Tapahtumat

Väitös elektroniikan integroinnin ja luotettavuuden alalta, DI Anja Aarva

Hiilipohjaisten nanomateriaalien kemiaa
Hiilipinnoilla esiintyy usein lukuisia funktionaalisia ryhmiä. / Functional groups on carbonaceous surfaces.
Hiilipinnoilla esiintyy usein lukuisia funktionaalisia ryhmiä.

DI Anja Aarva väittelee 15.12.2022 klo 12 Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa, sähkötekniikan ja automaation laitoksella, salissa TU1, Maarintie 8, Espoo. Väitöskirjan nimi on "Understanding the chemistry of customized carbonaceous nanomaterials".

Vastaväittäjä: Dr. Annika Bande, Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien und Energie, Saksa
Kustos: Prof. Tomi Laurila, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, sähkötekniikan ja automaation laitos

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/
Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53

Väitöstiedote:

Hiileen pohjautuvia nanomateriaaleja voidaan hyödyntää useissa korkean teknologian sovelluksissa. Tutkimusryhmämme on keskittynyt kehittämään antureita, joilla voidaan mitata hermovälittäjäaineiden tai tiettyjen lääkeaineiden pitoisuuksia. Tällä tavoin voidaan edesauttaa erilaisen neurologisten sairauksien, kuten Parkinsonin- tai Alzheimerin taudin, diagnostiikkaa tai tarkentaa kivun lievitykseen tarvittavan lääkityksen annostelua. Lääketieteellisten sovellusten lisäksi näitä materiaaleja voidaan käyttää esimerkiksi akuissa, pinnoitteissa tai vaikkapa aurinkokennoissa.

Tässä työssä keskityimme ensin hiilipintojen sähkökemiallisten ominaisuuksien tutkimukseen, joilla on merkitystä juuri anturiteknologiassa. Kun hermovälittäjäaineiden pitoisuuksia määritetään sähkökemiallisesti, pinnan ja tutkittavan molekyylin välinen vuorovaikutus on tärkeässä roolissa. Tutkimme tätä vuorovaikutusta tiheysfunktionaaliteorian avulla, ymmärtääksemme, kuinka voimakkaasti molekyyli on yhteydessä pintaan. Työssä vertailtiin kolmea eri hiilen olomuotoa: grafeenia, timanttia ja amorfista hiiltä. Tämän vertailun pohjalta siirryimme tutkimaan hiilen rakenteita tarkemmin.

Hiilipohjaiset materiaalit sisältävät yleensä myös muita alkuaineita, kuten vetyä ja happea. Näiden elementtien läsnäolo muuttaa materiaalin ominaisuuksia. Jotta saavutettaisiin tietyn sovelluksen edellyttämät vaatimukset, on tunnettava hiilen rakenne atomitasolla. Jälleen vertailimme edellä mainittuja rakenteita, mutta tällä kertaa mukana oli myös vedyn ja hapen muodostamia funktionaalisia ryhmiä. Ensin analysoimme tarkasti amorfisen hiilen rakennetta ja järkeistimme sitä koneoppimiseen pohjautuvan ryhmittelyn avulla. Tämän jälkeen jatkoimme tutkimusta perehtymällä karakterisointiin.

Röntgenspektroskopialla voidaan analysoida näytteen atomitason rakennetta erittäin tarkasti. Mutta, tulosten tulkinta on usein haastavaa. Tässä työssä esittelemme uuden laskennallisen menetelmän tulosten tulkinnan helpottamiseksi. Menetelmässä yhdistyvät koneoppiminen, tiheysfunktionaaliteoria sekä kokeellisesti mitatut spektrit. Tällä tavalla voimme analysoida tarkemmin näytteessä olevia paikallisia kemiallisia ympäristöjä sekä niiden esiintymistä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että työssä yhdistyvät laskennalliset ja kokeelliset menetelmät mahdollistavat uusien räätälöityjen hiileen pohjautuvien nanomateriaalien kehityksen useilla korkean teknologian aloilla.

Väittelijän yhteystiedot:

Sähköposti [email protected]
Puhelinnumero +358503740912
  • Julkaistu:
  • Päivitetty: