Christian Müller vill använda kroppsvärmen för att skapa den el som behövs för att driva våra uppkopplade kläder. 

– Vi kan använda temperaturskillnaden mellan insidan och utsidan av till exempel din jacka för att generera elektricitet. Jag gillar idén att sensorer kan generera sin egen elektricitet genom att utnyttja värmeskillnader i sin omgivning, säger Christian Müller. 

Driver rymdsonder

Möjligheten att skapa elektrisk ström från skillnaden mellan värme och kyla upptäcktes i början av 1800-talet. Potentialskillnaden kan användas för att producera elektrisk kraft, vars mängd beror på materialets elektriska och termiska egenskaper.

Men de icke-organiska material som används till detta idag är dyra att tillverka och ofta miljöfarliga. Därför har tekniken fått en begränsad användning till mer avancerade lösningar som inom rymdfarten.

När Nasas rymdsond Perseverance skickade bilder från Mars år 2021 så var det delvis tack vare elektricitet som genereras med hjälp av en radioisotopisk termoelektrisk generator.

– För att bredda användningen behöver vi utveckla nya kolbaserade material som blir billiga att framställa och kan ingå i ett cirkulärt och hållbart system. 

Nyckeln kan vara att använda ledande polymerer som går att producera hållbart och storskaligt. De långa molekylerna i en polymer kan bidra både med töjbarhet och flexibilitet till ett material. Därför är de ett bra val för att producera fibrer och garn som vävs in i vanligt tyg.

”Anslaget från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse ger mig möjlighet att vara fri i min forskning vilket föder den kreativitet som behövs för att driva grundforskningen framåt.”

Tål maskintvätt

Christian Müller visar upp ett hopvikbart tangentbord som är vävt av elektriskt ledande silkestrådar. Själva vävningen av tyget har gjorts tillsammans med Göteborgs Hemslöjdsförening.

– Det var ett roligt projekt där hemslöjdsföreningen gjorde en viktig insats. Vi tog även hem tyget för att tvätta det i vanliga tvättmaskiner för att se att det behöll sina egenskaper vilket det också gjorde, säger han.

Såväl silkestrådar som trådar av cellulosa kan färgas med en ledande polymer som ger den termoelektriska effekten. Tyget går sedan att använda i vanliga symaskiner.

– Det är viktigt att materialen vi utvecklar kan användas i dagens textiltillverkning för att de ska få en så bred användning som möjligt, säger han.  

Inte alla polymerer är elektriskt ledande och därför behövs så kallade konjugerade polymerer. Dessa kan göras ledande genom en process som kallas doping, och som förändrar de elektriska egenskaperna hos ett material och gör elektronerna mer lättrörliga. Ju lättare elektronerna kan röra sig desto enklare skapas elektricitet.

Men fortfarande återstår mycket arbete för att förstå hur processen fungerar och för att optimera den. Under 2019 publicerade Christian Müllers forskargrupp en artikel i Nature Materials tillsammans med forskare från en rad andra länder som Tyskland, England och USA. 

– I artikeln visade vi hur upp till dubbelt så många elektroner kunde överföras genom att välja rätt typ av polymer och dopningsmolekyl. Resultaten tog fältet ett stort steg framåt. 

Skräddarsy rätt egenskaper 

Dopingen påverkar även de mekaniska egenskaperna hos ett material. 

– Tidigare kunde vi inte använda många av de ledande polymererna, eftersom de är för spröda, men nu börjar vi förstå hur vi kan använda processen för att påverka deras mekaniska egenskaper. Nu vill vi utveckla metoder för att kontrollera både de mekaniska och elektriska egenskaperna för att kunna skräddarsy material för olika applikationer, säger Christian Müller.

Med fler användbara material ökar möjligheterna till nya tillämpningar. 

– Vi vill utveckla vår förståelse av tekniken till områden som bioelektronik, organiska solceller och olika former av bärbar elektronik. Vårt forskningsfält organisk elektronik växer kraftigt och vi får en allt större förståelse av vilka molekyler vi kan använda och hur vi ska processa dem för att ge rätt egenskaper. 

Han har liknat sin forskning vid en modevisning. Tillsammans med kollegorna tar han fram fantasifulla exempel på hur tekniken kan användas, sedan är det upp till andra att inspireras av showen och ta fram verkliga tillämpningar. 

– Här fyller den akademiska miljön funktionen av en plats där vi kan tänka fritt. Anslagen från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse gör det möjligt att bygga upp miljöer där vi får tid och möjlighet att vara kreativa. 

Genom initiativ som Wallenberg Wood Science Center kan hans forskarteam samarbeta med kollegor från hela Sverige.

– Tillsammans utvecklar vi den kunskap som behövs för utvecklingen av hållbar elektronik. Jag gillar grundforskning eftersom det ger mig möjligheten att göra som min treåriga dotter: upptäcka saker för första gången. Forskningen blir till ett lekfullt lärande som ger mig en stor tillfredsställelse. 

Christian Müller är ursprungligen från Tyskland och hans akademiska karriär har lett honom till många platser i världen. Bland anledningarna till att han i dag arbetar i Sverige finns ett starkt stöd från akademi och forskningsfinansiärer. Dessutom finns en tillit till forskning hos allmänheten som saknas på många andra platser, menar han. 

– Tack vare nobelpriset blir du varje år en rockstjärna som svensk forskare. När du möter den tilliten så vill du också ge tillbaka till samhället. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Johan Wingborg