Suomen Akatemia

Grafeeni taottiin kolmiulotteiseksi

Jaa

Tutkimusryhmät Jyväskylän yliopistosta ja Taiwanista ovat keksineet menetelmän, jonka avulla grafeenia, eli yhden atomin paksuista hiilikalvoa voidaan muotoilla kolmiulotteiseksi lasersäteilyn avulla. Tutkijat osoittivat tämän valmistamalla grafeenista pyramidin, jonka korkeus oli 60 nanometriä, eli noin 200 kertaa suurempi kuin grafeeniseinämän paksuus. Pyramidi oli niin pieni, että se mahtuisi helposti hiuksen pinnalle. Jyväskylän osuus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella.

Kuva:Grafeenista koostuva pyramidi. Samankaltainen rakenne valmistettiin kokeellisesti käyttäen lasersäteilytystä prosessissa, joka nimettiin optiseksi taonnaksi.
Kuva:Grafeenista koostuva pyramidi. Samankaltainen rakenne valmistettiin kokeellisesti käyttäen lasersäteilytystä prosessissa, joka nimettiin optiseksi taonnaksi.

Grafeeni on läheistä sukua grafiitille, joka koostuu miljoonista grafeenilevyistä ja jota löytyy esimerkiksi lyijykynän terästä. Sen jälkeen kun grafeeni ensimmäistä kertaa eristettiin vuonna 2004, tutkijat ovat oppineet valmistamaan ja käsittelemään sitä rutiininomaisesti. Grafeenista voidaan valmistaa elektronisia ja optoelektronisia laitteita, kuten esimerkiksi transistori ja säteilyilmaisin. Tulevaisuudessa grafeenia nähdään enenevässä määrin erilaisissa tuotteissa.

“Kutsumme kehittämäämme tekniikkaa optiseksi takomiseksi, koska prosessi muistuttaa metallin takomista kolmiulotteisiin muotoihin vasaran avulla. Meidän tapauksessamme lasersäde toimii vasarana, joka pakottaa grafeenikalvon kolmiulotteisiin muotoihin laajentamalla sitä hiukan”, selittää professori Mika Pettersson, joka johti kokeellista ryhmää Jyväskylän yliopiston Nanoscience Centerissä. “Menetelmän hienous on siinä, että se on nopea ja helppo käyttää, eikä siinä tarvita mitään ylimääräisiä kemikaaleja tai muuta prosessointia. Menetelmän yksinkertaisuudesta huolimatta olimme aluksi hyvin yllättyneitä, kun havaitsimme, että lasersäde aiheutti niin merkittäviä muutoksia grafeeniin. Kesti jonkin aikaa, ennen kuin ymmärsimme, mistä on kyse.”

“Aluksi olimme ällikällä lyötyjä. Kokeelliset havainnot eivät tuntuneet järkeviltä.” kertoo myöskin Nanoscience Centerissä työskentelevä tohtori Pekka Koskinen, joka oli vastuussa työn teoriaosuudesta. ”Mutta vähitellen kokeiden ja tietokonesimulaatioiden yhteistyöllä kolmiulotteisten muotojen alkuperä ja muodostumismekanismi alkoivat selvitä.”

Nyt löydetty kolmiulotteinen grafeeni on stabiili ja sen elektroniset ja optiset ominaisuudet poikkeavat tavallisesta grafeenista. Se on esimerkiksi voimakkaasti heijastavaa, toisin kuin tavallinen grafeeni. Optisesti taottu grafeeni avaa aivan uusia mahdollisuuksia kolmiulotteisten arkkitehtuurien käyttämiseen grafeeniin perustuvissa laitteissa.

Tutkimukseen osallistuivat Andreas Johansson, Pasi Myllyperkiö, Pekka Koskinen, Jukka Aumanen, Juha Koivistoinen, Vesa-Matti Hiltunen, Jyrki Manninen ja Mika Pettersson Nanoscience Centeristä Jyväskylän yliopistosta, Hung-Chieh Tsai ja Wei-Yen Woon National Central Universitystä Taiwanista sekä Chia-Hao Chen ja Lo-Yueh ChangNational Synchrotron Radiation Research Centeristä Taiwanista. Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemian lisäksi Ministry of Science and technology of the Republic of China.

Lisätietoja antaa professori Mika Pettersson, mika.j.pettersson@jyu.fi, p. 050 3109 969

Viite

Andreas Johansson, Pasi Myllyperkiö, Pekka Koskinen, Jukka Aumanen, Juha Tapio Koivistoinen, Hung-Chieh Tsai, Chia-Hao Chen, Lo-Yueh Chang, Vesa-Matti Hiltunen, Jyrki Manninen, Wei-Yen Woon, and Mika Pettersson, Optical Forging of Graphene into Three-Dimensional Shapes.Nano Lett.,DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03530

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b03530

Yhteyshenkilöt

Suomen Akatemian viestintä
tiedottaja Leena Vähäkylä
p. 029 5335 139
leena.vahakyla@aka.fi

Kuvat

Kuva:Grafeenista koostuva pyramidi. Samankaltainen rakenne valmistettiin kokeellisesti käyttäen lasersäteilytystä prosessissa, joka nimettiin optiseksi taonnaksi.
Kuva:Grafeenista koostuva pyramidi. Samankaltainen rakenne valmistettiin kokeellisesti käyttäen lasersäteilytystä prosessissa, joka nimettiin optiseksi taonnaksi.
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Suomen Akatemia
Suomen Akatemia
Hakaniemenranta 6, PL 131
00531 HELSINKI

029 533 5000http://www.aka.fi/fi

Suomen Akatemia rahoittaa korkealaatuista tieteellistä tutkimusta, toimii tieteen ja tiedepolitiikan asiantuntijana sekä vahvistaa tieteen ja tutkimustyön asemaa. Vuonna 2018 rahoitamme tutkimusta 436 miljoonalla eurolla. Suomen Akatemia saa osan tutkimusrahoitukseen käyttämistään varoista rahapelitoiminnan voittovaroista.  Vuonna 2018 Akatemia käyttää tieteen edistämiseen rahapelitoiminnasta saatuja varoja 70,7 miljoonaa euroa.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista jo ennen kuin ne uutisoidaan? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Suomen Akatemia

Vedenpuhdistusjärjestelmiä kehitettävä kemiallisten haitta-aineiden poistamiseksi7.6.2018 10:50Tiedote

Vesien puhdistuksessa yleisesti käytetyt menetelmät eivät välttämättä tehoa riittävän hyvin talousvesiin kulkeutuviin kemiallisiin haitta-aineisiin. Klooraus ja UV-desinfiointi purevat hyvin tauteja aiheuttavia mikrobeja vastaan, mutta eivät yhtä hyvin poista kemiallisia haitta-aineita. Veden mikrobeista ja kemikaaleista koituvia terveyshaittoja tutkittiin Suomen Akatemian rahoittamassa hankkeessa, jossa selvitettiin myös vedenpuhdistusmenetelmien taloudellisia vaikutuksia.

Uudella jäätymismenetelmällä voidaan puhdistaa vettä miltei ilman lisäenergiaa1.6.2018 09:58Tiedote

Talvipakkasia voidaan hyödyntää jäteveden puhdistamisessa kustannus- ja energiatehokkaasti. Kun jätevesi jäätyy luonnollisesti talvella, siitä muodostuva jää on puhtaampaa kuin itse jäännösjätevesi. Jäätymisprosessissa syntyvän jään puhtauteen vaikuttaa jäätymisnopeus: mitä hitaammin vesi jäätyy, sitä puhtaampaa siitä tulee. Tutkimus on osa Suomen Akatemian arktista tutkimusohjelmaa, jossa kehitetään arktisen alueen uniikille ja herkälle luonnolle sopivia kestävän kehityksen mukaisia työskentelymenetelmiä.

New natural freezing method offers energy savings in water purification1.6.2018 09:58Tiedote

Freezing winter temperatures can be put to good use in improving the cost and energy efficiency of wastewater purification. The ice that is formed when wastewater freezes naturally in the winter is cleaner than the residual waste water itself. The purity of the ice is a function of the rate of the freezing process: the slower the freezing process, the greater the purity of the resulting ice. Research is underway under the Academy of Finland’s Arctic Research Programme to develop sustainable working methods that are suited to the unique and fragile Arctic environment.

Ny frysningsmetod gör det möjligt att rena vatten praktiskt taget utan extra energi1.6.2018 09:58Tiedote

Vinterkylan kan utnyttjas i rening av avloppsvatten på ett både kostnads- och energieffektivt sätt. Då avloppsvatten vintertid fryser naturligt är den is som bildas på ytan renare än det ofrusna vattnet under isen. Hur ren isen är påverkas av frysningens hastighet: ju långsammare frysning, desto renare is. Detta har man kommit fram till i en undersökning inom Finlands Akademis arktiska forskningsprogram som enligt principerna för hållbar utveckling ska utveckla praxis som lämpar sig för det arktiska områdets unika och känsliga natur.

Suomen Akatemia valitsi 10 uutta akatemiaprofessoria23.5.2018 13:03Tiedote

Suomen Akatemia on valinnut kymmenen uutta akatemiaprofessoria kaudelle 1.1.2019-31.12.2023. Tehtävään oli aiehaussa 193 hakijaa, joista 33 kutsuttiin toiseen vaiheeseen. Valinnassa käytettiin vertaisarviointia, joka tehtiin neljässä tieteenalalähtöisessä paneelissa. Niiden mukaan hakijat olivat erittäin korkeatasoisia ja hyvin verkottuneita tutkijoita. Lopullisen valinnan teki Akatemian yleisjaosto paneelien ehdotusten pohjalta.

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 STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme