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
Kansainvälinen konferenssi rakentaa tulevaisuudenuskoa ja selviytymiskykyä23.4.2025 11:00:47 EEST | Tiedote
Ympäristökysymysten lisäksi aikamme yhteiskunnat kamppailevat monimutkaisten sosiaalisten haasteiden kanssa. Lapset, nuoret ja heidän perheensä ovat usein ensimmäisiä, joita tämän hetken yhteiskunnalliset haasteet koettelevat.
Maankäyttö vaikuttaa boreaalisten järvien energialähteisiin17.4.2025 07:10:00 EEST | Tiedote
Järviekosysteemit vastaanottavat valuma-alueelta peräisin olevaa eloperäistä ainesta, joka päätyy mikrobien avustuksella ravintoverkkoon. Jyväskyläläinen tutkijaryhmä selvitti vedyn pysyvien isotooppien avulla maalta peräisin olevan eloperäisen energian määriä. Tutkimuksen mukaan pohjaeläinten ja niitä syövien kalojen maalta peräisin olevan energian määrä oli suurempaa kuin ulappa-alueen eläinplanktonin ja niitä syövien kalojen. Kaikkien kuluttajaryhmien maalta peräisin olevan energian määrä väheni tummista happamista metsäjärvistä kohti reheviä järviä, joiden valuma-alueella on paljon maataloutta.
Tuore väitöstutkimus selvittää, miten tragedia auttaa käsittelemään ilmastokriisiä17.4.2025 06:58:00 EEST | Tiedote
Tragediaa pidetään turhaan vanhentuneena ja jopa kuolleena teatterimuotona, vaikka sillä voisi olla paljon annettavaa ilmastonmuutoksen hahmottamisessa ja sen seurausten käsittelemisessä, toteaa YTM Henna Vainio, joka tutki filosofian väitöskirjassaan tragedian mahdollisuutta ja merkitystä erityisesti ilmastonmuutoksen aikakaudella.
Uusi jättivirus eristettiin Jyväskylässä ensimmäistä kertaa Suomessa16.4.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston nanotiedekeskuksen tutkijat ovat ensimmäistä kertaa Suomessa eristäneet jättiviruksen, joka nimettiin Jyvaskylavirukseksi. Löytö osoittaa jättivirusten olevan luultua yleisempiä pohjoisilla alueilla sekä havainnollistaa, että on vielä paljon rakenteita, joiden alkuperää ja toimintoja ei ole kunnolla tutkittu.
Uudenlainen kaikkia ionisoivan säteilyn lajeja havaitseva kannettava ilmaisin parantaa säteilyturvallisuutta15.4.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopisto on yhteistyössä Säteilyturvakeskuksen (STUK) kanssa kehittänyt uudenlaisen kannettavan monikäyttösäteilyilmaisimen, joka havaitsee käytännössä kaikkia ionisoivan säteilyn lajeja. Laitteesta voivat hyötyä mm. teollisuuden ja lääketieteen säteilynkäyttäjät, viranomaiset, ydinenergia-ala, ensivasteen toimijat sekä sotilaskäyttäjät. Teknologialle on haettu patenttia, ja seuraavaksi selvitetään sen kaupallistamismahdollisuuksia.
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