Titta

UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Om UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Föreläsningar om de senaste rönen och forskningsresultaten inom teknik- och materialutveckling för en digital framtid. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Till första programmet

UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid : Organisk elektrooptikDela
  1. Det möjliggör
    begränsad materialförbrukning.

  2. Vi ser att två fullvuxna män
    väger lika mycket-

  3. -som en kvadratkilometer
    av det aktiva materialet.

  4. Vårt ämne rör
    några kvarvarande problem-

  5. -som måste lösas för att nå
    den sköna nya värld-

  6. -där biologiska och elektroniska system
    kan integreras.

  7. Vi måste lösa ett litet problem
    kring jordens energiförsörjning.

  8. Vi vill använda kolbaserade material
    för att minska kolanvändningen-

  9. -eller snarare minska användningen
    av fossila bränslen.

  10. Optoelektroniska polymermaterial
    ger möjligheten till energiomvandling-

  11. -från vår enda säkra källa
    till fusionsbaserad kraft.

  12. Det är solen, åtta ljusminuter härifrån.

  13. Vi måste använda dem effektivt
    och över stora områden.

  14. Vi ska också visa att en möjlighet
    med såna strukturer-

  15. -bygger på den motsatta reaktionen:
    att injicera elektroner och få ut ljus.

  16. Vårt fokus i dag är på att skriva ut
    semitransparenta solcellsmoduler.

  17. Vi gör det med en blandning
    av två delar.

  18. Här är en polymerstruktur, TQ1,
    och en deformerad boll av kol.

  19. Den är ett C70-derivat
    med 70 kolatomer-

  20. -med en svans som gör den löslig.

  21. De här polymererna är lösliga
    i ett vanligt lösningsmedel.

  22. Vi skapar vårt aktiva material
    genom att bygga upp det.

  23. Vi förenar strukturerna i lösning,
    i en alltmer invecklad geometri.

  24. Slutresultatet är dioder
    med en viss, typisk spänning.

  25. Man får en bråkdels volt och
    några tiotal mA per kvadratcentimeter-

  26. -om man har tur.

  27. De är inte ännu, och kanske aldrig blir,
    effektiva material.

  28. De ger andra funktioner som inte finns
    i vanliga fotovoltaiska material-

  29. -från halvledarindustrin.

  30. Vi trycker vårt aktiva material,
    det blåa, runt 100-200 nm tjockt.

  31. Det är en bråkdel av våglängden
    hos ljuset.

  32. Vi utvinner energi från hela solljuset
    inuti det tunna skiktet.

  33. Skiktet läggs på ett tjockare substrat.

  34. Det flexibla substratet
    är 10-100 mikrometer tjock plastfolie.

  35. Vi kombinerar med gränssnittslager
    för att få en flexibel struktur.

  36. Videon visar förhoppningsvis...
    Ja, inte nu längre.

  37. Den visar hur elektroderna, det aktiva
    materialet och gränssnittet skrivs ut.

  38. Det möjliggör
    väldigt snabb tillverkning av moduler.

  39. Vi har ett lamineringssteg.

  40. Målet är att använda modulerna
    för att minska kolutsläppen-

  41. -alltså att vi inte måste bränna kol
    för att generera elektricitet.

  42. Fossila bränslen står fortfarande för
    80 % av jordens energiförsörjning.

  43. Det möjliggör
    begränsad materialförbrukning.

  44. Vi ser att två fullvuxna män
    väger lika mycket-

  45. -som en kvadratkilometer
    av materialet.

  46. På den ytan får man,
    en solig dag, 1 GW.

  47. Om vi kan få ut 10 % av det
    som fotovoltaisk elektricitet-

  48. -vilket vore rimligt-

  49. -får vi ett kraftverk
    som genererar 100 MW.

  50. För att uppnå det har vi under lång tid
    utvecklat absorberande material.

  51. Det är den ena av de två delarna
    i kombinationen donator-acceptor.

  52. Det har anpassats
    för att absorbera solljusets spektrum.

  53. Det är enkelt. Trivialt.

  54. Samtidigt måste det ha rätt struktur
    för transport av laddade molekyler-

  55. -och dessutom kunna blandas med
    den andra delen på molekylär nivå.

  56. Vi har använt såna här kolbollar,
    fullerener, under årens gång-

  57. -vilket har varit intressant.

  58. Vi har, som många andra,
    fått upp dem-

  59. -till kring 10-11 % verkningsgrad.
    Det finns inbyggda begränsningar.

  60. Nu har vi insett att det var fel grepp.

  61. Vi måste byta grepp,
    så vi har klippt sönder kolbollarna-

  62. -och fått plana ark
    som vi gör molekyler av.

