Examensarbeten vid avdelningen

Spectrogon AB ett helsvenskt, familjeägt, optikföretag beläget i Täby (norr om Stockholm) som utvecklar, tillverkar och säljer tunnfilms- och gitterprodukter inom våglängdsområdet ultraviolett till infrarött.

Optiska filter är en kritisk del i optiska instrument. Optiska index för de material som används till långvågiga IR-filter är temperaturberoende och påverkar filtrets funktion. Att känna till de ingående materials beteende vid låga temperaturer blir då avgörande för den slutliga funktionen. Användningsområden där filter utnyttjas vid låga temperaturer finns bland annat i rymd-tillämpningar och för instrument som med hög precision använder termisk IR.

Företaget har genom åren levererat filter som nu är monterade i flera rymdprojekt såsom t ex James Webb Space Telescope för NASA och Rosetta för ESA. Dessa projekt har haft som mål att öka förståelsen för universums födelse (Webb) och analys av material på komet (Rosetta). Spectrogon har även levererat filter till satelliter för miljöövervakning.

Spectrogon önskar med detta examensarbete öka sin förståelse, och förbättra sina beräkningsmodeller, för att även i fortsättningen kunna leverera högkvalitativa optiska komponenter.

Projektbeskrivning

I projektet undersöks hur brytningsindex, n, för dielektriska beläggningar som Germanium ändras som funktion av temperatur, T; speciellt kryogeniska temperaturer ner till 4 K, dvs dn/dT. Inom optiken är det av central betydelse att förstå och kvantifiera denna förändring. Det är känt att t.ex. laseruppvärmning leder till en ökning (dn/dT > 0), vilket leder till en ”själv-fokusering” av ljuset som kan skada optiska komponenter. Andra effekter är ljusspridning i fasta kroppar som påverkas genom lokal uppvärmning och densitetsvariationer. Den fysikaliska anledningen till förändringen av brytningsindex beror på en temperatur-inducerad förändring av den lokala densiteten i materialet. Denna kan t.ex. modelleras med s.k. oscillatormodeller (Lorentz-Lorentz och Drude). I projektet ska vi ta fram data och analytiska uttryck för dn/dT och prediktera förändringen av brytningsindex vid kryogeniska temperaturer för att antal beläggningar som är relevanta i industriella tillämpningar. Företaget Spectrogon tillhandahåller materialdata och ger en praktisk bakgrund till den industriella tillämpningen. Spectrogon önskar att merparten av arbetet sker på plats vid företagets huvudkontor i Arninge, Täby.

Projektet handleds av Dr. José Montero och Prof. Lars Österlund vid Adv. Fasta tillståndets fysik, Inst. materialvetenskap vid Uppsala universitet. Bihandledare är Tomas Landström och Herman Högström på Spectrogon AB.

Kontakt

Lars Österlund, Professor, Adv. Fasta tillståndets fysik, Uppsala universitet, lars.osterlund@angstrom.uu.se, Phone: 0702-562425

Herman Högström COO Spectrogon AB, herman.hogstrom@spectrogon.com,

Phone: +46-(0)73-6870046

Glas som material har förmågan att bidra till lösningen av flera samhällsutmaningar som vi står inför idag. Mer glas än någonsin används i byggnader på grund av glasets transparens, som släpper in solljus i byggnader och ökar människors välbefinnande. Glas har också fått ökad användning genom displayer och solenergi, medan glasförpackningar förlorar sin marknadsandel till plast, främst på grund av att det är ett tyngre material.

Glas är energiintensivt att tillverka och för att kunna tillverka tunnare glasprodukter måste glaset göras starkare. Kemisk förstärkning av glas är en gammal uppfinning men har relativt nyligen nått verklig kommersiell framgång. Förståelsen för kemisk förstärkning är dock fortfarande inte fullständig i flera avseenden, på grund av processens och dess mekanismers komplexitet. Genom en bättre förståelse av mekanismerna kommer möjligheterna att förbättra den kemiska förstärkningen av glas att öppnas upp.

Projektbeskrivning

Glasets sammansättning påverkar den kemiska förstärkningen i hög grad eftersom den baseras på interdiffusion av större joner från ett smält saltbad in i glaset och mindre joner ut ur glaset. Kemisk förstärkning baseras på två olika processer, den kinetiska som är kopplad till interdiffusionen och de fysiska processerna som omvandlar "fyllningen" av joner till tryckspänning som kan delas upp i två relaxationsprocesser 1) strukturell relaxation och 2) viskös relaxation. I det aktuella projektet vill vi studera den strukturella informationen hos kemiskt förstärkt glas i förhållande till koncentrationsprofilerna med hjälp av XPS. Interdiffusionskoefficienten kommer att beräknas liksom aktiveringsenergin och ett försök att simulera uppbyggnaden av tryckspänningen kommer att göras.

Arbetet kommer att handledas gemensamt av Uppsala universitet och RISE Glas, beläget i Växjö. Arbetet kommer att innefatta litteraturgenomgång och karakterisering av glas.

