Månedlig arkiv:   februar 2015

Nanoforskning møter Gullivers reiser
        
27
  27. februar, 2015
        


Bilde fra 20th Century Fox. Gullivers reiser, med Jack Black in i hovedrollen. Her er han på øya Lilleputt.

Bilde fra 20th Century Fox. Gullivers reiser, med Jack Black in i hovedrollen. Her er han på øya Lilleputt.

Eggdiskusjoner skaper krig:
I Jonathan Swift’s berømte bok fra 1726, og fra filmen fra 2010, blir den skipbrudne Gulliver skylt i land på øyen «Lilleputt», hvor det bor veldig små folk. Det viser seg at disse folkene er i krig med hverandre for noe så absurd som hvilken side man skal åpne et kokt egg fra.

En del av befolkningen mener at den eneste riktige enden for å åpne eggene er den tykkeste enden, mens den andre delen mener den tynneste enden må åpnes først. Gulliver er sjokkert over dette, siden eggene er så små at en knapt kan se forskjellen. Men for smaken spiller det vel ikke noen rolle hvilken side man åpner eggene fra, eller gjør det? Swift brukte denne egg-krangelen som en metafor for å kritisere de politiske konfliktene mellom Katolikker og Protestanter på den tiden.

Hvor usannsynlig er egentlig denne historien?

Ny kunnskap om objekter på nanonivå
Vi har utviklet en metode basert på molekylære simuleringer og teori. Denne metoden gjør det mulig å forutsi hvordan transport av varme og masse skjer gjennom krummede overflater på nanonivå. Mens krumning stort sett er av liten betydningen for transport over overflaten av større objekter, er situasjonen en helt annen på nanonivå.

Transport over overflatene av nano-bobler, og nano-dråper er veldig avhengig av deres form og størrelse. Mine kolleger og jeg har klart å regne ut hvordan transporten forandrer seg, og distribueres over overflaten for slike nano-objekter. Resultatet av arbeidet vårt ble nettopp publisert i det prestisjetunge tidsskriftet, «Physical Review Letters». I artikkelen vises eksempler som en flat sfæroidisk dråpe, en lang og flat sfæroidisk boble, og en toroidisk boble.

Disse geometriske objektene ligner på henholdsvis en «mentos», en rugbyball og en smultring. Kunnskapen man kan få fra denne metoden er veldig viktig. Den gjør det blant annet  mulig å forstå formen til små snøflak, eller hvordan gassbobler vokser, siden de som regel starter bare noen nanometer store. Metoden gjør det mulig å regne ut nye design i nanoteknologi, for å gi nano-objekter de ønskede egenskapene. For eksempel kan metoden anvendes i utviklingen av nye varmedioder og varmetransistorer for bruk i framtidens datamaskiner.

Når utseendet teller
Tilbake til historien om Gulliver i Lilleputt-land. Var grunnen til krigen i Lilleputt virkelig så absurd som man kan se for seg? Det stemmer, som Gullivers mente, at det spiller liten rolle hvilken ende man åpner egget fra, når eggene har vanlig størrelse, men siden eggene i Lilleputt-land er veldig små, kan man muligens forvente forskjellig varmetilstrømning gjennom de to sidene av egget når det kokes.

I følge vår metode, vil man kunne forvente for små nok egg, at den smaleste siden av egget blir hardkokt og den bredeste siden blir bløtkokt. Dette betyr at hvis egget bare var noen nanometer stort, ville det bety noe for smaken hvilken ende man åpnet eggene fra, i alle fall for den for den første biten. Og for å være helt ærlige betyr det jo faktisk litt hva man starter måltidet med, det er for eksempel sjeldent lurt å starte med dessert.

Dette er kanskje ikke nok for å starte en krig, slik som i Lilleputt-land, men likevel ikke så absurd som Gulliver først trodde.

eggillustrasjon_owilhelmsen

 

Blogginnlegget er skrevet av Titus van Erp i samarbeid med Øivind Wilhelmsen

Mulighetene er mange for masterstudenter ved NT-fakultetet
        
9
  9. februar, 2015
        


benedicte-1Et studie ved NT-fakultetet byr på mange muligheter, både underveis i studiet og i etterkant. Med studietiden relativt friskt i minne og et halvt års arbeidserfaring på baken vil jeg komme med en liten oppsummering på noen av de mulighetene jeg har fått på min vei.

Studieløpet oppsummert
Et masterstudie ved NT-fakultetet setter krav til hardt hjernearbeid, men til gjengjeld tilegner du deg kunnskap innenfor et bredt spekter av disipliner. I tillegg oppnår du praktisk erfaring gjennom studierettede oppgaver og egen forskning, samt at du får oppgradert ditt profesjonelle nettverk gjennom samarbeid med kunnskapsrike og motiverte ansatte. Hva studiet innebærer for deg kan sammenlignes litt med Hess’ lov; den totale entalpiendringen (mengden varme i et stoff) for et sett med kjemiske reaksjoner er uavhengig av veien mellom start- og sluttilstanden. Et masterstudie i Nanoteknologi gir kunnskap, utfordringer og muligheter som er forskjellig fra de på studiet Fysikk og matematikk, men fellesfaktoren for studentene ved disse to studieprogrammene, og også sluttilstanden, er den sivilingeniørgraden man oppnår. Mitt masterstudie, i Industriell kjemi og bioteknologi med spesialisering i materialer for energiteknologi, oppnådde jeg gjennom et studie bestående av blant annet matematikk, statistikk, teknologiledelse, materialteknologi og mye kjemi, blant dem elektrokjemi. Laboratorieoppgaver av varierende karakter var det mange av, med alt fra syntes til elektrolyse, mens min egen forskning på Li-ion batterier satt meg i direkte kontakt med ansatte fra NTNU og SINTEF.

Teori i praksis
I tiden fra du entrer dørene til NTNU, til sivilingeniørringen sitter på fingeren, settes det krav til arbeidserfaring av studierelevant karakter. Jeg reiste som IAESTE praktikant, hvor IAESTE står for the International Association for the Exchange of Students for Technical Experience, til Sveits sommeren 2013. Der var jeg involvert i forskning på en av fremtidens batteriteknologier, Li-luft batteri, ved Paul Scherrer Institut. Med på kjøpet fikk jeg en god dose kulturelle opplevelser og nye bekjentskaper fra alle verdens hjørner. Virkelig et minne for livet og arbeidserfaring gull verdt før starten på prosjektoppgave og master.

benedicte-posterOppløpet til masteren
Vel tilbake i Trondheim fulgte et studieår fylt med ytterligere arbeid med batteriforskning, denne gang med den hensikt å bidra til å øke rekkevidden til dagens elbiler som benytter Li-ion batterier. Arbeidet ble utført som en del av batterigruppa ved Institutt for Materialteknologi, og inkluderte målinger av strukturelle endringer i karbonmaterialer under simulert opp-og-utladning, såkalte in situ XRD målinger, samt elektrokjemisk karakterisering. I godt samarbeid med veileder, Ann Mari Svensson, medveileder Ahmet Oguz Tezel, og senioringeniør Julian Tolchard, ble arbeidet fullført tidlig sommer 2014, noe som resulterte i oppgaven «Stability of Condcutive Carbon Additives for High-voltage Li-ion Batteries». Ett år med batterier på hjernen og nesa i artikler med resultater fra forskning på Li-ion batterier har gjort noe med mitt syn på disse sylindriske og firkantede energilagringsenhetene. For meg er ikke batterier lenger bare en komponent som sikrer strøm til mobilen, men en teknologi som involverer så mange spennende materialer og elektrokjemiske reaksjoner.

Deltakelse på konferanse
Selv etter innlevert masteroppgave var jeg ikke helt ferdig med verken batterier eller Sveits. Da sommeren var på hell reiste jeg til Lausanne for å presentere resultater fra oppgaven min. Jeg var så heldig å få delta på konferansen «65th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry»; en av de største konferansene innenfor elektrokjemi med sine ca. 2000 deltagere fra hele verden. Med et høyt kunnskapsnivå og stor interesse for fagfeltet blant de oppmøtte, blant dem også en god del kjente professorer og forskere, var det veldig uventet men utrolig stas å bli lagt merke til med «Best poster prize». En pris bestående av en diplom, en liten pengepremie og inngang til en bedre middag og andre festligheter med noen av de største navnene innenfor batteriforskning.

