VERDEN I NANOFORMAT

DTU's Center for Elektronnanoskopi er krumtap i universitetets materialeforskning

Et af DTU Cens syv specialiserede elektronmikroskoper er det flere meter høje ATEM, der kan analysere et materiales sammensætning på atomniveau. Foto: DTU Cen
Her ses f.eks. et "kort" over strukturen i stål, som bruges i byggeindustrien: Farverne viser, hvordan stålets enkelte korn vender og dermed dets egenskaber. Foto: DTU Cen
En forsker arbejder ved Tecnai T20 G2, en såkaldt “arbejdshest" af et elektronmikroskop, der kan bruges bredt i studiet af forskellige materialer. Foto: DTU Cen
De følsomme mikroskoper står på massive betonsokler, i nøje kontrolleret indeklima og med akustiske plader på væggene for at minimere støj og vibrationer. Foto: DTU Cen
Quanta FEG Scanning Electron Microscope (SEM) bruges i studiet af biologiske, bløde og flydende materialer ved hjælp af bl.a. vakuum og meget lave temperaturer. Foto: DTU Cen
F.eks. er denne støvfanger fra en anemone set med SEM-mikroskopet. Rundt om støvfangeren ses blomsterbladene som koniske former. Foto: DTU Cen
Billederne er ofte smukke og intuitive. Her endnu et SEM-billede af en tynd skive fra en åls muskelcelle. Foto: DTU Cen
Centeret har 21 ansatte fra 12 lande, der tæller nogle af de dygtigste mennesker i verden til at betjene de avancerede mikroskoper. Foto: DTU Cen

I et laboratorium på DTU's specialbyggede Center for Elektronnanoskopi, Cen, er en forsker i fuld sving med at se på en palladiumforbindelse gennem centerets mest avancerede elektronmikroskop, nemlig Titan ETEM eller Environmental Transmission Electron Microscope. Og det er titanisk både i udformning og i evner; et flere meter højt instrument, der ved hjælp af et særligt kammer tillader studier af dynamiske interaktioner mellem gasarter og faste stoffer ved høje temperaturer, imens de udspiller sig.

Deformering af nanopartikler

"Jeg kommer brint ind i kammeret og varmer palladiumprøven op til 450 grader. Så er det muligt at se en deformering af nanopartikler og optage processen på video og lære mere om stoffets særlige egenskaber", fortæller den unge forsker. Palladium bliver eksempelvis brugt i katalysatorer.

Med elektronmikroskopet Titan ETEM kan forskerne studere interaktioner mellem gasarter og faste stoffer ved høje temperaturer. Her ses gaskontrolpanelet. Foto: DTU Cen Med elektronmikroskopet Titan ETEM kan forskerne studere interaktioner mellem gasarter og faste stoffer ved høje temperaturer. Her ses gaskontrolpanelet. Foto: DTU Cen

Titan ETEM udgør et af centerets syv specialiserede elektronmikroskoper, hvis forskellige teknikker muliggør materialeforskning og materialekarakteristik på allerhøjeste niveau. Bygningen, der huser Center for Elektronnanoskopi samt de syv elektronmikroskoper, er finansieret med en donation fra A.P. Møller Fonden.

Forskningsinfrastruktur i verdensklasse

Denne mulighed for at granske materialer på nanoniveau er en krumtap i moderne materialeforskning. Ved hjælp af elektronnanoskopi kan man finde ud af et givent stofs præcise komposition og egenskaber. Det er muligt at designe nye materialer med bedre egenskaber som for eksempel stærkere og lettere bygningsmaterialer eller mere effektive katalysatorer - et felt, hvor Danmark er helt i front. Også inden for biologisk forskning og fødevareproduktion er elektronnanoskopi et vigtigt redskab.

Oprettelsen af DTU Cen i 2006-07 var et led i den store danske universitetsfusionsbølge, fortæller Rektor Anders Overgaard Bjarklev, ph.d., dr.techn. Man ville styrke DTU som eliteinstitution og gøre Danmark førende i den teknologiske udvikling. Dertil var det nødvendigt med forskningsinfrastruktur i verdensklasse som den, man finder på Cen.

