Seksjonen Fra forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Sintef, NTNU, Universitetet i Oslo, Oslo Met, Universitetet i Agder, UiT Norges arktiske universitet, Universitetet i Sørøst-Norge og NMBU.
Forskerne kaller det «happy accidents» – eller hell i uhell. Stipendiaten Erlend Tiberg North hadde tatt med seg noen batterier til laboratoriet i Grenoble i Frankrike.
På dette laboratoriet kan forskere fra hele verden bombardere ulike materialer med røntgenstråler med høy energi. Dette gjør det mulig å plassere atomene nøyaktig i et materiale, slik at forskerne kan se hva som skjer. For eksempel i et batteri. Med atomær oppløsning kan forskerne forstå mye mer av hva som foregår.
– Da vi endelig var i gang på laboratoriet, var klokken nesten fem om natten. De lokale teknikerne hjalp oss med oppsettet døgnet rundt, forteller North.
Det er vanlig å utnytte kapasiteten på denne typen laboratorier. Eksperimentene tar lang tid, så det er ikke uvanlig at de foregår om natten.
Et dødt, mørkt punkt
Da forskerne skulle se på eksperimentet den påfølgende morgenen, satte de nesten kaffen i halsen: Analysen så overhodet ikke ut som ventet.
– Men det skjedde en kodefeil, fortsetter North. Dermed ble røntgenstrålen stående lenge på ett punkt. Dette punktet så ut som et «sort hull».
North forsikrer om at dette ikke har noe å gjøre med sorte hull i universet.
– Det så ut som et dypt, dødt punkt i batteriet, så vi syntes det passet å kalle det det.
Det underlige var likevel at batteriet, til tross for det «sorte hullet», fungerte med 90 prosent av den optimale kapasiteten.
– Da vi undersøkte batteriet med røntgenstrålen på nytt, så vi at skaden på materialet ble mindre jo lengre bort vi kom fra «det sorte hullet». Materialet var påvirket overraskende langt unna, forklarer North.
Ødelagt, men fungerte likevel
Ifølge ham var om lag en 30-del av batteriet berørt. Likevel gikk ikke kapasiteten drastisk ned.
– Det var et misforhold mellom mengden ødelagt struktur og batteriets oppførsel, forteller North.
Dosen var gitt på et område på 30 µm, mens skaden var målbar i 250 µm radius rundt det «sorte hullet». Det er sammenliknbart med at en fotball lager et krater med en diameter på 11,5 meter.
– For at analogien skal stemme, må vi bombardere nesten 2.000.000.000.000 – 2 trillioner fotballer i sekundet over 7,5 timer, legger North lattermildt til.
Erlend Tiberg North forteller at han hadde stor glede av den tverrfaglige utdanningen Fornybar energi og nanoteknologi da feilen oppsto. For å nøste opp i feilen krevdes både fysikk- og kjemikunnskaper. Foto: Elina Melteig/UiO
For å komme på sporet av hva dette misforholdet kunne skyldes, brukte han programvare fra høyenergifysikk på forskningssenteret Cern. Der jobber de med å bombardere partikler og stråler med høy energi mot hverandre.
– Vi fikk en metode for å finne ut hvor mye energi batteriet hadde blitt utsatt for. Da så vi at stråledosen vi hadde gitt, skaper så mye negativ ladning i området rundt at skaden forplanter seg i materialet.
Elektroner på avveie
North undersøkte batteriet nærmere og så at det også hadde oppstått uønskede kjemiske reaksjoner på grunn av elektroner på avveie.
– Vi fikk litiumfluorid, som vi ikke ønsker, forklarer han.
Litium er energibæreren, så da får batteriet mindre kapasitet.
I et vanlig batteri North ser på, er spenningen null til to volt. Det er nok til å føre strøm, men ikke nok til å skape uønskede reaksjoner.
– Problemet er at når vi skal undersøke materialet, for eksempel for å skape bedre batterier, er vi nødt til å bombardere det med røntgenstråler. Disse strålene har en energi på 95.000 elektronvolt. Elektronene som er i nærheten, blir mer «aggressive» enn de vanligvis ville være i et batteri. Derfor kan batteriet bli ødelagt.
Det er knyttet usikkerhet til hva man faktisk «ser» i et slikt eksperiment.
– Det er en variant av Schrødingers katt – når du ser på den, endrer du resultatet.
Ingen vei utenom
– Dessverre finnes det egentlig ikke noen andre metoder som vil gi oss den samme informasjonen, sier North.
Likevel fant han ut at ulike stråledoser påvirker batteriet ulikt.
– Lavere doser påvirker sjelden grafitten i batteriet, mens høye doser gjør at alt kan skje. Og det gjør det!
Hans beste tips er derfor å korte ned tiden strålen ser på ett enkelt punkt og å velge en energi spesialtilpasset materialet, slik at stråledosen blir minst mulig. Da blir også materialet mindre ødelagt av å bli undersøkt.
– Jeg skulle egentlig se på grafitt, men endte med å skrive om hvordan stråledose påvirker materialer, smiler North.
North mener at det er viktig for forskningen på nye materialer å være klar over at materialet kan bli ødelagt i prosessen.
Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no
Les også:
Oppdaget et nytt batteri på grunn av magefølelsen