Forskningsrådet, NTNU, Universitetet i Oslo og SINTEF har gått sammen om anskaffelsen av fem mikroskop til en samlet investeringssum på 117 millioner kroner. På bildet inspiseres et av de to meste avanserte mikroskopene i Norsk senter for transmisjonselektronmikroskopiav fra venstre konserndirektør SINTEF, Unni Steinsmo, rektor UiO, Ole Petter Ottersen, statssekretær i KD, Bjørn Haugstad, avdelingsdirektør NFR, Asbjørn Mo, mens amanuensis i fysikk ved UiO forklarer virkemåten. (Bilde: Werner Juvik)

TRANSMISJONSELEKTRONMIKROSKOP

Norge betaler 120 millioner for fem helt spesielle mikroskoper

Ny infrastruktur for å se naturens minste byggeblokker

Norge har fått en helt ny infrastruktur for å forstørre de aller minste av naturens byggeblokker. Nesten 120 millioner kroner er investert i å etablere en nasjonal vitenskapelig infrastruktur for supermikroskoper, men så kan vi nå se helt inn til atomnivå.

Det er selvfølgelig det siste i elektronmikroskopi vi snakker om; transmisjonselektronmikroskoper. Slikt er kostbart, men nå er tre på plass i Trondheim og to i Oslo. Sammen skal de gi norske forskere ved universiteter, institutter og industrien bedre forståelse av hva som skjer på nanonivå. Der atomene ligger ved siden av hverandre.

Norsk gjennombrudd: Norsk gjennombrudd: Produserer 40 ganger raskere enn vanlige metoder

Ser atomene klart

– De to beste og dyreste mikroskopene har en oppløsning på 0,07 nanometer. Tykkelsen på et hårstrå er til sammenlikning 0,07 mm. En million ganger mer. Avstanden mellom atomene i materialene vi ser på 0,2 nm.

En negl vokser en nanometer i sekundet, sier professor i fysikk ved NTNU, Randi Holmestad og gir oss et lite glimt av dimensjonene i denne verden og hva de nå har fått av redskap.

Årsaken til at dyreste mikroskopene kan se så små strukturer er at de har fått ny teknologi for feilkorreksjon. Optiske instrumenter lider også av linsefeil og den varierer over radien til linsen. I et slik mikroskop er det magnetiske linser om påvirker elektronstråler og ikke glass, men feil blir det uansett og den begrenser oppløsningen.

Den nye teknologien for å korrigere disse feilene gir det nye nivået i oppløsning, men også i pris. De dyreste to mikroskopene koster rundt 20 millioner kroner hver inklusive rommet de er montert i.

De mest høyoppløste transmisjonselektronmikroskopene har ikke vært på markedet i mange år og ytelsen ville vært science fiction før år 2000. Nå har Norge to som hver er helt i toppklassen i verden.

Kontaktene på de fem instrumentene ble inngått for tre år siden og de kom til Norge for mellom et or to år siden. Nå er alle fem i drift og miljøene rundt dem etablert. De to toppmodellene skiller seg litt fra hverandre ved at utgaven i Trondheim er best på romlig oppløsning, ens det i Oslo er best på energioppløsning. Det vil si det kan avgjøre hvor store krefter det er mellom atomene.

Sjekk: NTNUs elleville teknologiforklaring på TEM

NORTEM

NORTEM – Norsk TransmisjonsElektronMikroskopi er navnet på den nye infrastrukturen som utgjøres av de fem mikroskopene. De deles inn i tre nivåer etter hvor mye de kan forstørre. Ikke all forskningen trenger den aller høyeste oppløsningen.

De aller fleste produkter vi har rundt oss har på en eller annen måte benyttet elektronmikroskopi i utviklingen. Teknologien er helt nødvendig og produktutvikling i dag. Det er de som har tilgang til de beste mikroskopene får også best forutsetning til å utvikle både kunnskap og forståelse.

Det er elektronmikroskopet som gjør at vi nå kan designe mye bedre flyvinger enn før fordi vi vet hvordan ulike atomer er med å forsterker de aluminiumslegeringene som benyttes.

Nå skal norsk forskning på alt fra solceller, lettmetaller, batterier, nanoteknologi, farmasi til utvikling av katalysatorer og mange andre fag skal nå få tilgang til mikroskopi i verdensklasse og den innsikt dette kan bidra med når produkter skal forstås og utvikles.

Ny superbrikke: Ny norsk superbrikke: – Vi i Norge kan ligge foran når vi vil

Statlig satsing

Statssekretær, sivilingeniør Bjørn Haugstad i Kunnskapsdepartementet sier at regjeringen er svært opptatt av å investere i denne typen forskningsinfrastruktur som mange kan dele på og som kan bygge et miljø av tung ekspertise.

– Vi har allerede økt bevilgningene til slik infrastruktur og vi skal øke slike bevilgninger med 400 millioner innen 2018. Vi har skjønt at utdanning, forskning og industri trenger tilgang til kostbart utstyr i verdensklassen for å utvikle seg, sier han.

Har jobbet med teknologien i 10 år: Har jobbet med teknologien i 10 år - nå lykkes endelig gründerne

Helt nødvendig for Hydro

– Vi har en lang verdikjede og vi trenger svært dyp materialforståelse i alle leddene i denne kjeden. Ikke minst når vi jobber sammen med bilindustrien hvor reduksjon av vekt er så viktig. Vi må forstå hvordan mikrostrukturen påvirker det endelige materialet slik at vi kan redusere vekt og opprettholde styrken samtidig, sier teknologisjef i Hydro Aluminium, Hans Erik Vatne.

Hydros bruk av transmisjonselektronmikroskoper har avslørt sammensetningen av legeringer på en helt annen og mye mer presis måte enn før. Nå kan de skreddersy legeringer som er både enklere å ekstrudere samtidig som de kan opprettholde styrken.

Det har ikke vært enkelt før de kunnet se inn til hvordan legeringatomene har plassert seg.

– Ved hjelp av denne teknologien har vi kunnet utvikle bildeler i aluminium som tåler varmepåvirkning uten å tape hardhet. Det har resultert i en legering vi nå har patentert. Vi bruker også TEM for å se hvordan naturlige forurensningselementer påvirker materialene vi produserer, sier han.

Han tror den nye oversikten de får gjennom TEM-samarbeidet vil gi Hydro Aluminium masse ny kunnskap i årene fremover.

– Det er kunnskap vi kan bruke til å utvikle nye spennende legeringer og stryke norsk industri, sier Vatne.

Les også: Norsk selskap omsetter for milliarder på grunn av miljøkrav i Midtøsten