Ihmemateriaali grafeeni taottiin laservalolla ennätysjäykäksi tukirakenteeksi
Grafeenin erinomaisia ominaisuuksia ovat sähkön- ja lämmönjohtokyky, läpinäkyvyys ja mekaaninen kestävyys. Teräkseen verrattuna sillä on 200-kertainen vetolujuus, mikä tekee siitä nanomekaanisiin sovelluksiin sopivan materiaalin.
Toistaiseksi grafeenin kolmiulotteiset rakenteet ovat kuitenkin olleet epävakaita ja vaikeasti valmistettavia. Kokeellisissa tutkimuksissaan Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen tutkijaryhmä onnistui jäykistämään laservalon avulla kaksiulotteisesta grafeenia ennätyksellisen jäykäksi kolmiulotteiseksi materiaaliksi. Tuloksena oli tuhansia kertoja jäykempää 3-ulotteista materiaalia, joka edelleen on atominohutta.
Optiseksi taonnaksi kutsutaan menetelmää, jossa grafeeniin kohdistetaan voimakkaita lyhyitä laserpulsseja. Lasersäteilytys aiheuttaa grafeeniin kidevirheitä eli rikkoo atomirakenteen. Näin grafeenin kaksiulotteinen rakenne muuttuu kolmiulotteiseksi.
Mittauksissa selvisi, että taotun grafeenin taivutusjäykkyys kasvoi jopa viidellä kertaluokalla eli satatuhatkertaisesti, mikä on lajissaan uusi maailmanennätys.
”Aluksi olimme epäluuloisia kokeiden tuloksista ja siitä mitä olimme saaneet aikaiseksi. Lopulta ymmärsimme, miten merkittävästä ilmiöstä on kyse”, sanoo tutkimusta johtanut tohtori Andreas Johansson Nanotiedekeskuksesta.
Jäykistetty grafeeni avaa monia väyliä uusille sovelluksille
Laskennallinen mallinnus osoitti, että taivutusjäykkyyden lisääntyminen aiheutui laserin synnyttämien kidevirheiden synnyttämistä venymistä ja aaltoiluista.
”Jäykistymismekanismin yleinen periaate on selvillä, mutta tarvitsemme vielä lisää tutkimusta ymmärtääksemme kidevirheiden syntymisen atomitasolla”, sanoo kokeiden laskennallisesta mallinnuksesta vastannut professori Pekka Koskinen Nanotiedekeskuksesta.
Jäykistetty grafeeni avaa monia väyliä uusille sovelluksille. Sitä voidaan hyödyntää nanomekaanisssa tukirakenteissa tai nanomekaanisten värähtelijöiden taajuuden kasvattamisessa GHz:n taajuusalueelle. Kevyttä ja vahvaa materiaalia voidaan hyödyntää esimerkiksi myös nanokokoisten suonensisäisten lääkeaineiden kuljettimien valmistuksessa.
”Jos ajattelemme että grafeeni vastaa paperia, niin tällöin optisesti taottu grafeeni ikään kuin vastaa aaltopahvia. Ja mehän tunnemme vallan hyvin kuinka aallottaminen lisää paperin käyttömahdollisuuksia”, sanoo Pekka Koskinen.
”Lisäksi optinen taonta on menetelmänä erityisen tehokas, koska sillä voidaan jäykistää grafeenia juuri siellä mistä halutaan”, sanoo professori Mika Pettersson.
”Seuraavaksi vain mielikuvitus on rajanamme. Ryhdymme miettimään, millaisia erilaisia rakenteita ja sovelluksia optisella taonnalla voisikaan valmistaa”, hän jatkaa.
Tutkimus julkaistiin Nature Partner Journals –julkaisusarjassa toukokuussa 2021.
Lisätietoja:
Andreas Johansson, Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskus, andreas.johansson@jyu.fi, puh. +358 50 805 4496
Pekka Koskinen, Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskus, pekka.j.koskinen@jyu.fi, puh. +358 40 805 4089
Mika Pettersson, Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskus, mika.j.pettersson@jyu.fi, puh. +358 50 310
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
Pyöräillen vai vanhempien kyydillä kouluun? Vanhempien liikunnallisuus ja lyhyet matkat edistävät aktiivista kulkemista8.5.2025 06:30:00 EEST | Tiedote
Koulumatkojen kulkeminen aktiivisesti, esimerkiksi pyöräillen tai kävellen, on vähentynyt merkittävästi, osoittaa Jyväskylän yliopiston liikuntatieteellisen tiedekunnan pitkittäistutkimus. Tutkimuksessa verrattiin 1980-luvulla koulua käyneiden koulumatkaliikkumista heidän lastensa koulumatkaliikkumiseen 2010-luvun lopulla. Vanhempien rooli on tärkeä, sillä heidän liikunnallisuutensa vaikuttaa myönteisesti lasten aktiiviseen koulumatkaliikkumiseen.
Uudet professorit esittäytyivät juhlaluennoilla 7.5.20257.5.2025 14:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston uudet professorit esittäytyivät keskiviikkona 7.5.2025. Juhlaluentonsa pitivät taloustieteen professori Mika Haapanen, kognitiivisen neurotieteen professori Piia Astikainen, kansainvälisen kehitystutkimuksen professori Tiina Kontinen sekä aivojen kehityksen professori Jan Kujala.
Tuoretta professoria Miriam Nokiaa kiehtoo muistin hermostollinen perusta7.5.2025 10:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston rehtori Jari Ojala on nimittänyt Miriam Nokian psykologian professorin tehtävään. Professuurin erityisalana on käyttäytymisen muutoksen taustalla olevat, erityisesti keskus- ja autonomisen hermoston perusmekanismit.
Sivistys puhututtaa Jyväskylän Kesässä – puheohjelma on julkaistu7.5.2025 08:37:38 EEST | Tiedote
Vuonna 2025, Jyväskylän Kesän 70-vuotisjuhlavuonna, teemana on sivistys. Tämän vuoden puheohjelmassa käsitellään asiantuntijoiden siivittämänä polarisoituvaa ja polarisoitunutta sivistystä, sivistyneen keskustelun tuomaa vapautta ja vastuuta, ylikuluttamisen syitä ja seurauksia, sekä Suomen sivistyspääoman tilannetta.
Tutkijat ovat askeleen lähempänä antineutriinon massan ymmärtämistä6.5.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Neutriinot ja antineutriinot ovat alkeishiukkasia, joilla on pieni mutta toistaiseksi vielä tuntematon massa. Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa tehdyt erittäin tarkat atomimassamittaukset paljastivat, että hopea-110-isotoopin isomeeristä tilaa voitaisiin tulevaisuudessa käyttää elektronin antineutriinon massan määrittämiseen. Tulos on merkittävä askel matkalla tulevaisuuden antineutriinomittauksiin.
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