LØRN case C0156 -
LØRN. RESEARCH

Helge Weman

Gründer, professor og leder

NTNU

Tenk stort, tenk nano

I denne episoden av #LØRN snakker Sunniva med gründer, vitenskapelig leder i CrayoNano og professor i nanoelektronikk ved NTNU, Helge Weman. CrayoNano er i ferd med å fornye UV-bransjen ved å utvikle ultrafiolette lysdioder som blant annet brukes for desinfeksjon og sterilisering av vann og luft.
LØRN case C0156 -
LØRN. RESEARCH

Helge Weman

Gründer, professor og leder

NTNU

Tenk stort, tenk nano

I denne episoden av #LØRN snakker Sunniva med gründer, vitenskapelig leder i CrayoNano og professor i nanoelektronikk ved NTNU, Helge Weman. CrayoNano er i ferd med å fornye UV-bransjen ved å utvikle ultrafiolette lysdioder som blant annet brukes for desinfeksjon og sterilisering av vann og luft.
Facebook
Twitter
LinkedIn
Email

20 min

Choose your preferred format

Velkommen til Lørn.tech. En lærings dugnad om teknologi og samfunn med Silvija Seres og venner.


SR: Hei, du lytter til Lørn.tech. Tema i dag er nanoteknologi. Sammen med meg er Helge Weman, jeg heter Sunniva Rose. Helge, du er professor i nanoelektronikk på NTNU også er du gründer og vitenskapelig leder i crayonano.

HW: Vi kaller det Crayo, kommer egentlig fra crayon.

SR: Ja nemlig. Kan ikke du si litt om hvem du er du og hvordan endte opp med å bli interessert i teknologi.

HW: Ja, jeg er da professor i nanoelektronikk på NTNU. Jeg er 58 år. Jeg er oppvokst i Sverige. Men har norsk mor og far. Så jeg tok doktorgraden i Linköping i halvlederfysikk. Så etter det dro jeg til California allerede i 1989. Og det var da jeg ble interessert i å jobbe med små materialer. Jeg trodde det kunne ha veldig stor fremtid. Og det var lange før vi egentlig kalte det for nanoteknologi.

SR: Ja. Så halvlederfysikk er da fysikk på spesifikke materialer. Silisium eksempel?

HW: Ja akkurat. Så min doktorgrad var egentlig å forske på Silisium.

SR: Ja nemlig.

HW: Og i all type elektronikk som mobiltelefoner, prosessor i PC osv.

SR: Og så videre dro du til California. Fantastisk deilig sted å være.

HW: Ja, det var helt fantastisk på alle mulige måter.

SR: Og da kom du deg inn på nanoteknologisporet, men dere kalte det kanskje ikke nanoteknologi da?

HW: Nei, det gjorde vi ikke. Det var veldig små trådløse materialer, kunne også være krystaller. Det kunne også vært silisiumkrystall, men vi hadde ekstremt liten størrelse. Vi hentet dem opp, ofte fra bunnen. Og da begynner de egenskapene i materialet å forandres med størrelsen.

SR: Det er det du jobber med nå?

HW: Vi begynte å jobbe med det allerede i California. Vi kaller det ofte kvantematerial, for vi ser også kvanteegenskaper. Da jobber du med en ny type fysikk. Det er ikke den klassiske normale fysikken som vi ser i hverdagen.

SR: Nei, for det vi se rundt oss nå så vet vi helt sikkert hva som kommer til å skje. Hvis jeg slipper pennen så faller den ned. Men når du kommer ned på så liten skala, så blir det bare en sannsynlighet for enten så skjer dette eller så skjer dette?

HW: Helt riktig, og partikler kan gå igjennom en vegg for eksempel.

SR: Men hva er nanoteknologi? Jeg tenker at det er noe smått, men det er liksom der det stopper.

HW: Det er riktig. Det er et ekstremt tverrfaglig fagfelt i dag. Når vi snakker om nanoteknologi så kan det handle om biomedisin, fysikk, kjemi. Det kan også være elektronikk som jeg jobber med. Så det er det veldig bredt tverrfaglig. Og samtidig så jobber vi med strukturer. Vi sier at vi skal være i nanometerskala, så ned til sirka 1 nanometer.

SR: Og en nanometer er da?