  63. Med hjälp av dessa nya acceptorerna,
    som skapats i samarbete med Kina-

  64. -får vi en verkningsgrad som blir bättre
    med ungefär 1 % per år.

  65. Nu är den 13 %, på labbet 14 %.
    Om ett år är den 15 %. Det rör sig!

  66. Förhoppningsvis rör det sig
    även i videon...

  67. Den ska visa både den makroskopiska
    och den nanoskopiska världen.

  68. Längst ner ser ni en metallspegel
    täckt med en vätskefilm-

  69. -som utgörs av vår lösning
    med donatorer och acceptorer.

  70. Den torkar och bildar en film.

  71. Ni ser interferensmönstret-

  72. -när man minskar
    vätskelagrets tjocklek.

  73. Det är i stor skala.

  74. Den färdiga produkten är en film
    som är 100 nm tjock.

  75. Ni ser den i den övre videon.

  76. Det är en bild av en solcell
    gjord med elektrontomografi.

  77. Ett elektronmikroskop ger data
    om hur elektronerna skingras.

  78. Ur det kan man återskapa
    materialets nanostruktur.

  79. En starkare vit färg betyder
    att det finns fler fullerener där.

  80. Om det är mörkt finns färre.
    Man ser alltså nanostrukturen.

  81. Det här är nanostrukturen
    som vi behöver få kontroll över.

  82. Den måste tillverkas med hastigheter
    om 10-100 meter per minut.

  83. Det finns inga skäl att tro att vi
    kommer att få bättre verkningsgrad-

  84. -men det finns andra fördelar.
    Återbetalningstiden är mycket kortare-

  85. -med OPV, organisk fotovoltaik,
    än med kisel-

  86. -eller med vindkraftverk,
    som är så omtyckta i Sverige.

  87. Det är lovande för framtiden,
    men framtiden är redan här-

  88. -i form av ljusemitterande strukturer
    med molekylär grund.

  89. Ni har såna i era mobilskärmar-

  90. -och ni har dem i...
    Är Christian här nånstans?

  91. Där är du! Kom.

  92. De finns i framtidens flexibla skärmar
    eller om ni köper en OLED-skärm.

  93. Christian Larsen visade mig resultat-

  94. -från de ljusemitterande celler
    som utvecklas i Ludvig Edmans labb.

  95. Jag var imponerad
    och ville ta en bild på det.

  96. Nej, jag fick ta med Christian.
    - Visa för publiken.

  97. De är relativt tunna filmer som bildar-

  98. -ljusemitterande elektrokemiska celler.

  99. De ger hög kvanteffektivitet
    i emissionen av ljus.

  100. Det kan användas i platta lampor,
    men inte för energiomvandling.

  101. Alla material som jag har pratat om
    präglas av oerhört hög oordning.

  102. Materialen är väldigt dåliga
    på elektrontransport.

  103. För att få bättre omvandling
    måste vi gå från oordning till ordning.

  104. Man får mer spänning, men det kräver
    nya material och forskare.

  105. Ja, vi kan göra LED med
    som organiska halvledare.

  106. Vi kan också LED
    med kristallina material-

  107. -som hybridperovskit.

  108. Vad är perovskit? Från början
    betydde det kalciumtitanoxid-

  109. -och senare vidgades termen
    till att omfatta-

  110. -alla material med samma struktur
    som kalciumtitanoxid.

  111. Strukturen är ABX3.

  112. Perovskiten vi talar om i dag
    består av organiska föreningar-

  113. -med metallkatjoner som bly eller tenn
    och anjoner som är halider.

  114. De har organiska och oorganiska delar
    och kallas därför hybridperovskiter.

  115. Som vi ser ger ljusemission
    från hybridperovskiter-

  116. -en väldigt ren färg.
    Det är bättre än organiska halvledare.

  117. Där fick vi använda ljusdelare
    för att få ut rena färger.

  118. Dessutom kan vi förändra färgerna
    genom att byta halider-

  119. -exempelvis från blått till rött.

  120. Att använda perovskiter för LED
    är ett nytt område-

  121. -som uppstod för tre år sen.

  122. Utvecklingen mot perovskit-LED
    har gått fort under den tiden-

  123. -vilket vi ser här.

  124. År 2015, när den första artikeln
    om perovskit-LED publicerades-

  125. -var verkningsgraden väldigt låg,
    lägre än 1 %.

  126. Nu har de bästa
    en verkningsgrad på över 11 %.

  127. Om vi tittar noga på utvecklingen
    ser vi tre olika stadier-

  128. -under de senaste tre åren.
    Från under 1 % gick det till 8-9 %.

