FORSKNING

Ny og ufarlig elektronisk komponent kan erstatte kvikksølv

Ultrafiolett lys brukes for å drepe bakterier og virus, men lampene inneholder giftig kvikksølv. Det skal det bli slutt på.

Etter groing blir prøven fraktet til NTNU NanoLab hvor forskerne lager metallkontakter av gull og nikkel på grafénet og nanotrådene. Når strøm sendes fra grafénet og gjennom nanotrådene utstråler de UV-lys.
Etter groing blir prøven fraktet til NTNU NanoLab hvor forskerne lager metallkontakter av gull og nikkel på grafénet og nanotrådene. Når strøm sendes fra grafénet og gjennom nanotrådene utstråler de UV-lys. Foto: Nina Tveter, Gemini.no
Svein-Inge Meland, frilanser NTNU Gemini.no
28. mai 2019 - 16:15

Et forskningsmiljø ved NTNU har lykkes med å lage lysdioder (LED) av et nanomateriale som utstråler ultrafiolett lys. Det er første gang noen har laget en lysdiode med ultrafiolett lys på et underlag av grafén.

– Vi har vist at det går an, og det er veldig spennende, sier stipendiat Ida Marie Høiaas. Hun arbeider ved nanomiljøet til Helge Weman og Bjørn-Ove Fimland ved Institutt for elektroniske systemer ved NTNU, og har jobbet sammen med stipendiat Andreas Liudi Mulyo på prosjektet.

– Her har vi skapt en ny elektronisk komponent som kan bli et kommersielt produkt. Det er ikke giftig og det er potensielt billigere, mer stabilt og varig enn dagens fluorescenslamper, sier hun.

– Lykkes vi med å lage disse diodene effektive og mye billigere enn i dag, kan man også se for seg at slikt utstyr kan bli vanlig hjemme hos folk. Da vil markedspotensialet øke betraktelig.

 CO2 injiseres på Sleipner-feltet på norsk sokkel. Dette var det første kommersielle prosjektet for lagring av CO2.
Les også

CO2-lagring: Varsellampene blinker i norsk olje- og gassnæring

Farlig – men nyttig

Ultrafiolett lys fra sola må vi beskytte oss mot, men UV-lys har også svært nyttige egenskaper. Særlig UV-lyset med de korte bølgelengdene, 100-280 nanometer. Dette kalles UVC-lys og tar knekken på bakterier og virus.

Heldigvis blir de farlige UVC-strålene fra sola fanget opp av ozonlaget og oksygen, og når ikke jorda. Men vi kan lage UVC-lys, og bruker det blant annet til å rense sykehusutstyr, vann, luft og overflater.

Problemet er at mange av UVC-lampene som brukes i dag inneholder kvikksølv.

FNs Minamata-konvensjon, som trådte i kraft i 2017, slår fast at kvikksølvgruver skal fases ut og bruken av kvikksølv reduseres.  Konvensjonen har fått navnet fra en japansk fiskerlandsby der

– Vi kan bare håndtere plastproblemet om vi tar hensyn til kjemikaliene i plasten og tar oss av dem på forsvarlig vis. Det sier NTNU-professor Martin Wagner. Her er en liten bit av søppelhåndteringsanlegget Thilafushi på Maldivene.
Les også

Har funnet 16.000 kjemikalier i plast – forskerne har fire råd

Bygger på grafén

Grafén lagt oppå glass er substratet, fundamentet, for den nye dioden som lager UV-lys.  

Grafén er et supersterkt og ultratynt, krystallinsk materiale og består av kun ett lag med karbonatomer. På grafénet har forskerne klart å gro nanotråder av aluminiumgalliumnitrid (AlGaN).

– Her har vi skapt en ny elektronisk komponent som kan bli et kommersielt produkt. Det er ikke giftig og det er potensielt billigere, sier Ida Marie Høiaas <i>Foto:   Svein-Inge Meland</i>
– Her har vi skapt en ny elektronisk komponent som kan bli et kommersielt produkt. Det er ikke giftig og det er potensielt billigere, sier Ida Marie Høiaas Foto:   Svein-Inge Meland

Prosessen skjer i et vakuumkammer med høy temperatur der aluminium- og galliumatomer deponeres, eller gros, på grafénsubstratet med høy presisjon og med nærvær av nitrogenplasma. Prosessen kalles molkylærstråleepitaksi (MBE) og er utført i Japan der NTNU-miljøet samarbeider med professor Katsumi Kishino ved Sophia University i Tokyo.

Bli lys

Etter groing blir prøven fraktet til NTNU NanoLab hvor forskerne lager metallkontakter av gull og nikkel på grafénet og nanotrådene. Når strøm sendes fra grafénet og gjennom nanotrådene utstråler de UV-lys.

Grafén er transparent for lys av alle bølgelengder, og lyset fra nanotrådene slippes ut gjennom grafénet og glasset.

Artikkelen fortsetter etter annonsen
annonse
Schneider Electric
Forenkler bærekraftsrapportering i datasentre
Forenkler bærekraftsrapportering i datasentre

– Det er spennende at man kan kombinere nanomaterialer på denne måten og skape fungerende lysdioder, sier Ida Marie Høiaas.

Doktorgradsstipendiat W.Ludwig Kuhn har gjort forsøk med ultralyd i ei spesialbygget vannrenne i Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. T.h. mastergradsstudent Vera Gütle.
Les også

Ultralyd i vannkraft kan redde fisk i elvene

Milliardmarked

En analyse har beregnet at markedet for UVC-produkter i dag skal øke med seks milliarder kroner frem til 2023. I takt med økt etterspørsel etter slike produkter og utfasingen av kvikksølv, er det forventet en årlig markedsøkning på nærmere 40 prosent.   

Samtidig med sitt doktorgradsarbeid ved NTNU, jobber Høiaas med den samme teknologien, men på en industriell plattform i CrayoNano. Selskapet er sprunget ut av nanomiljøet ved NTNU.

Det finnes allerede UVC LED som kan erstatte fluorenscenslamper, men CrayoNanos ambisjon er å lage langt mer energieffektive og billige dioder. Ifølge selskapet er en av årsakene til at dagens UV-LED er dyre, at substratet er laget av kostbart aluminiumnitrid. Grafén er billigere å fremstille og man trenger mindre materiale i LED-dioden.  

Må utvikles

Ida Marie Høiaas mener det ennå er mye som må forbedres før man kan industrialisere prosessen som er utviklet ved NTNU. Ledningsevnen og energieffektiviteten bør bli bedre, man må introdusere mer avanserte nanotrådstrukturer og bølgelengden må kortes ned for å lage UVC-lys.

Hos CrayoNano har de kommet enda lenger, men disse resultatene er ennå ikke publisert.

– Og når kan produktet bli industrialisert?

– Målet til CrayoNano er å kommersialisere teknologien i løpet av 2022, sier Høiaas.

Referanse: GaN/AlGaN Nanocolumn Ultraviolet Light-Emitting Diode Using Double-Layer Graphene as Substrate and Transparent Electrode

Frankrike stilte med to ministre på møte blant EUs atomkraftland nylig, nemlig minister for finans, økonomi, industri og digitalisering Bruno Le Maire og minister i samme departement med spesielt ansvar for energi Roland Lescure.
Les også

Historisk atomkraft-boom

Del
Kommentarer:
Du kan kommentere under fullt navn eller med kallenavn. Bruk BankID for automatisk oppretting av brukerkonto.