HW: En milliarddel av ente. Så vi jobber ikke med atomene i seg selv, men vi jobber med strukturer. Sammensetter kanskje 10-12 atomer for eksempel. Og da kaller vi det en kvanteprikk. Beroende på geometrien. Er det en sfære så er det en kvanteprikk. Men jeg jobber ofte med avlange strukturere, og da kaller vi det kvantetråder.

SR: Hva er spesielt med den da? Blir de veldig sterke, eller hvorfor vil man holde på kvantetråder?

HW: I vårt tilfelle så forandrer man også energien inne i materialet. For eksempel hvis man lager en laser, så kan laseren bli mer effektiv. Det er en veldig liten laser, men det krever veldig lite strøm for å få den til å lase’re.

Ett eksempel på det seneste vi har gjort på NTNU er at med en nano tråd kan vi lasere. Så den lille nanotråden fungerer som en laser.

SR: Hva vil det egentlig si at den fungerer som en laser?

HW: Det er at du har veldig eksakt bølgelengde, også er det veldig høy energitetthet.

SR: Du får lys igjennom?

HW: Den kommer egentlig ut på hver ende av tråden egentlig.

SR: Får du lyset til å oppstå inni tråden? Nå ble jeg veldig fascinert.

HW: Det går fram og tilbake. Og krystallendene med omgivende luft fungerer som speil. Lyset går fram og tilbake og forsterkes. Så lyset som kommer ut i endene er laserlys.

SR: Og det er helt nylig?

HW: Det er helt nylig, det har vi publisert i år.

SR: Kan du tenke så langt som at det kan brukes til noe eller?

HW: Ikke allerede, det er forstått relativt mye grunnforskning og vi har fått den laseringen ikke egentlig med elektrisk strøm, men målet er at vi skal koble sammen elektroder å få elektrisk strøm og generere den laser-ringen. Og siden bygge det opp i systemer. Så vi jobber med å gro de her nanotrådene.

SR: Dere gror de?

HW: Vi gror de i ett spesielt kammer. I en molekylstrålemaskin. Så der kan vi gro de nesten atomlag for atomlag. Og vi kan kontrollere de sånn at vi kan få de til å gro en overflate helt vertikal.

SR: Altså rett oppover?

HW: Ja. Vi gror rett?

SR: Ett og ett atom oppå hverandre?

HW: Ja, i prinsipp. Noen sier at det ser ut som en spikermatte med nanotråder.

SR: Hvilke materialer er det dere holder på med? Hvilke atomtyper er det?

HW: Tidligere så het det gallium arsenikk. Og på den tiden så var vi veldig interessert i å gjøre nanotrådsbaserte solceller. Og da er det materialet ganske gunstig for å behandle solenergi til strøm.

Det har det eksakte energinivået i gallimarschlied og omhandler da solspekteret veldig bredt.

SR: Så det dekker ett bredt spekter av all energien som kommer fra solen?

HW: Helt riktig. Teoretisk sett kan vi aldri omvandle alt livsenergien til elektrisk energi. Men vi kan gjøre relativt effektivt. Så man kan oppnå kanskje 30% i ett materiale. Silisium har en litt teoretisk grense. Men det er det som brukes mest i dag for at det er billig og lett å fremstille.

SR: Dette kan jeg sitte og prate veldig lenge om, men vi må komme oss litt videre også.

Det er åpenbart at nanoteknologi er spennende. Men hvis jeg skal stille de mer generelle spørsmålene som hvorfor er nanoteknologi spennende, hva vil du si da?

HW: Det er mulighetene til å kunne bidra til å løse mange store samfunnsutfordringer som vi har. Mye innenfor helse, men også miljø. Vi trenger mer effektive energikilder som er rene. Som for eksempel solceller eller brenselceller. Vi trenger også å lagre energien. Så vi trenger mer effektive batterier. Det er også et problem i elbiler at vi ikke har så effektive batterier.

SR: Men jeg har lyst å være litt advokat også. Jeg kommer jo fra UiO, og har selv opplevd hva som skjer når man endrer navnet på studieprogram som handler om materialteknologi, også slenger man på nanoteknologi i tillegg så øker søknadsmassen voldsomt. Er det også en hype?

HW: Det har blitt ett buzzword. Noen ganger legger folk på nano bare for å selge. Men det er også vært omvendt. Som for eksempel mange solkremer har brukt nanopartikler, men valgt å ikke si det. For da er det litt risker på hvordan det blir tatt opp.

