Väitös: Ekologista sähkönjohtavuutta nanoselluloosan ja hiilinanoputkien yhdistelmästä

Salmiakki-nimellä tunnettu lämmityselementti suunniteltiin ja valmistettiin Tampereen yliopiston, Aalto yliopiston ja VTT:n tutkijoiden yhteistyönä. Innovaation jatkojalostuksessa hyödynnettiin komposiittien valmistuksesta tuttuja tekniikoita. Kohokuvioidut lämmityselementit implementoitiin Liune-väliovessa Pyörre-taloon ja esiteltiin suurelle yleisölle Lohjan Asuntomessuilla 2021.

Kumpikaan innovaatio ei olisi nähnyt päivänvaloa, jos hiilinanoputkidispersioiden ja nanoselluloosa-hiilinanoputki nanokomposiittien saralla ei olisi tehty systemaattista tutkimusta. Sanna Siljanderin väitöskirja Nanoarchitectonics of nanocellulose – carbon nanotube composites: from dispersion to functional structures perustuu näihin tutkimuksiin.

– Nanoarkkitehtoniikka on konsepti, joka yhdistää useita tutkimusaloja ja teknologioita, kuten materiaalioppia, nanoteknologiaa ja kemiaa. Nanomateriaalien, kuten nanoselluloosan ja hiilinanoputkien kanssa työskenneltäessä tätä poikkitieteellistä yhdistelmää hyödynnetään, jotta ilmenevät haasteet voidaan selättää, kertoo Siljander.

Tutkimus auttoi vähentämään kemikaaleja nanokomposiittien valmistuksessa

Sanna Siljander tutki väitöskirjatutkimuksessaan kaksi-, kolme- ja neljäkomponenttisysteemejä ja tunnisti parametrit, jotka vaikuttavat nanomateriaalien keskinäisiin vuorovaikutuksiin. Hän tutki myös, miten valmistettavan nanokomposiitin ominaisuuksia voidaan edelleen muokata jopa valmistuksen jälkeen.

– Tavoitteeni oli läpi koko väitöskirjatutkimuksen käyttää ainoastaan minimimäärä materiaaleja, kemikaaleja ja energiaa komposiittien valmistuksessa, Siljander kertoo.

Hän onnistui rajoittamaan huomattavasti käytettyjen kemikaalien määrää tutkimuksessa valitsemalla kemikaalityypit ja -määrät siten, että nanokomposiittien toiminnallisuus olisi optimaalinen.

– Lisäksi käytin komposiittien prosessoinnissa kemikaaleja kaksoisroolissa, joka edelleen vähensi tarvittavaa kemikaalien määrää. Myös energian tarve väheni, kun yhdistin onnistuneesti komposiittien prosessoinnin työvaiheita ja optimoin parametrejä, hän sanoo.

Väitöskirjatutkimuksen keskeinen havainto perustuu materiaalien keskinäisiin kokoeroihin, kun nanoselluloosaa ja hiilinanoputkia yhdistetään. Tätä havaintoa ei ole aiemmin kirjallisuudessa raportoitu.

– Yleisesti nanoselluloosa prosessoidaan mahdollisimman pieneen kokoluokkaan, mutta havaitsin tämän olevan epäedullista, kun tavoitellaan hyvää sähkönjohtavuutta nanoselluloosan ja hiilinanoputkien yhdistelmälle, hän toteaa.

Sanna Siljander pitääkin hallussaan sähkönjohtavuuden epävirallista maailmanennätystä nanoselluloosa-hiilinanoputkinanokomposiitille.

*****

Diplomi-insinööri Sanna Siljanderin materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Nanoarchitectonics of nanocellulose – carbon nanotube composites: from dispersion to functional structures tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 4.11.2022 kello 12:00 Hervannan kampuksella, Festia-rakennuksen salissa FA032 Pieni Sali 1 (Korkeakoulunkatu 8, 33720 Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Kristiina Oksman Luulajan teknillisestä yliopistosta ja professori Eero Kontturi Aalto-yliopistosta. Kustoksena toimii professori Jyrki Vuorinen Tampereen yliopistosta.