Grafeenia voi muovata valon avulla
Grafeenilla on lukuisia erinomaisia ominaisuuksia, kuten sen sähkönjohtokyky, läpinäkyvyys ja mekaaninen kestävyys. Näistä seikoista johtuen grafeenia on kaavailtu käytettäväksi lukuisissa sovelluksissa, esimerkiksi sähkön varastoinnissa, herkissä mittalaitteissa sekä tietoliikennekomponenteissa.
FM Vesa-Matti Hiltunen tutki väitöskirjatyössään, kuinka grafeenin muotoa ja ominaisuuksia voidaan muokata altistamalla se erittäin lyhyille mutta voimakkaille laserpulsseille. Laserpulssien vaikutuksesta normaalisti täysin kaksiulotteisesta grafeenista voidaan valmistaa kolmiulotteisia rakenteita.
”Kutsumme tätä menetelmää optiseksi taonnaksi, koska se muistuttaa lättänän metallilevyn takomista vasaralla kolmiulotteiseen muotoon. Optisella taonnalla valmistetut rakenteet ovat satoja kertoja korkeampia kuin grafeenin paksuus, mutta silti niin pieniä, että ne mahtuvat helposti esimerkiksi hiuksen pinnalle”, kertoo Vesa-Matti Hiltunen.
Laservalo jäykistää grafeenia
Laitteet, joita grafeenista voidaan valmistaa, ovat esimerkiksi erilaisia mekaanisesti värähtelemällä toimivia sensoreita. Optisen taonnan tuloksena havaittiin, että grafeeni jäykistyy niin, että sitä on vaikeampi taivuttaa. Tämä on mielenkiintoinen havainto, sillä jäykistyminen kasvattaa grafeenin mekaanista värähtelytaajuutta. Värähtelytaajuuden kasvattaminen puolestaan voi parantaa mekaanisten laitteiden nopeutta ja tarkkuutta, eli niistä voidaan tulevaisuudessa valmistaa esimerkiksi herkempiä mittalaitteita tai nopeampia tietoliikennelaitteita.
”Optista taontaa käyttämällä onnistuimme valmistamaan rakenteita, jotka olivat jopa 10 000 kertaa jäykemmät kuin muokkaamaton grafeeni. Se on ennätyksellisen paljon näin ohuelle materiaalille”, Hiltunen kertoo.
Muoto syntyy atomitason muutoksista
Tutkimuksessa saatiin selville, että optisen taonnan aiheuttamat rakenteet aiheuttavat grafeeniin kidevirheitä, eli sen atomirakenteen särkymistä.
Särkyminen alkaa satunnaisista pisteistä. Kun grafeenia altistetaan laserille tarpeeksi kauan, pistemäisistä virheistä muodostuu viivamaisia säröjä. Säröt grafeenin rakenteessa puolestaan johtavat sen paikalliseen laajentumiseen ja pullistumiseen kolmiulotteisiksi rakenteiksi.
”Tutkimukset antoivat runsaasti uutta tietoa, kuinka grafeenin muotoa ja ominaisuuksia voidaan muokata. Menetelmän vahvuutena on, ettei siihen tarvita monimutkaisia prosesseja tai kemiallisia käsittelyjä. Muutokset saadaan aikaan pelkästään laservalolla”, Hiltunen summaa.
Väitöskirjatyötä on rahoittanut Suomen Kulttuurirahasto.
Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten sarjassa JYU Dissertations, numero 362, Jyväskylä, 2021.
ISBN 978-951-39-8560-8 (PDF) URN:ISBN:978-951-39-8560-8 ISSN 2489-9003
Linkki tutkimukseen: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-8560-8
Lisätietoja:
Vesa-Matti Hiltunen, vesa-matti.j.hiltunen@jyu.fi
FM Vesa-Matti Hiltusen väitöskirjan "Modification of graphene properties by optical forging" tarkastustilaisuus on 26.3.2021 kello 12 alkaen Jyväskylän yliopistossa. Vastaväittäjänä on Dr. Ivan Bobrinetskiy (National Research University of Electronic Technology, Venäjä) ja kustoksena dosentti Andreas Johansson (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Yleisö voi seurata väitöstilaisuutta verkkovälitteisesti.
Linkki Zoom-webinaariin (suositellaan Zoom-sovellusta tai Google Chrome selainta): https://r.jyu.fi/dissertation-hiltunen-260321
Puhelinnumero, johon yleisö voi tilaisuuden lopussa osoittaa mahdolliset lisäkysymyksensä (kustokselle): +358 40 805 4496
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Tanja HeikkinenViestinnän asiantuntija
Puh:+358 50 472 1162tanja.s.heikkinen@jyu.fiKuvat
Tietoja julkaisijasta
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Jyväskylän yliopisto sai 500 000 euroa teollisuuden energiajärjestelmien kustannustehokkuuden ja päästöjen optimoinnin tutkimukseen12.12.2025 10:00:00 EET | Tiedote
Suomen Akatemia myönsi informaatioteknologian tiedekunnan professori Kaisa Miettisen monitavoiteoptimoinnin tutkimusryhmälle 500 000 euron rahoituksen Teollisuuden energiajärjestelmät osana kestävää ilmastoneutraalia yhteiskuntaa -hankkeeseen. Hanke tutkii prosessiteollisuuden energiajärjestelmiä. Tarkoituksena on järjestelmien energia- ja kustannustehokkuuden sekä päästöjen optimointi. Hankkeessa tehdään yhteistyötä Aalto-yliopiston kanssa.
Väitös: Piipinnan päälle valmistetut DNA-origami hilat avaavat mahdollisuuksia ison mittakaavan nanovalmistukselle (Parikka)12.12.2025 09:00:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston väitöstutkimuksessa kehitettiin DNA-origameista kaksiulotteisia verkkomaisia rakenteita piipinnoille ja selvitettiin, miten erilaiset olosuhteet vaikuttavat niiden muodostumiseen. Tulokset avaavat uusia mahdollisuuksia DNA-avusteisen litografian käytössä ja sitä kautta uudenlaisten materiaalien valmistuksessa, esimerkiksi optiikan sovelluksiin.
Koneen Säätiöltä lähes kolme miljoonaa euroa Jyväskylän yliopistoon11.12.2025 14:00:00 EET | Tiedote
Syksyn 2025 yleisessä haussa Koneen Säätiö myönsi Jyväskylän yliopistoon kaikkiaan 16 apurahaa, joiden yhteissumma nousi 2 924 700 euroon.
Väitös: Yritysjohto ja etujärjestöt ovat keskeisiä toimijoita kansallisen suurstrategian muotoutumisessa11.12.2025 12:38:16 EET | Tiedote
KTM Roosa Oinasmaa tutki Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulussa tekemässään strategian ja yrittäjyyden väitöskirjassaan, miten yritysjohto ja etujärjestöt vaikuttavat kansallisen suurstrategian muotoutumiseen. Tulokset osoittavat, että suurstrategia ei ole yksittäinen valtion muovaava suunnitelma, vaan pitkän aikavälin prosessi, jossa yritysjohto, etujärjestöt ja valtionhallinto neuvottelevat kansallisista tavoitteista ja resurssien käytöstä.
Tutkijat opettivat heliksit vaihtamaan muotoa11.12.2025 12:13:14 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat löytäneet yksinkertaisen tavan ohjelmoida synteettisiä molekyylejä niin, että ne voivat muodostaa tiettyjä spiraalimaisia rakenteita upottamalla ohjeet suoraan niiden sekvenssiin. Tämä läpimurto voi johtaa uusiin älykkäisiin materiaaleihin ja molekyylilaitteisiin, jotka sopeutuvat ympäristöönsä.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme