Forskargrupp Lars Österlund Lab utforskar hur avancerade material kan användas för att skapa renare och hälsosammare miljöer, smartare energilösningar och mer hållbara teknologier. Forskningen förenar ytkemi, nanoteknologi och funktionsmaterialteknik, med starkt fokus på att lösa utmaningar i samhället. Genom att kombinera grundläggande studier med tillämpade projekt är målet att förstå material på djupaste nivå och samtidigt säkerställa att våra upptäckter kan användas i praktiken.
XPS‑plattformen används för att analysera materialens ytkemi och reaktionsmekanismer.
BildSimon JönssonEn central idé i vårt arbete är att utgå från verkliga problem, luft- och vattenföroreningar, ineffektiv energianvändning eller behovet av självrengörande eller antimikrobiella ytor, och därefter spåra dessa utmaningar tillbaka till de fysikaliska processer som styr materialens beteende. Detta ”reverse engineering”-perspektiv hjälper oss att designa nya material och avslöja de underliggande mekanismer som får dem att fungera.
Vår forskning fokuserar på att förstå hur molekyler interagerar med ytor på en fundamental nivå. Vi undersöker hur solstrålning samverkar med material och strävar efter att förstå och utnyttja dessa processer genom biomimetiska strategier inspirerade av naturen. Ett centralt tema i vårt arbete är aktivering av kemiska reaktioner med ljus eller elektroner, särskilt på metalloxidytor. Vi studerar hur miljörelevanta molekyler såsom svaveldioxid, kväveoxider och organiska föreningar beter sig när de kommer i kontakt med olika ytstrukturer.
Med avancerade spektroskopiska tekniker kan vi följa dessa interaktioner i realtid. Det gör det möjligt att generera detaljerad kunskap om reaktionsmekanismer, vilket stödjer utvecklingen av nästa generations katalysatorer och innovativa teknologier för miljörening.
Ett annat viktigt område rör kromogena material – material som ändrar sina optiska egenskaper beroende på ljus, temperatur eller elektrisk spänning. Dessa ”smarta” material används i tillämpningar som energibesparande fönster och adaptiva optiska beläggningar. Vi arbetar med elektrokroma, fotokroma och termokroma system, inklusive sällsynta jordarts‑oxyhydrider som reversibelt mörknar under blått eller UV‑ljus. Eftersom många av dessa material kan tillverkas vid låga temperaturer är de även lämpliga för flexibla substrat. Våra långvariga industrisamarbeten bidrar till att föra dessa material från laboratoriet till verkliga arkitektoniska och energieffektiva lösningar.
Nanomönstring spelar en nyckelroll i flera av våra forskningsspår. Genom att använda tekniker som självmontering av blockkopolymerer och kolloidal mallning, skapar vi material med exakt definierade nanostrukturer. Dessa strukturer kan manipulera ljus på unika sätt och bilda ”metamaterial” med egenskaper som inte finns i naturen. Inversa opaler, nanostavar och andra mönstrade arkitekturer gör det möjligt att, öka katalytisk aktivitet eller designa beläggningar med optimerat brytningsindex och yta.
Fotokatalys och yt‑funktionalisering är sedan länge starka områden i laboratoriet. Vi utvecklar material som använder ljus för att bryta ner föroreningar i luft eller vatten och möjliggör hållbara reningsteknologier. Dessa fotokatalysatorer kan integreras i tunna filmer, nanoporerade beläggningar eller flerskiktsstrukturer som kombinerar flera funktioner, exempelvis fönster som både reglerar värme och renar inomhusluft när de exponeras för ljus.
Forskningen omfattar även vätningsegenskaper, såsom hydrofilicitet och hydrofobicitet, vilket är avgörande för att skapa självrengörande eller antimikrobiella ytor. Genom noggrann kontroll av ytans kemi och nanostruktur utformar vi beläggningar som stöter bort oljor, transporterar vatten effektivt eller ändrar sina vätningsegenskaper under belysning.
Dmitry Shevela, staff scientist vid XPS plattformen
BildSimon JönssonLars Österlunds forskning har lett till patenterade teknologier och bidragit till skapandet av flera spin‑off‑företag, inklusive Surface Catalytix AB, som utvecklar självrengörande och antimikrobiella ytor, Aqua Catalytix AB, som utvecklar vattenteknologier för nedbrytning av persistenta kemikalier, och SweSenSI AB, som utvecklar kiselbaserade vätgassensorer. Gruppen har även ett spin‑off‑projekt vid namn RegenCura vid Umeå Biotech Incubator, där man utvecklar bentransplantatmaterial baserat på nanoporerade och ytfunktionaliserade material.
Laboratoriet upprätthåller nära samarbeten med industriella partners och internationella forskningsgrupper, vilket säkerställer att våra vetenskapliga resultat kan omvandlas till samhällsnyttiga tillämpningar.
Lars Österlund spelar en viktig roll i att stärka och utveckla området materialkemi vid Umeå universitet.
