

Text: Andreas Nilsson