SR: Er det noen kontroverser med nanoteknologi?

HW: Det er diskusjonene om risker. De her nanopartiklene er så små og vi kan ikke se de. Det kan være vanskelig detektere de. Og hvis de kommer fritt ute i naturen så kan det bli problemer, som man ser mye senere tiden. Det handler om å være føre var hele tiden.

SR: Hva er hva vil du si er ditt favorittprosjekt innen nanoteknologi som du da har holdt på med?

HW: Nå er det hva vi holder på med i vår start up som vi kaller crayanano. Foruten de her nanotrådene har vi blitt veldig interessert i ett annet, kalles nesten for et supernano materiale som også blitt litt hypet de siste årene som heter Grafene.

SR: Det er karbon?

HW: Det består bare av karbonatomer, men man kan fremstille det i ett lag av karbonatomer.

Så da er det ekstremt tynt. Da er vi under en nanometer størrelse i tykkelse.

Men i de andre dimensjoner så kan framstille det i store skiver.

SR: Man kan se for seg ett ark som er ett ark som er kun er ett karbonatom tykt, men det kan være flere?

HW: Riktig. samtidig er det materialet veldig sterkt. Og i og meg at det er veldig tynt så er det veldig bøyelig.

SR: Og veldig lett antar jeg?

HW: Ja. Samtidig har det veldig gode elektriske og termiske egenskaper. Så du kan lede strøm ekstremt godt. Og varme også. Samtidig er det gjennomsiktig for alt lys.

SR: Ok. Så vi kan se rett gjennom det. Og hva er det dere gjør med dette?

HW: Vi har tenkt å bruke dette som en ny type av det vi kaller substrat. Ofte tidlig har man brukt silisiumskiver. Men vi tenkte om at vi skulle bruke et sånt lag med karbonatomet Graafian. Også skal vi gro nanotråder vertikalt ovenpå disse skivene å fremstille nye typer av komponenter så man ikke kan fremstille på en annen måte, eller komponenter som kan få mye mer gunstige egenskaper. Og det vi jobber med akkurat nå er å fremstille ultrafiolette lysdioder.

SR: Hva vil det si, den sender ut lys?

HW: Akkurat som vi tenker at vi har hvite lysdioder, eller egentlig blå lysdioder som vi omvandler til synlig lys. Og det er ekstremt billig og veldig energieffektive. Så vi skal lage slike lysdioder, men får ekstremt korte ultrafiolette bølgelengder som vi ikke har her nede på overflaten. Det kommer fra solen egentlig. Men de bølgelengdene kan brukes da for desinfisering, sterilisering av bakterier og virus.

SR: For solen sender blant annet ultrafiolett lys, men den delen av det ultrafiolette spekteret forsvinner langt opp i atmosfæren så det kommer aldri ned til jordoverflaten.

HW: Riktig. Og hvis den delen hadde kommet ned til jordoverflaten så hadde det ikke fantes liv. Så akkurat den bølgelengden absorberer all energi det blir ødelagt.

SR: Men det kan benyttes til desinfisering som du sier.

Vi skal begynne å bevege oss mot slutten, men jeg vil spørre hva er det vi gjør unik godt i Norge på nanoteknologi?

HW: Jeg kom hit i 2005 og det var egentlig da satsningen på nanoteknologi begynte her i Norge, og spesielt på NTNU. Jeg var en del i den satsingen. Og min proffisur var egentlig på NTNU nanolab. Og første målet var egentlig å bygge opp en veldig god infrastruktur av utstyr. Så det som er spesielt med nanoteknologi er at det er ekstremt dyrt. Vi trenger store instrumenter for å lage disse små tingene. Og det skal være ekstremt rent i rommene. Så vi må gå i sånne romdrakter i disse renrommene her på NTNU.

SS: Holder dere også på med disse store elektronmikroskopene. Jeg hørte på UiO at det var ett problem at trikken kjører forbi.

HW: Ja. Vi har samme problem. Og enda når NTNU nanolab er bygd opp sånn at den skulle ta bort stort sett alt støy.

SR: Ok. Hvis de som sitter og lytter har lyst å lære mer om nanoteknologi. Hva skal de gjøre?

HW: En bok som ikke har alt for høye krav heter nanoteknologi for dummies.

