Ny millionbevilling: Usædvanligt samarbejde undersøger tomrummet mellem atomer for at blive klogere på glas

I kemisk forstand er glas ikke bare noget, man drikker af. Det er en betegnelse, man bruger om materialer med en særlig rodet opbygning på atomart niveau. Det kaldes også uordnede materialer og bruges i en lang række produkter og processer.

Forskere fra Aalborg Universitet får nu 6.128.038 kroner fra Danmarks Frie Forskningsfond til at undersøge strukturen i glasmaterialer. Mere specifikt skal forskerne undersøge størrelsen og strukturen af de områder, hvor der ikke er atomer.

Det kaldes materialets frie volumen og kan være organiseret på forskellige måder. For eksempel som tunneller eller hulrum. Det har stor betydning for materialernes egenskaber og er særligt svært at bedømme i glasmaterialer. Projektets formål er derfor at udvikle et beregningsværktøj til at hjælpe med den opgave.

-          Vi vil gerne kunne forstå og forudsige, hvordan tunneller og hulrum hænger sammen med den kemi, der bruges i produktionen, siger professor Morten Mattrup Smedskjær ved Institut for Kemi og Biovidenskab.

Banebrydende forskning

I undersøgelsen er det blandt andet materialer til lithium-ion batterier, der skal under luppen. I et lithium-ion batteri flytter en lithium-ion sig mellem batteriets poler, hver gang man oplader eller aflader batteriet. Ved at kunne give batterimaterialerne den helt rette struktur, så ionet får bedre passage, vil man kunne skabe mere effektive batterier.

Projektet er dog såkaldt grundlagsskabende forskning, som skal give indsigter i nye områder og ikke nødvendigvis føre til konkret brug på den korte bane. Målet er derfor også at skabe nye indsigter, der kan bruges i videre forskning. Perspektiverne er dermed også potentielt store.

-          På sigt vil projektets grundlæggende forståelse af glasmaterialers frie volumen potentielt kunne anvendes til at designe nye materialer til brug i et væld af sammenhænge, siger Morten Mattrup Smedskjær.

Ny matematik

Projektet er et samarbejde mellem to fagområder, som sjældent mødes. Nemlig materialekemi og anvendt matematik. Det nye beregningsværktøj skal nemlig basere sig på såkaldt topologisk dataanalyse, som er en ny matematisk, geometrisk disciplin, hvor man lader datapunkterne erstatte af kugler og ved at studere, hvordan geometrien af strukturen varierer, når kuglerne vokser, lærer nyt om data.

Området er dog så uudforsket, at det er nødvendigt at udviklenye matematiske metoder. Projektet er på den måde todelt: På den ene side skal der udvikles ny matematik, som så skal anvendes til konkrete materialekemiske forsøg.

-          Vi håber også på at lave noget matematik, som kan bruges af en bred skare af mennesker og også efter dette projekt. Derfor er det både sjovt og nyttigt at spille bold med hinanden. For selvom begge fagområder er naturvidenskabelige, er der kæmpe forskel på den måde, vi forstår tingene på, siger lektor Lisbeth Fajstrup ved Institut for Matematiske Fag, som deltager i forskningsprojektet sammen med sin kollega lektor Christophe Biscio.

Læs mere om projektet hos Danmarks Frie Forskningsfond

FAKTA:

- Forskningsprojektet hedder Deciphering Nanoporosity of Amorphous Materials using Topological Data Analysis

- Støttes af Danmarks Frie Forskningsfond med 6.128.038 kroner

- Løber fra september 2021 til februar 2026

- Projektdeltagerne er professor Morten Mattrup Smedskjær fra Institut for Kemi og Biovidenskab og lektorerne Lisbeth Fajstrup og Christophe Biscio fra Institut for Matematiske Fag

Foto: PR-foto fra AAU Kommunkation