SuomeksiEnglanniksi
Annales Universitatis Turkuensis

Graphene from Graphite by Chemical and Physical Techniques

Kauppila Jussi

 

Grafeenia onnistuttiin eristämään ensimmäisen kerran vuonna 2004, jonka jälkeen grafeenitutkimus on saavuttanut valtavan suosion. Yksi grafeenitutkimuksen suurimmista haasteista on tuottaa hyvälaatuista grafeenia kustannustehokkaasti.

Kauppila perehtyy väitöskirjatutkimuksessaan erilaisiin menetelmiin valmistaa grafiitista grafeenia, sekä saavuttamaan parempi ymmärrys grafeenin ominaisuuksista.

– Grafiitti on luonnosta löytyvä hiilimateriaali, joka koostuu päällekkäin pakkautuneista grafeenilevyistä. Grafiitissa yksittäiset grafeenilevyt ovat tiukasti tarttuneina toisiinsa ja niiden erottaminen on hyvin haastavaa, Kauppila kertoo.

Työn kokeellisessa osassa hän käytti sekä kemiallisia että fysikaalisia menetelmiä grafeenien irrottamiseen,

– Fysikaalisissa menetelmissä grafiittiin kohdistetaan jokin mekaaninen voima, esimerkiksi voimakas ultraääni, joka saa grafeenilevyt irtoamaan toisistaan. Jotta grafeenilevyt eivät pakkautuisi uudelleen grafiitiksi, on grafeenilevyjen pintaan liitettävä sopivia pintamolekyylejä, Kauppila kuvaa.

Kemiallisissa menetelmissä hän muutti grafiitissa olevien grafeenilevyjen kemiallista rakennetta saadakseen grafeenilevyt irtoamaan helpommin toisistaan.

– Yksi suosituimmista grafeenin valmistusmenetelmistä on hapetetun grafeenin, eli grafeenioksidin, pelkistys ja se oli myös yksi keskeisimmistä tutkimuskohteistani. Grafeenioksidia on helppo valmistaa ja vesiliukoisena materiaalina sen käsittely on huomattavasti helpompaa kuin grafeenin, Kauppila sanoo.

Hän kertoo, että grafeenioksidissa grafeenin rakenne on osittain rikottu, joten sillä ei ole grafeenin erinomaisia sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia.

– Grafeenioksidin pelkistystä takaisin grafeeniksi tutkittiin sekä kemiallisin että sähkökemiallisin menetelmin. Kemiallisten pelkistysmenetelmien tutkimukset paljastivat, että vanadiini (III) toimii yhtä tehokkaana pelkistimenä kuin yleisimmin käytetty hydratsiini, Kauppila sanoo.

Vanadiinin avulla pelkistetty grafeeni avaa uusia mahdollisuuksia paristojen ja muiden sähkön varastointiin keskittyvien laitteiden valmistuksessa.

Eräs kokeellisen työn pääkohteista oli grafeenioksidin spektrosähkökemiallinen tutkimus, jossa grafeenioksidin rakenteellisia muutoksia voitiin seurata spektroskooppisesti samalla kun pelkistysreaktiota kontrolloitiin sähkökemiallisesti.
Sähkökemiallisen pelkistyksen etuna kemialliseen pelkistykseen nähden on turvallisempien kemikaalien käyttö sekä parempi pelkistysreaktion parempi hallinta.

Väitöskirja on englanninkielinen

Tuotenumero:9789512959372
Ulkoasu:nid.
Tekijä:Kauppila Jussi
Laajuus:127 s.
ISBN:9789512959372
Julkaisuvuosi:2014
Sarja:AI osa 500
15,00 €
(sis. ALV 10%)


13,64 €
(ALV 0%)
Määrä: kpl