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
Taiteen ja kulttuurin valtionavustusten leikkaukset uhkaavat toiminnan kehittämistä ja kansainvälistymistä, todetaan tuoreessa tutkimuksessa25.6.2025 12:05:37 EEST | Tiedote
Taiteen ja kulttuurin (harkinnanvaraisten) valtionavustusten leikkaukset koettelevat lähes kaikkia tukea saavia organisaatioita, erityisesti yhdistyksiä. Vaikka leikkaukset heikentävät perustoimintaa, ne rajoittavat ennen kaikkea toiminnan kehittämistä ja kansainvälistymistä, todetaan Jyväskylän yliopiston tuoreessa tutkimuksessa. Selvityksen tilasi opetus- ja kulttuuriministeriö.
Jyväskylän yliopiston uusi diagnostisten terveystieteiden maisteriohjelma tarjoaa jatkotutkintoväylän bioanalyytikoille ja röntgenhoitajille25.6.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa alkaa täysin uusi diagnostisten terveystieteiden maisteriohjelma, joka tarjoaa jatkokoulutusmahdollisuuden erityisesti bioanalyytikoille ja röntgenhoitajille. Vastaavaa tiedeyliopistotasoista koulutusta ei Suomessa ole muualla tarjolla.
Sosiaali- ja terveysministeriöltä 1,1 miljoonaa euroa rahoitusta Jyväskylän yliopiston sosiaalityön tutkimushankkeille24.6.2025 09:24:49 EEST | Tiedote
Sosiaali- ja terveysministeriö on myöntänyt valtionavustusta 18 sosiaalityön yliopistotasoiselle tutkimushankkeelle. Tutkimushankkeiden tavoitteena on vahvistaa sosiaalityön ja sosiaalihuollon vaikuttavuutta, laatua ja asiakasturvallisuutta sekä asiakkaiden osallisuutta ja toimijuutta sosiaalihuollossa.
Jyväskylän Kesän puheohjelmassa pohditaan sivistyksen merkitystä ajassa24.6.2025 07:45:00 EEST | Tiedote
Tänä vuonna Jyväskylän Kesän sivistys-teemaisessa puheohjelmassa tarkastellaan muun muassa sananvapauden ja vastuun suhdetta, koulutuksen ja demokratian tulevaisuutta sekä arkkitehtuurin roolia yhteiskunnassa. Festivaaliviikolla 2.–7.7.2025 voi osallistua myös tiedettä ja taidetta yhdistävälle luontoretkelle, jaloitella ajatuksiaan filosofien opastamana, tutustua niityn perustamiseen niittytalkoisiin osallistumalla.
Sivistyksen vuoksi -kirjan tavoitteena on sivistyneen elämän kunnianpalautus: Tervetuloa kirjan julkistamistilaisuuteen Jyväskylän Kesän avajaispäivänä ke 2.7.23.6.2025 09:09:04 EEST | Tiedote
Sivistys ei kuulu vain harvoille ja valituille, vaan meille kaikille. Sivistyksen vuoksi -kirjan kantava ajatus on, että sivistyksen tavoittelu niin yksilön kuin yhteiskunnan tasolla rakentaa merkityksellistä, hyvää elämää. Kirjan 32 kirjoittajaa käsittelevät sivistystä eri näkökulmista kirkastaen sivistyksen olemusta, kielen ja kulttuurin sivistävää voimaa, ruumiin sivistystä, polarisaation ja sivistyksen suhdetta sekä sivistyksen merkitystä yksilöllisenä ja yhteiskunnallisena tavoitteena. Kirjoittajajoukkoon kuuluvat muun muassa Tarja Halonen, M. A. Numminen, Jarkko Martikainen, Kirsi Piha, Juha Hurme, Julia Thurén ja Piia Viitanen.
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