UEF väitös 3.7.: Ainutlaatuisia pintarakenteita itsejärjestäytymisen avulla

Väitös kemian alalta

Väittelijä: FL Henna Stenberg

Väitösaika ja paikka: torstai 3.7.2014 klo 12.00, Natura, N100, Joensuu

Itsejärjestäytyminen eli monimutkaisten rakenteiden syntyminen ilman erillisten strukturointityökalujen käyttöä on vaihtoehtoinen menetelmä materiaalien pintarakenteiden tuottamisessa. Ominaisuutta voidaan hyödyntää, kun luodaan pinta-alaltaan suhteellisen laajoja pintoja nano- ja mikrometrin kokoluokkaa olevilla rakenteilla. FL Henna Stenberg havaitsi väitöskirjatutkimuksessaan, että valmiiksi pintastrukturoitu alustamateriaali eli substraatti tuottaa huomattavan erilaista itsejärjestäytynyttä rakennetta verrattuna sileään alusmateriaaliin.

Kun kerrosrakenteen koostumus ja valmistusmenetelmien vaikutus itsejärjestäytymiseen tunnetaan tarkasti, voidaan syntyvien rakenteiden kokoa ja muotoa säädellä etukäteen. Syntyvien rakenteiden koon ja muodon säädeltävyys sekä niiden avulla aikaansaatu pinnan funktionaalisuus tekevät menetelmästä houkuttelevan ja potentiaalisen pintastrukturointityökalun esimerkiksi optiikan sovelluksille. Lisäksi menetelmä on edullinen ja sen avulla rakenteita voidaan siirtää myös muihin materiaaleihin kuten polymeerikalvoihin. Aiemmin on jo osoitettu, että kuvioimalla erilaisia pintoja nano- ja mikrorakenteilla, on mahdollista valmistaa pintoja, joilla on esimerkiksi parempi puhdistuvuus tai alhaisempi valon heijastavuus.

Väitöstutkimuksessa valmistettiin ryppymäisesti strukturoituja pintoja, joissa satunnaisesti järjestäytyneiden, yksittäisten rakenteiden koko vaihteli alle mikrometristä noin kymmeneen mikrometriin. Valmistuksessa hyödynnettiin koostumukseltaan erilaisia kaksi- ja kolmikerroksisia systeemeitä. Tutkimuksessa kehitettiin valmistusmenetelmät itsejärjestäytyvien rakenteiden aikaansaamiseksi, kun alusmateriaalina on pii, sinkitettyä teräs tai ruostumaton teräs (RST). Ruostumatonta terästä ja sinkitettyä terästä ei ole tiettävästi aiemmin käytetty tässä tarkoituksessa. Tutkimuksessa tarkasteltiin käytettyjen materiaalien, kerrossysteemin koostumuksen sekä valmistusmenetelmän vaikutusta itsejärjestäytymällä syntyneiden kuvioiden muotoon ja kokoon. Lisäksi demonstroitiin syntyneiden pintarakenteiden siirto kuumapainomenetelmää käyttäen kaupallisesti saatavilla oleviin polymeerikalvoihin sekä tutkittiin kuvioinnin vaikutusta kalvojen koostumukseen ja optisiin ominaisuuksiin. Pintakuvioinnin avulla tutkittujen kalvojen valon heijastavuutta saatiin pienennettyä.

Ihmisen ihon kerrosrakennetta muistuttavissa keinotekoisissa rakenteissa voidaan materiaalien itsejärjestäytymisominaisuutta hyödyntämällä saada aikaan pintarakenteita, joiden muotoon ja kokoon voidaan vaikuttaa valmistuksessa käytettävillä materiaaleilla, erillisten materiaalikerrosten paksuuksilla sekä valmistusmenetelmän valinnalla. Vastaavanlaisia rakenteita on jokseenkin mahdotonta valmistaa pintojen strukturoinnissa tavallisesti käytetyillä menetelmillä. Pintarakenteiden syntyminen vaatii riittävän suurten materiaalien välisten ominaisuuserojen seurauksena syntyvien jännitysten muodostumista kerrosrakenteessa sekä niiden purkautumista. Materiaalien itsejärjestäytymistä hyödyntämällä on mahdollista valmistaa monenmuotoisia nano- ja mikrometri kokoluokan rakenteita, esimerkkinä ryppymäinen rakenne, suhteellisen yksinkertaisin koejärjestelyin. Usein tämän kokoluokan rakenteiden valmistaminen vaatii kalliiden erikoislaitteiden käyttöä.

Filosofian lisensiaatti Henna Stenbergin väitöskirja Studies on Self-organizing Layered Coatings (Tutkimuksia itsejärjestäytyvistä kerroksellisista pinnoista) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä on professori Pentti Järvelä Tampereen teknillisestä yliopistosta ja kustoksena professori Tuula Pakkanen Itä-Suomen yliopistosta.

Henna Stenberg on syntynyt Joensuussa vuonna 1982 ja kirjoittanut ylioppilaaksi Joensuun Lyseon lukiosta. Hän on suorittanut filosofian maisterin tutkinnon Joensuun yliopistossa vuonna 2008 ja filosofian lisensiaatin tutkinnon vuonna 2013 Itä-Suomen yliopistossa.

Väittelijän painokelpoinen kuva löytyy osoitteesta: http://www.uef.fi/vaitoskuvat

Lisätietoja: Henna Stenberg, p. 050 5766 057, henna.stenberg (at) uef.fi 

Yrityksestä

Itä-Suomen yliopisto on yksi Suomen suurimmista tiedeyliopistoista. Yliopiston toiminnassa korostuu monitieteisyys. Opetusta on yli sadassa pääaineessa. Tasokkaan opetuksen lisäksi yliopisto tarjoaa opiskelijoilleen nykyaikaisen opiskeluympäristön, jota kehitetään jatkuvasti. Yliopistolla on kampukset Joensuussa, Kuopiossa ja Savonlinnassa. Tiedekuntia on neljä: filosofinen tiedekunta, luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, terveystieteiden tiedekunta sekä yhteiskuntatieteiden ja kauppatieteiden tiedekunta. Yliopistossa on noin 15 000 opiskelijaa ja se työllistää lähes 2 800 henkilöä.

Yhteyshenkilöt

  • Itä-Suomen yliopisto
    Joensuu / Kuopio / Savonlinna
    http://www.uef.fi
  • Joensuun kampus
    Yliopistokatu 2, PL 111, 80101 Joensuu
  • Kuopion kampus
    Yliopistonranta 1, PL 1627, 70211 Kuopio
  • Savonlinnan kampus
    Kuninkaankartanonkatu 5-7, PL 86, 57101 Savonlinna

Tilaa