Uudet ohutkalvomateriaalit taipuvat tulevaisuuden energiateknologiaan
Titaanidioksidi, johon on lisätty pieniä määriä niobiumia, eli TNO, on herättänyt kiinnostusta läpinäkyvänä sähkönjohteena sekä termosähköisenä, hukkalämpöä sähköksi muuttavana materiaalina.
Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Janne-Petteri Niemelä löysi väitöstutkimuksessaan TNO-ohutkalvoille optimaalisen atomikerroskasvatusmenetelmän ja osoitti, että valmistetuilla kalvoilla oli korkealaatuiset läpinäkyvän sähkönjohteen ominaisuudet.
– Hoksasimme mennä atomikerroskasvatuksessa riittävän mataliin kasvatuslämpötiloihin. Onnistuimme vähentämään elektronien liikettä vaikeuttavaa raerajasirontaa, joka huonontaa sähkönjohtavuutta, hän selittää.
Monikiteisessä ohutkalvomateriaaleissa raerajat vaikeuttavat elektronien liikettä ja heikentävät sähkönjohtavuutta. ALD-kasvatetuille TNO-ohutkalvoille raerajasirontaa onnistuttiin vähentämään, minkä seurauksena materialit toimivat paremmin läpinäkyvinä sähkönjohteina.
Sähköä lämmöstä hybridimateriaaleilla
Atomikerroskasvatus, ALD, on erinomainen menetelmä uusien energiateknologioiden materiaalien valmistukseen, sillä sen avulla on mahdollista kasvattaa ohutkalvomateriaaleja erilaisille nanorakenteille, pinnan muotojen mukaisesti.
Yhdistämällä ALD-menetelmään molekyylikerroskasvatuskasvatusmenetelmä (MLD) voidaan valmistaa uudentyyppisiä epäorgaanis-orgaanisia hybridimateriaaleja. Niemelä selvitti väitöstutkimuksessaan myös ALD/MLD-valmistettujen titaanidioksidi- ja sinkkioksidipohjaisten hybridimateriaalien sähkön- ja lämmönjohtavuusominaisuuksia.
– Huomasimme tutkimuksissamme, että oksidikerrosten väleihin kasvatetut orgaaniset molekyylikerrokset alensivat huomattavasti oksidimateriaalien lämmönjohtavuutta, mikä on lupaavaa termosähkösovellusten kannalta, Niemelä selittää.
Tulevaisuudessa termosähköisten materiaalien avulla voidaan esimerkiksi tehdä ihmisten tuottamasta lämmöstä sähköä vaikka kannettavien elektroniikkalaitteiden lataukseen.
– Läpinäkyville sähköjohteille puolestaan löytyy käyttökohteita esimerkiksi aurinkokennoissa ja led-valoissa, Niemelä kertoo.
Kerrosrakenteisessa hybridiohutkalvossa epäorgaaniset (esim. titaanidioksidi) ja orgaaniset kerrokset vuorottelevat. Atomikerroskasvatettujen epäorgaanisten kerrosten väliin valmistetaan orgaaniset kerrokset molekyylikerroskasvatuksella. Kerrospaksuuksia voidaan kontrolloida atomi- ja molekyylikerroksen tarkkuudella.
Väitöstilaisuus
FM Janne-Petteri Niemelä väittelee epäorgaanisen kemian alalta lauantaina 16. tammikuuta klo 12, osoitteessa Kemistintie 1, Espoo.
Väitöskirja Thin Films of TiO2 and Related Oxides by ALD/MLD: Tailoring of Transport Properties on luettavissa sähköisenä osoitteessa https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/19339
Lisätietoja:
Janne-Petteri Niemelä
janne-petteri.niemela@aalto.fi
Lue lisää uutisia
Merkittävä lahjoitus tie- ja päällystetekniikan tutkimukseen ja koulutukseen
Alan yritykset ja yhdistykset lahjoittivat yli 400 000 euroa Insinööritieteiden korkeakoululle.
“Mesoskaalan” uimarit voivat avata tien kehon sisäisille lääkeroboteille
Tutkijat ovat selvittäneet, miten pienet eliöt rikkovat fysiikan lakeja uidakseen nopeammin. Löytö voi auttaa esimerkiksi lääkkeitä annostelevien robottien kehittämisessä.
Muotoilu vahvistaa teollisuuden kilpailukykyä – ihmislähtöinen tehdastyö keskiössä
Tehdastyö on murroksessa: uudet teknologiat ja tekoäly muuttavat työn sisältöä ja roolijakoja. Aalto-yliopiston muotoilun laitos tutkii muutosta HiFive-projektissa ihmiskeskeisestä näkökulmasta.