Nyt stort røntgen-anlæg skal hjælpe RUC-forskere med at udvikle fremtidens smarte og miljøvenlige materialer

En grøn, miljøvenlig fremtid kræver nye smarte materialer, fx til fremstilling af ultratynde, bøjelige solceller med høj effektivitet. Det kan også være integrerede kredsløb til computere og mobiltelefoner, som er mindre og mere energibesparende end dem, man bruger i dag. Eller det kan være stoffer til skræddersyede lægemidler eller nye ingredienser til fødevareindustrien.

De nye smarte materialer er typisk sat sammen af byggesten, der er på størrelse med store molekyler og spontant kan organisere sig i komplekse mønstre. Lektor i fysik Dorthe Posselt fra Institut for Natur og Miljø på Roskilde Universitet har modtaget en millionbevilling fra Novo Nordisk Fonden til et avanceret røntgen-anlæg, der giver RUC-forskerne mulighed for at studere sådanne mønstre og strukturer og lære materialets egenskaber at kende under forskellige påvirkninger. På den måde får forskerne en viden, som kan hjælpe til at udvikle smarte materialer, som også kan gavne fremtidens miljø og klima.

Løfter dansk forskning

Dorthe Posselt ser frem til sammen med forskerkolleger og erhvervsliv at bidrage til at udbygge og løfte den danske forskning og innovation i smarte materialer med instrumentet, som er blevet døbt RUCSAXS:

”RUCSAXS vil styrke samarbejdet med forskere og virksomheder også udenfor Roskilde Universitet, da vi nu kan tilbyde adgang til og ekspertise i en avanceret målemetode på det højeste internationale niveau. Tidligere har jeg og mine kollegaer måttet rejse til fx USA, Frankrig eller Italien for at foretage vores eksperimenter. Med RUCSAXS får vi meget mere stråletid til rådighed, og transport af sarte prøver er uproblematisk, når målingerne foregår så tæt på vores egne laboratorier. Vi kan også studere processer over meget længere tid, end når vi skal rejse til udlandet, hvor vi typisk kun har 4-5 dages måletid ad gangen," forklarer Dorthe Posselt.

Samarbejde med regionalt erhvervsliv

Det nye videnskabelige udstyr på Roskilde Universitet vil fx bidrage til udvikling af nanolitografi, der giver forskerne mulighed for at ’printe’ strukturer i nanometerskala direkte på forskellige materialer. Nanolitografien kan forbedre og formindske de integrerede kredsløb, som er en uundværlig del af computeren og mobiltelefonen og dermed give mulighed for udvikling af nye former for kommunikationsteknologi, der også er energibesparende.

Dorthe Posselt, som selv er fysiker, forventer, at kolleger fra andre naturvidenskabelige fagområder som fx kemi, molekylærbiologi og miljøbiologi også vil drage nytte af RUCSAXS:

”På Roskilde Universitet er den geografiske afstand mellem forskellige naturvidenskabelige faggrupper ikke stor, og i FRUSTMI, RUC (Center for Frustrated Molecular Interactions), tager vi os tid til at mødes og diskutere hinandens problemstillinger, så vi lærer hinandens faglige sprog at kende, og nye ideer opstår,” siger hun og fortsætter:

”RUCSAXS vil også styrke samarbejdet med forskere udenfor Roskilde Universitet. Jeg forventer, at der bliver opbygget et livligt og internationalt miljø omkring udstyret. Bevillingen giver mulighed for, at vi kan invitere internationale forskere og samarbejdspartnere på besøg til workshops, fælles eksperimenter og lignende. Jeg har desuden kontakt til forskellige virksomheder om brug af instrumentet.”

Bliver del af ny uddannelse

Også de studerende får fornøjelse af RUCSAXS, fx i forbindelse med den nye tværfaglige kandidatuddannelse ’Physics and Scientific Modelling’, hvor de studerende får mulighed for at prøve kræfter med RUCSAXS undervejs i deres studie.

”De studerende får en unik chance for at udføre eksperimenter på udstyr, som ikke findes helt magen til på andre danske universiteter. De studerende kan bl.a. vælge at arbejde med RUCSAXS på biofysiske problemstillinger,” fortæller Dorthe Posselt.

8 FACTS om RUCSAXS

• RUCSAXS er en forkortelse for ’Roskilde University Small-Angle X-ray Scattering’ (røntgen småvinkel spredning), og projektet hedder Roskilde University Interdisciplinary X-ray Scattering Hub.
• Brugen af RUCSAXS er forankret i faggruppen for fysik og matematik (IMFUFA) og forskningscentret FRUSTMI (Centre for Frustrated Molecular Interactions) på Institut for Natur og Miljø.
• Instrumentet er cirka 8 meter langt og bliver installeret i kælderen under en af laboratoriebygningerne på Roskilde Universitet.
• RUCSAXS virker ved, at en røntgenbølge rammer et materiale og spredes. Den spredte stråling danner et mønster med lyse og mørke områder. Ud fra mønsteret kan man regne tilbage og sige noget om nanostrukturen i materialet.
• Det typiske materiale, som undersøges i RUCSAXS, er nanopartikler der flyder rundt i en væske. Det kan fx være polymerer (lange molekylkæder), cellemembraner, metal- og plastiknanopartikler eller klynger af proteinmolekyler.
• RUCSAXS giver også, som noget særligt, mulighed for at studere nanostrukturerede overflader og ultratynde belægninger med en skræddersyet nanostruktur.
• Instrumentet gør det muligt at følge ændringer i et materiales struktur over tid, fx når temperaturen ændres, der trækkes i materialet eller det udsættes for et magnetfelt.
• RUCSAXS giver mulighed for at udvikle nye typer prøveopstillinger i samarbejde med RUCs lokale værksted, der på et højt håndværksfagligt niveau kan konstruere og udvikle avanceret udstyr til brug i undervisning og forskning.