Väitös teknillisen fysiikan alalta, MSc Shanming Hu

Väitöskirjan nimi: Thermoresponsive interpenetrating network hydrogels for soft actuation, switchable whiteness and adhesion

Väittelijä: Shanming Hu 
Vastaväittäjä: Professori Timo Laaksonen, Helsingin yliopisto 
Kustos: Aalto-professori Olli Ikkala, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Reaktiivisten pehmeiden materiaalien kysynnän kasvaessa merkittävä haaste on edelleen sellaisten hydrogeelien suunnittelu, joilla on tarkka mekaanisten, optisten ja rajapintaominaisuuksien hallinta. Tässä väitöskirjassa tutkitaan edistyneiden lämpöherkkien hydrogeelien suunnittelua ja valmistusta hyödyntämällä hierarkkisia verkostoarkkitehtuureja ja moniskaalaista huokoisuutta. Tutkimus keskittyy poly(N-isopropyyliakryyliamidi) (PNIPAm) -matriiseihin, jotka on integroitu sekundäärisiin verkostoihin ja uhrautuviin templaatteihin, jotta saavutetaan perinteisten pehmeiden materiaalien toiminnallisuuksia, jotka ylittävät perinteisten pehmeiden materiaalien rajat.

Julkaisu 1 esittelee lämpökäsiteltäviä kaksoisverkostohydrogeelejä. Hyödyntämällä agaroosin ja PNIPAm:n erillisiä lämpösiirtymiä osoitamme, että näitä materiaaleja voidaan kouluttaa mukauttamaan mekaanisia vasteitaan, kuten jäykkyyttä ja työkykyä, lämpöhistoriansa perusteella. Tämä tarjoaa perustan pehmeille robottikomponenteille, joilla on lämpöherkkä käyttäytyminen.

Julkaisu 2 esittelee hydrogeelien optisen moduloinnin. Käyttämällä makrosilloitusstrategioita faasierotetun tilan huokoskokojakauma optimoidaan noin 350 nm:iin, mikä johtaa kytkettävään, kirkkaan valkoiseen tilaan, jonka heijastavuus on nelinkertainen verrattuna standardigeeleihin.
Julkaisussa 3 esitellään kaksoistemplaattistrategia, jossa käytetään piidioksidinanolankoja ja agaroosia monimittakaavaisten huokoisten hydrogeelien suunnitteluun. Tuloksena oleva huokosten hierarkia (~200 nm ja <10 nm) mahdollistaa laajakaistaisen heijastavuuden (70 %) ja helpottaa veden nopeaa vapautumista rajapinnasta. Tämä arkkitehtoninen synergia mahdollistaa vankan, kytkettävän vedenalaisen tarttuvuuden, joka ylittää 20 kPa:n erilaisilla pinnoilla.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä väitöskirja esittelee strategioita reagoiville polymeereille, joissa käytetään uhrautuvia polymeeriverkkoja, jotka kietoutuvat toisiinsa tunkeutuviksi verkoiksi, jotta voidaan kehittää tehokkaita, reagoivia pehmeitä materiaaleja. Tulokset tarjoavat vankan kehyksen seuraavan sukupolven älykkäiden optisten pinnoitteiden, pehmeiden toimilaitteiden ja reagoivien liimapintojen suunnittelulle.

Avainsanat: Hydrogeelit, PNIPAm, agaroosi, lämpöherkkä, toisiinsa kietoutuva verkkorakenne, kytkettävä valkoisuus, vedenalainen tarttuvuus

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot:
Shanming.hu@aalto.fi 
0504101516