benedicte-kjemidagen-2Livet som arbeidstaker
Konferansen i Sveits satte en naturlig strek for batteriforskningen og studentlivet for denne gang. Med returbilletten fra Lausanne ventet nye utfordringer som nyansatt trainee i Elkem; et av verdens ledende selskaper innenfor miljøvennlig produksjon av metallprodukter og materialer. For tiden er jeg stasjonert ved Thamshavn, et av verkene innenfor divisjonen Silicon Materials. Livet som trainee byr på så mange utfordringer og muligheter. Mens noen kan løses ved bruk av teori tilegnet gjennom studiet er det andre som utfordrer på helt andre plan. Noe av det som kan nevnes er nettverksbygging, reising, kursing, drift, prosjekter, og ikke minst rekruttering av nye studenter til traineeordningen. Et eksempel på det sistnevnte er da jeg i fjor høst i forbindelse med Kjemidagen 2014 sto på stand for å informere andre studenter ved NT-fakultetet om de mange mulighetene du har som trainee i Elkem.

 

benedicte-kjemidagen

 

Finmekanisk verksted og nobelprisen
        
2
  2. februar, 2015
        


moser-hat-nobel-prize
Det er uendelig mange puslespillbrikker som både skal finnes, og legges på rett plass før man ender opp med en nobelpris. Det gjelder også nobelprisen May-Britt Moser og Edvard Moser fikk for forskning på hjernens posisjoneringssystem. Finmekanisk verksted ved NTNU har bidratt med minst én sentral puslespillbrikke. Kanskje blir det flere?

Finmekanisk verksted ved NTNUs Fakultet for naturvitenskap og teknologi ble kontaktet av Edvard Moser for nærmere 10 år siden. Moser og noen av hans amerikanske kolleger oppsøkte verkstedet med tegninger av en liten innretning kalt «hyperdrive». Den skulle brukes til å måle den elektriske aktiviteten til nerveceller i rottehjerner. Innretningen hadde tidligere blitt produsert i USA, men firmaet hadde innstilt produksjonen, og hjerneforskerne hadde fremdeles stort behov for utstyret.

Verkstedet_Mosers-Mushatt-blog– Ut fra tegningene så det vanskelig ut, men vi bestemte oss raskt for å prøve. Hadde et selskap i USA klart det så kunne vi også, forteller ingeniør Arne Foss ved Finmekanisk verksted.

Først kom jobben med å gjøre om alle mål fra tommer til millimeter, så var det å finne verktøy og materialer som passet.
Det ble noen uker med prøving og feiling før prototypen, og en nøyaktig beskrevet, 2-siders framgangsmåte, var klar.

Bestillingen lød ikke bare på én, men på flere «hyperdriver».
– Noe av det aller viktigste er å lage eksemplarer som er nøyaktig like, forklarer Foss.
Det minste avvik kan skape konsekvenser for målingsresultatene. Det krever godt utstyr.
– Vi måtte kjøpe inn en del nytt i starten av arbeidet, men etter hvert fikk vi også en helt ny maskin som gjør jobben mye enklere. Nå kan vi lage 10-15 stykker på en gang, og har sikkert levert nærmere 50 hyperdriver til forskningsmiljøet.

Verkstedet_Mosers-Mushatt-blog-2

Denne hyperdriven skal stå som en hatt oppå hodet til en rotte. Gjennom hver av metallrørene skal det stikkes en tynn tertode – fire elektroder som er spunnet sammen. Disse terrodene registrere elektriske signaer nede i rottas hjerne. Hver av tetrodene er ca en firedel av et hårstrå i tykkelse. Rotta kan ikke merke at tetrodene er inne i hjernen fordi hjernen ikke har smertesensorer. Samme type elektroder brukes også i menneskehjerner.

 

Hyperdriven var bare starten på samarbeidet mellom Kavli-instituttet og Finmekanisk verksted. Mange ulike forskere i miljøet har vært, og er, i kontakt med verkstedet. Verkstedet har bidratt med utstyr for å spesialtilpasse både mikroskop og operasjonsrom, holdere og festeanordninger, strålingsskjermer og mye mer.

– Nå holder vi på å lage noe helt nytt for dem, forteller Foss, men vil ikke røpe mer.
På sikt er det kanskje én av puslespillbrikkene som er med på å legge grunnlaget for nye spennende oppdagelser og høythengende priser for hjerneforskningsmiljøet?

Verkstedet_Mosers-Mushatt-blog-3