Nanometrikokoluokan ohutkalvomateriaalien monet sovelluskohteet
3.9.2019/Text: Jenna Penttinen

Olemme keskittyneet laajasti uudenlaisiin ohutkalvorakenteisiin epäorgaanisen kemian tutkimusryhmässämme. Oman väitöskirjani aihe on huokoiset ja kiteiset metalli-orgaanisen runkorakenteen (metal-organic framework, MOF) ohutkalvot, jotka koostuvat epäorgaanisista metallikeskuksista ja orgaanisista ligandeista muodostaen kolmiulotteisen verkoston. Keskityn kaikista elektropositiivisimpiin alkuaineisiin, kuten litiumiin, natriumiin ja magnesiumiin, koska ne muodostavat ionisidoksen orgaanisen molekyylin hapen kanssa. Ionisidoksien ansiosta rakenne on taipuisa muuttamaan kiderakennettaan ja hydrolysoituu helpommin, jolloin MOF-materiaaleja voidaan hyödyntää antureissa ja kaasuabsorptiossa. Atomi- ja molekyylikerroskasvatusmenetelmä (atomic and molecular layer deposition, ALD/MLD) mahdollistaa huokoisten ja kiteisten ohutkalvojen kasvatuksen nanometrien tarkkuudella.
ALD/MLD-menetelmällä kasvatetuilla ohutkalvoilla on laajat käyttömahdollisuudet tulevaisuuden sovelluksissa. Meidän ryhmässämme olemme tutkineet esimerkiksi elektrodimateriaaleja mikroakkuihin; luminesoivia kalvoja; ohutkalvorakenteita, jotka reagoivat ulkoiseen ärsykkeeseen, kuten UV-valoon; sekä termosähköisiä ohutkalvoja, jotka johtavat hyvin lämpöä ja huonosti sähköä.
ALD-menetelmällä kasvatetut ohutkalvot sopivat sovelluskohteisiin, joiden vaatimuksena on erittäin tasainen ja laadukas ohutkalvo kolmiulotteisilla pinnoillakin. ALD-menetelmä on hidas, mutta etuna on ohutkalvon paksuuden tarkka kontrollointi nanometrin tarkkuudella. Hidas ohutkalvojen kasvatusmenetelmä soveltuu elektroniikkateollisuuden tarpeisiin. Lisäksi, ALD/MLD-menetelmällä pystytään kasvattamaan ohutkalvorakenteita, joita ei muilla menetelmillä pystytä valmistamaan ilman liuotinmolekyylejä.
ALD/MLD-hybridikalvojen julkaisutahti kasvaa joka vuosi ja on innostavaa olla mukana osana tätä alati kasvavaa alaa. Jatko-opiskelijana epäorgaanisen kemian ryhmässä olen saanut työskennellä monikulttuurisessa työympäristössä, jossa tutkijoita on kahdeksasta eri maasta, ja olen lisäksi päässyt esittämään tutkimustuloksiamme lukuisille konferenssimatkoille ympäri maailmaa.
Penttinen, M. Nisula, and M. Karppinen, “Atomic/Molecular Layer Deposition of s-Block Metal Carboxylate Coordination Network Thin Films,” Chem. - A Eur. J., vol. 23, no. 72, pp. 18225–18231, Dec. 2017.
https://doi.org/10.1002/chem.201703704
Jenna Penttinen työskentelee Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulussa tohtorikoulutettavana. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä kannustusapurahan jatko-opintoihinsa Aalto-yliopistossa vuonna 2018.
Uusimmat artikkelit
Maatalous energian kuluttajasta energian tuottajaksi?
Maatalous energian kuluttajasta energian tuottajaksi? Ruoan ja energiantuotannon järkevällä yhdistämisellä voitaisiin tuottaa tulevaisuudessa enemmän energiaa mitä maatalous kuluttaa ilman kilpailua ruoantuotannon kanssa. Maatalouden sivuvirrat, kuten lanta ja satotähteet, tarjoavat merkittävän potentiaalin tuottaa uusitutuvaa energiaa maatiloilla. Biokaasulaitoksia onkin viime vuosina rakennettu yhä enenemissä määrin maatilojen yhteyteen ja kiinnostus maatalousbiomassojen hyödyntämiseen yleisestikin on kasvussa. Lannan lisäksi, erityisesti … Jatka artikkeliin Maatalous energian kuluttajasta energian tuottajaksi?
Teollisuuden jätteistä voidaan valmistaa kultaa ympäristöystävällisesti
Teollisuuden jätteistä voidaan valmistaa kultaa ympäristöystävällisesti Tutkimukseni päätavoitteena on tulevaisuudessa korvata ensisijaisten raaka-aineiden ehtymisestä koituva raaka-ainepula kullan tuotannossa jätteeksi luokitelluista raaka-aineista ympäristöystävällisesti. Väitöskirjani tutkimustavoitteena on yhdistää laboratoriomittakaavan testimenetelmät siten, että kullan kloridiliuotusta erityisesti jätteeksi luokitelluista raaka-aineista voidaan soveltaa lopulta teollisella tasolla. Suurin haaste on se, että pystyttäisiin taloudellisesti kilpailemaan hallitsevan syanidiprosessin kanssa, ja siksi lisätutkimusta … Jatka artikkeliin Teollisuuden jätteistä voidaan valmistaa kultaa ympäristöystävällisesti
Advanced Wireless Biotelemetry Systems for Human Healthcare
Advanced Wireless Biotelemetry Systems for Human Healthcare The more obscure a problem is, the more I am encouraged to break it. This attitude has led me to continuously strive to acquire the knowledge, skills, experience and expertise of more advanced and unknown sciences and technologies to the extent that I have been able to overcome … Jatka artikkeliin Advanced Wireless Biotelemetry Systems for Human Healthcare