  129. Det var en snabb utveckling
    som berodde på smart ingenjörskonst.

  130. Där bidrog organiska LED mycket-

  131. -eftersom organiska LED
    och perovskit-LED har snarlik struktur.

  132. Efter det nådde man en platå
    för verkningsgraden-

  133. -vid ungefär 8-9 %.

  134. Därefter ökade verkningsgraden igen,
    till rekordhöga 11,7 %.

  135. Den andra, snabba utvecklingsfasen
    är egentligen väsensskild.

  136. Den bygger på en idé
    från oorganiska LED-

  137. -och kräver försiktig manipulering
    av molekylstrukturen.

  138. Jag är glad att delta i arbetet.

  139. För de oorganiska LED
    som används i dag-

  140. -kvantbrunnstrukturer.

  141. I en kvantbrunnstruktur kombineras
    elektroner och hål i små utrymmen-

  142. -så att de kan hitta varann effektivt.

  143. När vi gör perovskiter,
    hur kan vi få en kvantbrunnstruktur?

  144. Det är tredimensionella material
    som kräver tredimensionella strukturer.

  145. Vi uppnår dessa genom att föra in
    långa organiska katjoner.

  146. På det sättet får vi en
    självorganiserad kvantbrunnstruktur.

  147. Som ett resultat av det
    får vi hög verkningsgrad.

  148. Den är rekordhög: 11,7 %.

  149. Det här uppnåddes av mina kollegor
    på Nanjing Tech University.

  150. Utöver i perovskit-LED
    kan perovskiter användas i solceller.

  151. Utvecklingen av perovskit-solceller-

  152. -var det som drev på forskningen
    kring perovskit-elektronik.

  153. Under de senaste åtta åren har
    perovskit-cellers verkningsgrad ökat-

  154. -från mindre än 4 % till över 22 %.

  155. Om vi jämför perovskit-solceller
    med klassiska kiselsolceller-

  156. -eller Grätzelsolceller-

  157. -har perovskit-solceller
    utvecklats snabbast.

  158. Den gröna kurvan visar utvecklingen av
    flexibla perovskit-celler-

  159. -under de senaste två åren.

  160. Perovskit kan absorbera
    det mesta av ljuset-

  161. -även i väldigt tunna lager,
    kring 300 nm.

  162. Vi kan göra såna celler
    väldigt flexibla.

  163. Varför är perovskiter så bra?

  164. Vi kanske kan få svar
    genom att jämföra perovskit-

  165. -med bra oorganiska halvledare
    som galliumarsenid.

  166. Båda har väldigt goda
    ljusabsorberingsegenskaper.

  167. Båda har väldigt små variationer
    i densiteten.

  168. Elektroner och hål
    får väldigt hög rörlighet-

  169. -och väldigt hög diffusionslängd.

  170. Trots dessa utmärkta egenskaper
    och spännande framsteg-

  171. -är en viktig utmaning att
    våra bästa perovskiter innehåller bly-

  172. -som är skadligt för hälsan
    och för miljön.

  173. En lovande ansats för att ersätta blyet
    och få blyfria celler-

  174. -är att byta ut blyet mot
    monovalenta och trivalenta katjoner.

  175. Eftersom de har två metallkatjoner-

  176. -kallas de också dubbelperovskiter.

  177. Det är ett framväxande område
    som kan öppna för nya möjligheter-

  178. -inom materialkemin,
    men är också mycket utmanande.

  179. Inga fungerande celler
    baserade på dubbelperovskiter-

  180. -har förevisats än så länge.

  181. Jag har sökt medel
    från Wallenbergstiftelserna för detta-

  182. -och hoppas få ansökan beviljad.

  183. -Och... Ja.
    -Ja.

  184. Vi vill tacka Wallenbergstiftelserna-

  185. -men även andra har bidragit
    under de senaste 20-25 åren.

  186. Ibland kanske
    man satsar mot stjärnorna-

  187. -och bara når närmaste träd.
    En björk eller vad det kan vara.

  188. Man siktar mot solen
    och når nåt annat.

  189. Här är en halvtransparent solcell-

  190. -tillverkad med tekniker
    som liknar de vi har tänkt använda.

  191. Den är väldigt liten
    och ser ut som en gammal diabild.

  192. Om ni har turen att sitta nära
    ser ni ett ljussken-

  193. -strax ovanför
    den inte så genomskinliga cellen.

  194. Det är den lilla LED-

  195. -som drivs av strömmen
    från solcellsmodulen.

  196. Ni kan se större versioner
    om ni deltar vid förevisningarna-

  197. -som vi ska hålla efter föreläsningarna.

  198. Det blir under lunchen.

  199. Med det vill vi avrunda
    och välkomna eventuella frågor.

  200. Översättning: Linnéa Holmén
    www.btistudios.com

Hjälp

Stäng

Skapa klipp

Klippets starttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.

