Det första man lägger märke till med det trä som framställs i professor Lars Berglunds laboratorium är att det är nästintill transparent. Glöm ek, lönn och körsbär – det här ser ut som en plastskiva.
Lars har hanterat träet för att få fram just den effekten. Ligninet i träet har avlägsnats och ersatts med en optiskt kompatibel polymer. På så sätt har man fått en komposit som skulle kunna få rumsljuset inomhus att förvandlas till något som bättre liknar naturligt ljus. Dessutom kan materialet ha en bärande funktion och sänka kostnaderna för uppvärmning och kylning, så att byggnaden blir mer energieffektiv.
Det är fantastiskt vad nanotekniken numera kan göra för arkitektur, teknik och konstruktion.
Framställning av miljövänliga material
Lars Berglunds intresse för polymerer och plaster väcktes redan när han gick sin grundutbildning. Då läste han en inspirerande kurs som ledde honom in på en karriär där han från början arbetade med kolfiberkompositer i luftfartsindustrin. Efter att ha forskat i det ämnet i över tio år började han på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), där han började ägna sig åt träkompositer. Idag ansvarar Lars också för projektet WoodNano Tech, som startades 2017 och finansieras av EU-kommissionen till och med 2022.
Vad är det då som gör trä till en så bra mall för nanotekniken?
”Om vi tittar på hur betong tillverkas, eller på alla plastmaterial som dominerar på marknaden, så går det åt mycket energi bara till att framställa själva materialen”, säger Lars. ”Men i det här fallet är det en biologisk organism som gör jobbet åt oss. Inte nog med att det har gått åt noll energi för att framställa materialet – det lagras också koldioxid från luften i trädets vävnad. Det är en fantastisk utgångspunkt. Vi har det här oerhört funktionella materialet att bygga med, som samtidigt kommer från förnybara källor. Det har dessutom låg förkroppsligad energi.
Lars tillägger att det visserligen ”är stor hype kring nanotekniken idag”, men att de flesta tillämpningar handlar om elektronik eller fotonik. Forskarna ägnar sig vanligtvis åt en ”nedifrån-och-upp-syntes”, där de utgår från atomerna och sedan anpassar det material som de framställer. Och i sådana tillämpningar skulle en struktur i frimärksstorlek betraktas som stor.
Men Lars och hans team arbetar med ett material som redan är nanostrukturerat och poröst. ”Det betyder att vi kan använda det som substrat för vidare funktionalitet”, säger han. Kompositen kan infiltreras med andra funktionella material, och det kan göras i stor skala.
”Det är möjligt att vi i framtiden kommer att ha enorma strukturer som ändå bygger på nanoteknik, och som kan bearbetas delvis genom etablerade industriella metoder”, säger Lars.
Det går upp ett ljus
Belysning har traditionellt handlat om att man använder en ljuskälla och någon form av diffuser som sprider och mjukar upp ljuset. Men ljuset blir inte lika starkt i hela rummet. Trä har en intern struktur som bidrar till en viss spridning, och den har forskningsteamet hittat ett sätt att fånga upp och utnyttja. Resultatet blir ett rum som är mer enhetligt och bekvämt upplyst, utan några områden där ljuset antingen är för starkt eller för svagt.
Lars Berglunds arbete på det här området är inriktat på att integrera kvantpunkter i träets naturliga infrastruktur. Punkterna är halvledaratomer som blir fluorescerande när de exponeras för UV-ljus. Lars använder en analogi för att förklara konceptet i lekmannatermer: Samsung använder kvantpunkter i sina tv-apparater för att få dem att lysa starkare. Eftersom Lars och hans team bäddar in lysdioder i sin träkomposit kan en hel vägg eller ett helt tak bli en källa till ett jämnt spritt – och mer energisnålt – ljus.
”Vi har ett träsubstrat. Vi har tagit bort ligninet. Vi tillsätter en polymer, och sedan sprids de här kvantpunkterna ut i den polymeriska vätskan”, säger Lars. ”Så blir de också en del av kompositens övergripande struktur.”
En struktur med ännu fler funktioner
Kompositen med inbäddade lysdioder kan också vara bärande. ”När vi nu har det här träskelettet så klarar vår ljuskälla även belastning”, säger Lars. ”Man skulle kunna använda den i taket – den skulle kunna bli en del av den bärande strukturen.”
Lars och hans team har dessutom experimenterat med att integrera andra material än polymerer: fasförändringsmaterial som kan omvandla träkompositen till en energilagringsenhet. Det här är en funktion som har väckt särskilt stort intresse hos arkitekter.
Lars förklarar:
”Låt säga att vi har en genomskinlig panel i huset. Inuti trämaterialet finns partiklar: polymeren, träsubstratet och de här partiklarna av fasförändringsmaterial. När solen lyser igenom det halvt genomskinliga träet värms det upp. Då smälter de här partiklarna, och en del av den energi som annars skulle ha kommit in i huset går åt till att smälta fasförändringspartiklarna.
”Så den första fördelen är att rummet inte blir så varmt som det annars skulle ha blivit. När solen sedan går ner så börjar de smälta fasförändringspartiklarna att kristalliseras igen, och då avger de värme. Vi bevarar en del av solenergin och använder den sedan på kvällen när det börjar bli svalare.”
All den här funktionaliteten från någonting som vid första anblicken ser ut som en helt vanlig bit halvt genomskinlig plast. Att den ser ut just så har också uppmärksammats av teamet, med tanke på hur viktig estetiken är för arkitekterna. Som en påminnelse om att grundmaterialet är trä, har man givit kompositen en ytstruktur som liknar träets.
Ett fönster mot smartare innovationer
Lars Berglund och hans team experimenterar också med elektrokromiska smarta fönster. Även för dessa utnyttjas polymerer, som stryks på som en tunn beläggning. Med hjälp av en strömbrytare kan man sedan styra hur mycket ljus utifrån som kommer in i ett rum, och till och med ljusets färg.
Fördelen framför ett draperi eller en rullgardin är att man kan begränsa bländande ljus utifrån utan att blockera utsikten, och att man kan höja och sänka ljusstyrkan gradvis. Det är, som Lars Berglund uttrycker det, ”ett elegantare sätt” att reglera ljusnivåerna.
Hittills har arbetet erkänts genom ”ett par patent, och ett företag som arbetar med att utveckla ett grundpatent”, säger Lars. Han förklarar att han inte får avslöja företagets namn, men gissar på att det kommer att ta några år till innan de första produkterna kommer ut på marknaden.
Att det ska gå att sälja är dock inte det som Lars är mest intresserad av. Hans huvudsakliga motivation är ”forskning som drivs av nyfikenhet”. Och det är uppenbarligen något som fungerar för honom.