SR: Hvis de som lytter skal huske ett hovedpoeng fra nanoteknologi, hva skal det være?

HW: At nanoteknologi i seg selv er veldig bredt og tverrfaglig, og det er en muliggjørende teknologier som kommer inn overalt, selv om vi kanskje ikke ser det. Samtidig så er det et område som krever veldig store investeringer, men det er ekstremt stort potensiale i å jobb i dette området.

SR: Helge Weman, professor i nanoelektronikk på NTNU og gründer av crayonan. Tusentakk for at du kom hit.

HW: Takk for at jeg fikk komme!

SR: Og takk til deg som lyttet.


Du har lyttet til en podcast fra Lørn.tech. En lærings dugnad om teknologi og samfunn. Følg oss i sosiale medier og på våre nettsider Lørn.Tech


Hva gjør dere på jobben?

På NTNU forsker vi på bruk av ulike nanomaterialer for å fremstille små og effektive elektroniske og optiske komponenter som for eksempel solceller, lysdioder og lasere.

Hva er de viktigste konseptene i nanotech?

Det er et interdisiplinært fagfelt hvor vi jobber med materialer i nanometerskala der egenskapene til materialet er avhengig av størrelsen. Man kan også ta i bruk så kalte kvante-egenskaper til materialene. Kort sagt bygger vi Lego-strukturer med klosser på atomstørrelse eller molekylstørrelse der klossene endrer egenskaper som farge eller styrke med antall klosser vi setter sammen.

Hvorfor er det spennende?

Nanoteknologi er spennende fordi man får forske på et fagfelt som er i rask utvikling med relevans for fremtidens teknologi. Og med et potensiale til å løse mange samfunnsutfordringer relatert til miljø, mat, energi, batterier og helse.

Hva synes du er de mest interessante kontroverser?

Interessante eller vanskelige spørsmål er ofte rundt risker med nanoteknologi, og etikkspørsmål innen medisin som genmanipulerings-teknologien rundt CRISPR.

Dine egne prosjekter innen nanotech?

Mitt store prosjekt nå er å gro eller «sy sammen» nanotråder på grafén for å fremstille ultrafiolette lysdioder. Det kan brukes til for eksempel desinfeksjon, og sterilisering av vann og luft. I dag bruker vi kvikksølvlamper for dette, men det er både miljøfarlig og ineffektivt.

Dine andre favoritteksempler på nanotech internasjonalt og nasjonalt?

Kvante-computing, både Microsoft og Intel har store prosjekter på dette i dag. Det er enormt komplekst å utvikle, men samtidig er det et enormt potensiale i mulig datakapasitet. En annen favoritt er Nantero, som lager lynraske minnebrikker med karbon-nanorør.

Hva gjør vi unikt godt i Norge av dette?

Vi har en god infrastruktur av nasjonale renrom-labber kalt Norfab, som inkluderer NTNU NanoLab i Trondheim og MiNaLab i Oslo. Vi har kjempegode studenter som blir utdannet i nanoteknologi på NTNU, og dermed gode muligheter til å skape fremtidens norske nanoteknologibedrifter i disse miljøene.

Et favoritt nanotech-sitat?

There’s plenty of room at the bottom.

Viktigste poeng om nanotech fra vår samtale?

Nanoteknologi muliggjør å løse flere av dagens og fremtidens samfunnsutfordringer, men det krever store investeringer og tar tid å utvikle.

Helge Weman
Gründer, professor og leder
NTNU
CASE ID: C0156
TEMA: ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
DATE : 181206
DURATION : 20 min
LITERATURE:
Nanotechnology for Dummies av Earl Boysen og Richard Booker
YOU WILL LØRN ABOUT:
Om nanomaterialet grafén
LED-teknologi
Nanotech
QUOTE
"Nanoteknologi er spennende fordi man får forske på et fagfelt som er i rask utvikling med relevans for fremtidens teknologi, og med et potensiale til å løse mange samfunnsutfordringer."
More Cases in topic of ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
#C0371
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
Fremtiden er elektrisk

Havard Devold

Teknologidirektør

ABB

#C0002
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
VR som medisin

Anne Lise Waal

CEO/CTO

Attensi

#C0001
ENABLING AND DISRUPTIVE TECH
Hva er greia med VR?

Silvija Seres

Lørnere

LØRN.TECH