Klippets sluttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.Sluttiden behöver vara efter starttiden.

Bädda in ditt klipp:

Bädda in programmet

Du som arbetar som lärare får bädda in program från UR om programmet ska användas för utbildning. Godkänn användarvillkoren för att fortsätta din inbäddning.

tillbaka

Bädda in programmet

tillbaka

Organisk elektrooptik

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

Hur lågt kan man pressa vikten i ett fotovoltaiskt material, det vill säga material som omvandlar ljusenergi från solen till elektrisk energi? Feng Gao och Olle Inganäs, båda forskare i biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet, arbetar bland annat med perovskit som är ett mineral. De berättar att man snart har ett material där en kvadratkilometer väger lika mycket som två vuxna män. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Ämnen:
Teknik > Materiallära
Ämnesord:
Geologi, Material, Materiallära, Mineraler, Mineralogi, Naturvetenskap, Teknik
Utbildningsnivå:
Högskola

Alla program i UR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

KWA-Stipendiater på Linköpings universitet

Mille Millnert, före detta vice rektor vid Linköpings universitet, berättar om tidigare forskningsprojekt som fått stöd av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Organisk elektronik inspirerad av hud

Elektronisk hud som berättar för dig hur du mår? Enligt Zhenan Bao, professor i kemiteknik vid Stanford University, är detta snart verklighet. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Organisk elektrooptik

Hur lågt kan man pressa vikten i ett fotovoltaiskt material, det vill säga material som omvandlar ljusenergi från solen till elektrisk energi? Feng Gao och Olle Inganäs, båda forskare i biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet, arbetar bland annat med perovskit som är ett mineral. De berättar att man snart har ett material där en kvadratkilometer väger lika mycket som två vuxna män. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Bioelektronik och elektroniska växter

Kan bioelektronik förlänga livet? Magnus Berggren, professor i fysik och elektroteknik, och Eleni Stavrinidou, forskare i fysik och elektroteknik, båda vid Linköpings universitet, berättar om hur de arbetar med att få elektronik att kunna kommunicera med nervsystemet. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Sociala robotar

Kan robotar bli mänsklighetens nya bästa vänner? Nadia Magnenat Thalmann, NTU i Singapore samt Miralab, är en av världens ledande forskare inom utvecklingen av sociala, interagerande robotar. Hon menar att den bild av robotar som förmedlas i underhållningsindustrin är felaktig. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Robotar som samarbetar

Kan robotar bli lika bra som människor på att arbeta i team? För detta arbetar Patrick Doherty, professor i datavetenskap vid Linköpings universitet, som berättar att han redan har kommit en bra bit på vägen. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Att visualisera framtiden

Hur kan vi ta oss an mer komplexa data? Chris R Johnson, forskare i datavetenskap och visualisering vid Universitetet i Utah, USA, menar att visualisering kommer att vara ett av våra viktigaste verktyg för detta. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Biomolekylär programmering med dna

Vilka trender råder inom biotekniken? Professor Richard M Murray från Caltech redogör för vad som är hett just nu. Murray hoppas att man inom tio-femton år kommer att ha framställt genetiskt programmerade celler och maskiner som kan utföra meningsfulla sysslor. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Material och teknik i en digital framtid

Ljus, materia och volym

Hur skapar man fotorealistiska bilder av syntetiska miljöer? Jonas Unger, forskare i datorgrafik och bildbehandling, och Anders Ynnerman, professor i vetenskaplig visualisering, båda vid Linköpings universitet, berättar om sina arbeten med ljus, materia och volymer. Inspelat den 13 september 2017 på Linköpings universitet. Arrangörer: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Linköpings universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Visa fler

Mer högskola & teknik

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Nobel Week Dialogue 2015

Samspelet mellan människan och datorn

Ett panelsamtal om var tekniken står idag och vad som kommer sedan. Hur kommer människans relationer med maskinerna att påverkas när maskinerna blir smartare och smartare? Medverkande: Cynthia Breazeal, professor i datavetenskap, Sherry Turkle, professor i sociala studier, Barbara Grosz, professor i naturvetenskap, och Guru Banavar, IBM. Moderator: Stuart Russell. Inspelat på Svenska mässan, Göteborg, den 9 december 2015. Arrangör: Nobel Media.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Nobel Week Dialogue 2015

Framtidens intelligens

Framtidsforskaren Ray Kurzweil talar om vilka möjligheter den mänskliga hjärnan har att förutse framtiden och hur det kommer att påverka vår biologiska intelligens och den artificiella intelligensen. Inspelat på Svenska mässan, Göteborg, den 9 december 2015. Arrangör: Nobel Media.