Väitös elektroniikan integroinnin ja luotettavuuden alalta, DI Elli Leppänen

Väitöskirjan nimi: Exploring the complex and diverse world of carbon electrochemistry: Unraveling the interplay between structure-property relationships

Tohtoriopiskelija: Elli Leppänen
Vastaväittäjä: Prof. Frank Marken, University of Bath, UK
Kustos: Prof. Tomi Laurila, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, sähkötekniikan ja automaation laitos

Hiili on äärimmäisen monipuolinen materiaali, joka esiintyy eri olomuodoissa, allotropioissa. Jokainen allotrooppi ilmentää omia erityisiä ominaisuuksiaan, mikä tekee hiilestä erittäin hyödyllisen materiaalin monenlaisiin teknisiin sovelluksiin. Hiilimateriaalit ovat herättäneet huomattavaaa kiinnostusta terveydenhuollossa, jossa on kasvava tarve menetelmiin, joilla voidaan kerätä reaaliaikaista tietoa potilaasta, mikä mahdollistaa tarkemman diagnostiikan sekä hoidon henkilökohtaistamisen. Nämä sensoriteknologiat perustuvat sähkökemiallisiin reaktioihin. 

Jotta luotettavia anturimateriaaleja voidaan kehittää, on tärkeä ymmärtää miten hiilinanomateriaalin fysiko-kemialliset ominaisuudet vaikuttavat sen sen sähkökemiallisiin ominaisuuksiin. Ilman tätä tietoa on mahdotonta kehittää anturia, joka täyttää vaadittavat ominaisuudet biomolekyylien mittaamiseen, kuten herkkyyden ja selektiivisyyden. 

Tässä väitöskirjatyössä olemme tutkineet useita erilaisia hiilinanomateriaaleja käyttäen useita eri materiaalikarakterisointimenetelmiä, mukaan lukien rakenteelliset, kemialliset sekä sähkökemialliset menetelmät. Perusteellisen tutkimuksen avulla olemme luoneet yhteyden havaitujen sähkökemiallisten ominaisuuksien ja näiden materiaalien tunnettujen fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien välille. Tuloksemme osoittivat, että elektroanalyyttisissä sovelluksissa hiilinanomateriaalien suorituskyky parani huomattavasti, kun nämä materiaalit sisältävät huokoisen rakenteen, mikä mahdollistaa tehokkaan aineensiirron, sekä metallihiukkasia ja sopivan pintakemian, jotka katalysoivat biomolekyylien mittaamista. 

Alallamme on huomattava puute systemaattisesta tutkimuksesta, jossa hiilinanomateriaalien sähkökemiallisia ominaisuuksia pyrittäisiin ymmärtämään niiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien pohjalta. Siksi tämä väitöskirjatyö toimii vankkana perustana muille tutkijoille, jotka ovat kiinnostuneet käyttämään hiilinanomateriaaleja elektroanalyyttisissa sekä myös muissa sähkökemiallisissa sovelluksissa.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53