Jyväskylän yliopisto

Grafeenia voi muovata valon avulla

Jaa

Grafeeni on uusi materiaali, jota on kuvailtu jopa ”ihmeaineeksi” sen erinomaisten ominaisuuksien vuoksi. Laajaan tietoisuuteen grafeeni päätyi viimeistään vuonna 2010, kun sen löytäneille tutkijoille myönnettiin Nobelin fysiikan palkinto. Grafeeni on vain yhden atomikerroksen paksuinen ja siten maailman ohuin materiaali. Väitöskirjassaan Vesa-Matti Hiltunen osoitti, että laseravalolla ”takomalla” grafeenista voidaan muovata erittäin jäykkiä kolmiulotteisia rakenteita, joista voidaan mahdollisesti valmistaa entistä nopeampia ja tarkempia mekaanisia laitteita.

Vesa-Matti Hiltunen/Jyväskylän yliopisto
Vesa-Matti Hiltunen/Jyväskylän yliopisto

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

Kuvat

Vesa-Matti Hiltunen/Jyväskylän yliopisto
Vesa-Matti Hiltunen/Jyväskylän yliopisto
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Jyväskylän yliopisto
PL 35
40014 Jyväskylä

http://www.jyu.fi

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 mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto

Avoimen väylän uudistamisen suositukset tukevat yliopistojen opiskelijavalintojen kehittämistä7.4.2021 08:15:00 EEST | Tiedote

Avoimen väylästä on kehitetty aktiivisesti uskottavaa opiskelijavalintatapaa todistusvalinnan ja valintakokeiden rinnalle. Vaikka työtä valtakunnallisesti koordinoinut Toinen reitti yliopistoon -hanke (TRY) päättyy, tavoitteena on, että yliopistot jatkavat uudistamista. Sen avuksi hanke on laatinut suosituksia avoimen väylän kehittämiseksi. Suosituksia esitellään lähemmin TRY-hankkeen webinaarissa 14.4.2021.

Hubit tarjoavat yhteisöllisyyttä etäopiskeluun Keski-Suomessa6.4.2021 12:00:00 EEST | Tiedote

Meneillään oleva poikkeusaika on osoittanut, että työn tai opintojen ei tarvitse olla välttämättä samalla paikkakunnalla kuin niiden tekijän. HUBITTAAKO?-hanke kehittää Keski-Suomessa ratkaisuja, jotka tukevat kasvukeskuksista kauempana olevien kuntien elinvoimaa. Näiden ratkaisujen, kuten verkko-opetuksen ja yhteisöllisten työtilojen, tarkoituksena on edistää etätyötä ja -opiskelua.

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