Uudet ohutkalvomateriaalit taipuvat tulevaisuuden energiateknologiaan

Tuore väitöstutkimus esittelee läpinäkyvien sähkönjohteiden atomikerroskasvatusta.

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
[email protected]

 

Lisää tästä aiheesta

Wood.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Metsä ja innovaatiot toivat Aalto-yliopistoon yli 30 suurlähettilästä

Kestävyys, vastuullisuus ja ilmastonmuutoksen torjunta ovat tärkeä osa Suomen kuvaa maailmalla.
Kuva: Tuomas Uusheimo.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopisto isännöi EURO2022-konferenssin noin 2500 operaatiotutkijalle

Kesän 2022 konferenssin järjestää Suomen operaatiotutkimusseura yhteistyössä Aalto-yliopiston operaatiotutkimuskeskuksen (ACOR) sekä Aalto-yliopiston matematiikan ja systeemianalyysin ja tieto- ja palvelujohtamisen laitosten kanssa.
Falling Walls
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Voita matka Berliinin Falling Walls –pitchauskilpailuun

Suomen kilpailu järjestetään Design Factorylla Otaniemessä 19. syyskuuta. Ilmoittaudu mukaan 5. syyskuuta mennessä.
Nanocellulose bicycle Photo: Eeva Suorlahti
Yhteistyö, Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tulevaisuuden kestäviä elämäntapoja esillä Otaniemessä

Yksi Helsinki Design Weekin päätapahtumista, Designs for a Cooler Planet, esittelee Aalto-yliopiston monialaisia tulevaisuuden ratkaisuja, kuten nanoselluloosapolkupyörän, mikrobikuulokkeet ja Ioncell-vaatteita.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu