ForMAX firar ett år – möjliggör studier av skogsmaterial från atomnivå och uppåt
Strålröret ForMAX har nu använts i ett år vid synkrotronen MAX IV i Lund. Forskare vid KTH var först ut med att testa instrumentet som kan användas för att studera material från skogen från atomnivå ända upp till millimeter-skala.
– Att ha en av världens bästa synkrotroner i Sverige, och att ha ett strålrör som är dedikerat för skogsmaterial är helt fantastiskt, säger Tomas Rosén.
En synkrotron är en särskild typ av cyklisk partikelaccelerator. Vid synkrotronen MAX IV i Lund finns det ett särskilt instrument, ett strålrör, avsett för att studera material från skogen. Målet med det första försöket som KTH-forskarna gjorde i Lund, för lite drygt ett år sedan, var att testa förmågan av instrumentet och se om det var lämpligt för några av deras mest krävande experiment.
– Vi är speciellt intresserade av att titta på flöden av cellulosa-nanofibriller, och studera processer där man sätter ihop dem till superstarka material, säger Tomas Rosén, forskare vid Institutionen för för fiber- och polymerteknologi på KTH.
Ner på nanometernivå
Med de tekniker som erbjuds vid ForMAX kan forskarna se hur nanofibrillerna organiserar sig i flödet på en nanometer-nivå. I dessa processer är dock koncentrationen av nanofibriller väldigt låg, runt 0.2 viktprocent (99,8 procent vatten), vilket gör att bakgrundssignalen från instrumentet måste vara väldigt låg för att man ska få användbar data. Till forskarnas förtjusning och delvis förvåning, kunde ForMAX leverera detta redan från dag ett, med jämförbara bakgrundsnivåer till de bästa strålrören de tidigare använt sig av för samma typ av mätningar.
– I vårt fall skickar vi röntgenstrålen genom flödet av cellulosa-nanofibriller och studerar spridningsmönstret som uppstår. Från detta kan vi bland annat få fram statistik om orientering, aggregering och tvärsnittsstorlekar av fibrillerna; information som vi sedan direkt kan jämföra med numeriska simuleringar för att optimera vår materialprocess, säger Tomas Rosén.
– Genom att titta på röntgenspridning vid större spridningsvinklar kan man även samtidigt få reda på strukturella förändringar på molekylnivå, och i vårt fall hur cellulosa-polymerer ordnar sig inuti enskilda nanofibriller.
Ett multidisciplinärt instrument
Vad har det då inneburit för forskarna vid KTH att kunna använda det här instrumentet? Enligt Tomas Rosén har intresset för synkrotron-experiment ökat stadigt de senaste åren vilket gjort det allt svårare att få stråltid. Forskarna har tidigare behövt åka med all sin utrustning till anläggningar i USA, Japan, Schweiz och Tyskland för att göra sina mätningar. Det faktum att forskning på dessa instrument är så multidisciplinär gör att man inte heller kan förvänta sig att personalen på strålrör på synkrotroner kan särskilt mycket om t.ex. cellulosa. Det är just det som gör ForMAX så speciellt; att det är dedikerat och designat just för de material vi hittar i skogen.
– Det är så kul att se hur många kollegor som hittar nya spännande idéer att undersöka med synkrotronljus och idéerna börjar även nå ut industrin, vilket är extra roligt att se! I min roll fortsätter jag nu att sprida kunskap om vad man kan göra med dessa instrument och försöker hjälpa våra partners i den mån jag kan med att designa experiment och analysera data.
Text: Jon Lindhe