Da DTU Cen blev oprettet i 2006-07 var det det første center af sin art, designet og bygget helt fra bunden. Foto: DTU Cen Da DTU Cen blev oprettet i 2006-07 var det det første center af sin art, designet og bygget helt fra bunden. Foto: DTU Cen

"I international sammenhæng er det en state-of-the-art facilitet, som et bredt spektrum af vores institutter har adgang til at bruge. Det er et verdenscenter med en høj grad af internationalt samarbejde godt hjulpet af de mange udenlandske forskere, som arbejder der", siger Anders Overgaard Bjarklev. Centeret står også til rådighed for danske og internationale virksomheder, der har brug for rådgivning og ekspertise inden for feltet, så man i fællesskab kan skabe ny viden til gavn for hele samfundet.

Forstørrelser må ikke forstyrres

Er der en ting, som sofistikerede elektronmikroskoper ikke tåler, er det vibration, fortæller kemiingeniør Andrew Burrows, direktør for DTU Cen og ph.d. i elektronmikroskopi. For forstørrelser på nanoniveau tåler ikke rystelser, og man skal for alt i verden undgå lydvibration, luftstrømme og temperatursvingninger. Da grunden under DTU ikke byder på grundfjeld, var det nødvendigt at skabe en helt speciel bygning, der kunne huse de følsomme instrumenter. Cen er det første center af sin art designet og bygget helt fra bunden.

Selve bygningens fundament hviler på et leje af særligt vibrationsdæmpende sand, og hvert af de superfølsomme mikroskoper står på en massiv betonsokkel. For at undgå elektrisk støj sker elforsyningen til bygningen via en unik kabelføring i loftet, og laboratoriernes indeklima er nøje kontrolleret for temperatur, luftfugtighed og luftstrømme. Alle lokaler har desuden akustiske plader på væggene for at minimere lydvibration.

Lokalerne i Cen er, i modsætning til mange lignende faciliteter i udlandet, lyse og imødekommende. Foto: DTU Cen Lokalerne i Cen er, i modsætning til mange lignende faciliteter i udlandet, lyse og imødekommende. Foto: DTU Cen

Centeret er placeret 50 meter væk fra andre bygninger i DTU Lyngby for yderligere at undgå enhver form for "støj".

Hvor lignende faciliteter i udlandet ofte er at finde i mørke kælderrum, er lokalerne i Cen lyse og imødekommende med store glasdøre ind til laboratorierne og ovenlys i det store centrale rum.

En international flok

Som man aner, når man ser de mange forskelligartede elektronmikroskoper på Cen, kan man ikke gå ind fra gaden og studere materialer som med et almindeligt mikroskop, man kender fra fysiklokalet.  Samlingen af elektronmikroskoper er stor og udstyret følsomt.

Det tager tid at lære at tolke de billeder, der fremkommer ved elektronmikroskopering. Her er dog en tydelig revne i stålet fra en vindmøllekonstruktion. Foto: DTU Cen Det tager tid at lære at tolke de billeder, der fremkommer ved elektronmikroskopering. Her er dog en tydelig revne i stålet fra en vindmøllekonstruktion. Foto: DTU Cen

Det tager tid at lære at bruge det og ikke mindst tolke de billeder, der fremkommer ved elektronmikroskopering. Det gælder også om at vælge det rigtige udstyr afhængig af den information, man er interesseret i at vride ud af materialet.

"Vi har nogle af de dygtigste mennesker i verden ansat til at betjene mikroskoperne", siger Rektor Anders Overgaard Bjarklev.

Elektronnanoskopiens mysterier

Sideløbende med grundforskningen på Cen tager centerets forskere sig af at træne andre forskere og studerende på DTU i brug af udstyret. Man samarbejder desuden om konkrete forskningsprojekter med en række institutter og virksomheder. Samtidig ser centeret det som en del af sin opgave at inspirere flere danske studerende til at interessere sig for denne forskningsteknologi gennem tilrettelæggelse af særlige undervisningsforløb i elektronnanoskopiens mysterier. Man bruger fjernmikroskopering i undervisningen, så de studerende kan se præcist, hvad der sker, mens man mikroskoperer. Og det begejstrer, fortæller Andrew Burrows, for teorien og matematikken bag teknikken er både omfattende og ret tør.

På nuværende tidspunkt er der 21 ansatte på Cen. De kommer fra 12 forskellige lande, og i 2013 producerede centeret over 50 peer reviewede artikler. DTU Cen samarbejder med stort set alle europæiske lande samt flere universiteter i Nordamerika og Japan. Tilmed deltager mange af instituttets forskere i store internationale konferencer som keynote speakers og bringer på den måde centerets viden i spil over hele kloden.

Redaktionen afsluttet juli 2014

Tags

Naturvidenskab Nybyggeri Teknisk udstyr Uddannelse Universiteter