När samhället ställer om från fossil energi, lär vätgas bli en nyckelspelare. Gasen är ett rent bränsle; om den används i en bränslecell för att producera elektricitet, blir vatten den enda restprodukten. Men den har en svaghet: när vätgas blandas med luft är den mycket lättantändlig. Läckage måste upptäckas snabbt, och i framtiden kommer behovet av vätgassensorer att öka enormt. Det har blivit en central fråga i Christoph Langhammers forskning, även om han egentligen mest arbetar med nanomaterialvetenskaplig grundforskning.

– Det sista året har intresset för vätgas accelererat lavinartat inte minst inom EU, och allt fler börjar förstå att dagens vätgassensorer inte är bra nog – och att de kommer att behövas överallt, säger Christoph Langhammer.

Hans arbete bygger på ett fenomen som kallas nanoplasmonik, där man utnyttjar att ljus kan påverka nanopartiklar av metall. När ljuset sätter elektroner i svängning skapas plasmonresonans, som i sin tur växelverkar med ljuset på ett sätt som kan användas i bland annat sensorer.

Guld är den metall som helt dominerat området, men Christoph Langhammers forskarlag sökte alternativ och lyckades skapa nanopartiklar av legeringar av palladium och andra ädelmetaller. Palladium är bra på att absorbera vätgas. När väteatomerna tränger in i partikeln förändras volymen och elektronstrukturen lite, och därmed resonansen. Det blir en signal om att det finns väte närvarande.

Korngränser får vätet att röra sig snabbare

Arbetet med palladiumsensorerna var mycket framgångsrikt. Men Christoph Langhammer upptäckte också något annat, som han nu ska kartlägga med ett förlängningsanslag som Wallenberg Academy Fellow.

”Det här anslaget ger mig en chans att även framöver ligga i internationell framkant på mitt forskningsområde. Att vara en som andra inspireras av. Det är fantastiskt.”

De legerade nanopartiklarna består av en mängd små kristaller. Kristallstrukturer är uppbyggda av områden som kallas korn, och där de möts har materialet speciella egenskaper. Vid korngränserna är bland annat ledningsförmågan annorlunda, det är redan känt. Men Langhammer och hans kollegor såg något nytt.

– Vi upptäckte att vätgas diffunderar mycket snabbt i korngränserna, snabbare än i kristallen i övrigt. Nu vill jag undersöka hur gränserna påverkar vätgasinlagringen och hur gränsstrukturen påverkas av partikelns sammansättning. Genom att optimera partiklarnas korngränser hoppas jag att vi på sikt kan göra ännu snabbare sensorer.

Korngränserna kan också förändras spontant i ett material, så att en sensors prestanda skulle kunna försämras med tiden. Därför vill Christoph Langhammer hitta metoder för att stabilisera korngränserna.

– Inom metallurgin, där man gör allt från stål till högtemperaturlegeringar, är kornstruktur också viktigt. Därifrån vet vi att om man blandar in små mängder av andra grundämnen så vandrar de gärna till korngränserna och blockerar dem så att kornstrukturen stabiliseras. Det vill jag prova i våra nanopartiklar.

Med metoder som Christoph Langhammer och hans kollegor själva har utvecklat kan de tillverka en nanopartikel i taget med yttersta precision och ändra mängden inblandade ämnen ett par procent åt gången, för att hitta den perfekta balansen.

Men en materialvetare behöver också ha hållbarhet i tankarna. Är materialen giftiga, ovanliga, dyra?

– Vi arbetar ju med bland annat guld och palladium. Det är ädelmetaller och alltså inte det billigaste som finns, men eftersom det är palladiums unika egenskaper i växelverkan med väte som gör den så lämplig så kommer man inte riktigt runt det. Dock har vår metod en styrka genom att det krävs otroligt små mängder material för en fungerande sensor.

Idéer blev verklighet på bara några år

Christoph Langhammer kom till Sverige från Schweiz för att göra ett examensarbete som ingenjör, och blev kvar. Parallellt med arbetet i akademin har han varit med om att grunda två företag, ett som kommersialiserar sensorer och ett som arbetar med mikroskopiteknik och något som kallas nanofluidik. Sensorföretaget startade han med sina doktorandhandledare och med sin fru, som också forskade på Chalmers. Hon stannade i företaget och det var nära att han gjorde det också. Men gradvis växte han in i rollen som forskningsledare, och har sett den utvecklas de senaste åren.

– Jag har en mycket större grupp nu och får inte lika mycket tid för varje individ. Det kräver att jag ger väldigt mycket ansvar till de som jobbar med mig. Det kändes lite läskigt i början, för det är ju extremt viktigt att det går bra, men nu är det fantastiskt kul att se hur människor växer av det!

När han tittar tillbaka ser han hur sådant som kändes som vilda idéer och högriskprojekt för bara några år sedan är verklighet nu.

– Nästa steg är att förnya sig för att få in nästa generations anslag. Sedan ett halvår är jag dessutom en av ledarna för Chalmers excellens-initiativ för nanovetenskap. Så det finns nya utmaningar hela tiden. Dessutom arbetar jag fortfarande en hel del med företagen. Där spelar helt andra saker roll än i forskarvärlden, och det känns ibland lite som en tillflyktsort. Det är fantastiskt att jag får göra både och.

Text Lisa Kirsebom
Bild Anna-Lena Lundqvist, Magnus Bergström, Yen Strandqvist