Illustrasjonsbilde/FOTO

Institutt for materialteknologi

Institutt for materialteknologi (IMT) er Norges ledende utdannings- og forskningsmiljø innen materialteknologi/vitenskap.

IMT omfatter fagområdene fysikalsk metallurgi, prosessmetallurgi og elektrolyse med hovedvekt på lettmetaller og silisium, silisium for solceller, korrosjon, elektrokjemisk energiteknologi, uorganiske og keramiske materialer og nano-strukturerte materialer.

IMT utdanner ca 15 PhD kandidater per år og har flere store løpende prosjekter, blant annet i samarbeid med norsk industri og utenlandske samarbeidspartnere.

Instituttet har kapasitet til å utdanne ca 60 mastergradkandidater (sivilingeniør) innen materialteknologi, kjemi og bioteknologi (materialkjemi og energiteknologi) samt det internasjonale masterprogrammet ” MSc In Light Metals Production ”. Vi tilbyr studenter et inspirerende og internasjonalt arbeidsmiljø i moderne laboratorier.


Aktuelt

Multi-metal plates by roll bonding

What is required for welding of two metal pieces? The interesting question is rather why two surfaces are not welded when brought together?

What is required for welding of two metal pieces? The interesting question is rather why two surfaces are not welded when brought together?

Figure. Finite element simulation of rolling of multilayer. Shear-strain-rate. From Govindaraj, Frydedahl and Holmedal. Materials and Design 52 (2013) 905–915.

Metal binding occurs when the atoms are brought sufficiently close together. How to make that happen is the key question for achieving proper cold welding of metals. If a satisfactory cold welding can be achieved, one can roll together layers of stacked plates and achieve very large deformation and correspondingly a microstructure with grains of a few hundred nanometer in diameter. Alternatively functionality can be utilized by stacking plates with different properties; like electrical conductivity, strength and ductility.

Figure. New bond strength test for multilayer plates. From Govindaraj, Lauvdal and Holmedal. Journal of Materials Processing Technology, 213(2013) 955-960. Figure. Microsopy of alternating copper and aluminium. From Govindaraj, Frydedahl and Holmedal. Materials and Design 52 (2013) 905–915.

 
To enable this technology, and as a part of a recent strategic university program financially supported by the Norwegian Research Council, cold bonding quality and flow instability of such stacks of sheets was investigated in a PhD work by Nagaraj Vinayagam Govindaraj supervised by professor Bjørn Holmedal. A new test was developed for probing the weld strength between plate layers. It was found that sufficient cold welding of aluminium to aluminium can be achieved at room temperature, when thoroughly degreasing and wire brushing the surfaces. Multilayer plates of copper and aluminium were fabricated by cold rolling, avoiding brittle intermetallic phases that would form at the interfaces during hot rolling. The trick was to roll hot firstly a stack of three plates, where the outer layer on both sides was aluminium. Then this three-layer plate could be processed further by cold rolling.

In theory extreme mechanical properties can be achieved by rolling two such three-layer sheets firstly into a six layer sheet, secondly two such six-layer sheets are rolled into a 12 layer sheet and so on. Each of the sheet layers will after a few rolling passes become extremely thin. However this is not possible in practice due to flow instability. New understanding of this instability mechanism was obtained by finite element simulations and experiments. A maximum of 64 alternating layers of copper and aluminium could be obtained before the instability started mixing the layers.

Enkel og miljøvennlig fremstilling av solcellematerialer

Hvis solceller skal bidra til å løse de globale energi- og miljøproblemene må prisen reduseres og effekten forbedres. Tor Olav Løveng Sundes forskning kan bidra til dette.

Hvis solceller skal bidra til å løse de globale energi- og miljøproblemene må prisen reduseres og effekten forbedres. Tor Olav Løveng Sundes forskning kan bidra til dette.

Tor Olav har utviklet en billig, enkel og reproduserbar metode for å produsere TCO-filmer av høy kvalitet. TCO-materialer (Transparent Conducting Oxides) har den uvanlige kombinasjonen av egenskaper at de både leder elektrisk strøm, som et metall, men er gjennomsiktige, som elektriske isolatorer (f.eks. glass). Indiumoksid tilsatt litt tinnoksid er det gjennomsiktige, men ledende materialet, man kjenner til med best egenskaper.

TCO-materialer brukes i solceller, berøringsaktive skjermer/displayer, flatskjermer og smarte vinduer som kan regulerer hvor mye lys som slipper gjennom.

 

Den våtkjemiske ruten for deponering av indium-tinnoksid-filmer som Tor Olav har utviklet baserer seg på vann som løsemiddel. Vanligvis benytttes organiske løsemidler til våtkjemisk deponer av slike filmer, men vann har flere store fordeler til sammenlikning. Som løsemiddel er vann billig, miljøvennlig og verken brannfarlig eller helseskadelig. I tillegg er denne metoden langt enklere å oppskalere til industriell nivå enn andre metoder som kan gi TCO-materialer med tilsvarende kvalitet og fysiske egenskaper.

For å få gjennomsiktige TCO-materialer må de deponerte lagene være svært tynne. Dette gjøres vanligvis i industrien ved hjelp av fysikalske metoder som må gjøres i vakuum, og krever store og dyre instrumenter. Siden fysikalske metoder må gjøres i vakuum er det dyrt å oppskalere disse i industriell sammenheng. Grunnen til at disse metodene likevel brukes i dag er at kvaliteten på filmer laget med våtkjemiske metoder hittil ikke har vært god nok.

Ledningsevnen til filmene laget med Tor Olavs vannbaserte metode er imidlertid bedre enn alle andre rapporte verdier for tynnfilmer laget med våtkjemiske ruter, og nesten like god som de aller beste rapporterte verdiene for TCO-filmer laget med dyre, fysikalske metoder. Den vannbaserte fremstillingen gir filmer som er gode nok, men med langt lavere kostnader og belastning på miljøet enn metodene som brukes i industrien i dag.

Tor Olav forsvarte doktorgraden ved NTNU høsten 2013 og dro umiddelbart etterpå til en forskningsgruppe ved eliteuniversitetet Northwestern University i Chicago for å arbeide videre med TCOer og tynnfilmteknologi. Hovedveileder for Tor Olav ved NTNU var professor Tor Grande.

Arbeidet er publisert i Journal of Materials Chemistry:
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/JM/c2jm32000b#!divAbstract

Forskningsgruppen for uorganiske materialer og keramer:
http://www.ntnu.edu/mse/research/ceramics

Materialer som satsningsområde

NTNU skal sikre at den teknologiske kompetansen i Norge er på et høyt internasjonalt nivå. Det er derfor pekt ut seks områder hvor det skal satses intensivt - ett av disse er
Materialer >>

Kontaktinformasjon

Telefon:
(+47) 73 55 12 00
 
Faks:
(+47) 73 55 02 03
 
E-post:
postmottak@material.ntnu.no
 
Hjemmeside:
www.ntnu.no/materialteknologi
 
Besøksadresse:
Bergbygget
Alfred Getz vei 2
 
Kjemiblokk II
Sem Sælands vei 12
 
Postadresse:
Institutt for materialteknologi
NTNU
7491 Trondheim