Huvuddelen av arbetet kommer att utföras vid avdelningen för fasta tillståndets fysik, Uppsala universitet. RISE kommer att tillhandahålla glasprover som kommer att mätas vid Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet. Goda kunskaper i fysik och/eller kemi är ett krav.

RISE forskningsinstitut i Sverige
Byggnadsteknik - Glas

Kontaktperson:
RISE
Stefan Karlsson
Byggnadsteknik
+46 10 516 63 57
stefan.karlsson@ri.se

Glas som material har förmågan att bidra till lösningen av flera samhällsutmaningar som vi står inför idag. Solenergi är en av framtidens energikällor där glas har en viktig funktion som ett transparent täckglas. Utan beläggning reflekterar dock glas ca 8% av den inkommande solstrålningen. Idag används vanligtvis järnfattigt glas med antireflexbeläggning (AR) och detta överför även UV-strålning som är energirik och därför orsakar nedbrytning av material i solcellsmoduler (PV). Därför tillsätts transparenta UV-skyddsmedel i glaset, men om detta görs i beläggningen är det möjligt att göra beläggningen fotokatalytisk och därigenom förbättra PV-modulens rengörbarhet. Det behövs dock en bättre förståelse för sambandet mellan solstrålning, omvandlingseffektivitet, värmeproduktion och UV-våglängdens brytpunkt för att kunna tillverka optimerade PV-moduler.

Projektbeskrivning

Projektet omfattar modellering av värmeutvecklingen från soltransmittansen hos olika UV-skyddande antireflexbeläggningar (AR) för att hitta ett optimum baserat på en avvägning mellan värme, nedbrytning av material över tid och effektivitet. Avhandlingen omfattar också viss tillverkning med PVD eller CVD och karakterisering av UV-skyddande AR-beläggningar. Karakteriseringen involverar främst vinkelberoende UV-Vis-NIR spektrofotometri men kan även involvera andra spektroskopiska tekniker.

Examensarbetet kommer att handledas gemensamt av Uppsala universitet och RISE Glas, beläget i Växjö. Arbetet kommer att innefatta litteraturgenomgång och karakterisering av glas. Huvuddelen av arbetet kommer att utföras vid avdelningen för fasta tillståndets fysik, Uppsala universitet. RISE kommer att tillhandahålla glasprover som kommer att mätas vid Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet. Goda kunskaper i fysik och/eller kemi är ett krav.

RISE forskningsinstitut i Sverige
Material och ytdesign - Glas

Kontaktperson:
RISE
Stefan Karlsson
Byggnadsteknik
+46 10 516 63 57
stefan.karlsson@ri.se

Aromatiska organiska föreningar används i stor utsträckning inom områden som läkemedel, bekämpningsmedel, herbicider, flamskyddsmedel, mjukgörare och kosmetika. De är vanligtvis mycket stabila på grund av resonansstabiliseringen och kan därför finnas kvar i miljön under mycket lång tid. Vissa av dessa (t.ex. PFAS) har kallats "evighetskemikalier" på grund av deras motståndskraft mot nedbrytning.

Många av dessa aromatiska föreningar har visat sig ha negativa effekter på både växter och djurs hälsa. Till exempel är både bisfenoler (särskilt bisfenol A) och perfluoroalkylsubstanser (PFAS) hormonstörande. Utsläpp av subletala mängder antibiotika leder till ökad antibiotikaresistens. Aromatiska ämnen som innehåller hydrofila funktioner (t.ex. OH, COOH) sprids lätt med ytvatten och kan även nå grundvattnet. En mängd flyktiga organiska föreningar (VOC) frigörs från möbler och hushållsapparater och kan orsaka det så kallade sjuka hus-syndromet. Till dessa hör bland annat aromatiska aldehyder och bensen.

Det finns därför ett starkt incitament att effektivt avlägsna dessa föreningar från både vatten och luft. Avancerade oxidationsprocesser (AOP), som inkluderar fotokatalys, elektrokatalys och Fentonprocessen, är bland de mest populära metoderna för nedbrytning av organiska föroreningar. De baseras på generering av olika reaktiva syreföreningar, främst OH●-radikaler, för att stegvis bryta ned föroreningarna.

Ett korrekt optimerat system kan fullständigt bryta ned alla organiska föreningar till vatten och koldioxid. Delokaliseringen av elektroner i aromatiska föreningar gör dem dock mindre reaktiva och därför mer komplicerade att snabbt bryta ned. Det finns dessutom en risk att de går igenom en serie hydroxylerade/oxygenerade aromatiska intermediärer med ännu högre toxicitet.

En protoninsättning, som bryter aromaticiteten, kan underlätta ringöppningen och därmed nedbrytningen och eventuellt kringgå eller minska serien av syresatta aromatiska mellanprodukter. En vanlig syra är inte tillräckligt stark för att protonera aromater, men det är däremot supersyror.

Kontakt

Prof. Lars Österlund, lars.osterlund@angstrom.uu.se
Dr. Fredric Svensson, fredric.svensson@angstrom.uu.se
Division of Solid-State Physics, Department of Materials Science and Engineering, Uppsala University