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]

 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Ihmiset kohottavat maljan HIIT:n juhlissa
Tutkimus ja taide Julkaistu:

HIIT 20 vuot­ta: Korkealaatuista tutkimusta ja menestystä myös rahoitushauissa

Tietotekniikan tutkimuslaitos HIIT juhlisti marraskuussa 20-vuotista taivaltaan. Katso juhlien tunnelmia kuvakoosteesta ja tutustu suomalaisen informaatioteknologian tutkimuksen lähihistoriaan.
akkumetalli kierrätys batchircle
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Metallien kestävä käyttö on ilmastonmuutoksen torjunnan ytimessä – sähköpotkulaudalla ei kannata korvata kävelyä

Sähköauto tai sähköpotkulauta eivät ole ekologisia vaihtoehtoja, jos niiden käytöllä korvataan esimerkiksi kävelyä tai pyöräilyä. Erilaisia metalleja tarvitaan jatkuvasti enemmän esimerkiksi akkuihin. Haaste on paitsi ekologinen, myös sosiaalinen.
U-Create teaching symposium's live illustration about producing collective knowledge by Apila Pepita Miettinen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Rohkeus ja luovuus korkeakouluissa – miten sitä voidaan opettaa?

Monimutkaisiin, muuttuviin ja toisiinsa kytkeytyneisiin ongelmiin vastaaminen edellyttää perinteisten työskentelytapojen ja tiedonhankinnan uudelleenajattelua. Tätä mieltä olivat puhujat Aalto-yliopistolla keväällä järjestetyssä taiteen ja muotoilun poikkitieteellisen opettamisen seminaarissa.
people sitting on sofas with laptops
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkimushanke CreaTures edistää kestävää kehitystä luovuuden menetelmillä

Monialainen hanke korostaa luovia menetelmiä ja niiden mahdollisuuksia edistää vastuullisuusajattelua ja kestävää kehitystä. Projektin tavoitteena on löytää ja havainnollistaa tehokkaita polkuja kohti vastuullista, sosiaalisesti oikeudenmukaista ja rauhanomaista tulevaisuutta.