Abstrakti
Energian kulutuksen arvioidaan kasvavan lähivuosikymmeninä jopa 50%, mikä rasittaa energiantuotantoketjua ja asettaa vaatimuksia käyttämämme teknologian energiatehokkuudelle. Valtaosa kulutetusta primäärienergiasta menetetään hukkalämpönä, jota esiintyy kaikkialla hankalasti hyödynnettävässä muodossa. Samaan aikaan sähköisten laitteiden määrä niin arkikäytössä kuin teollisuudessakin kasvaa nopeasti.
Lämpösähköiset materiaalit mahdollistavat lämmön muuntamisen sähköksi, mutta heikko teho-kustannussuhde hidastaa niiden yleistymistä. Materiaalien sähköisten- ja lämpöominaisuuksien muokkaaminen nanorakenteistamalla kuitenkin mahdollistaa näiden materiaalien suorituskyvyn kasvattamisen. Nanorakenteistamalla on mahdollista parantaa myös materiaalien muita ominaisuuksia, kuten läpinäkyvyyttä tai taipuisuutta. Tällaisilla funktionaalisilla ominaisuuksilla varustettujen lämpösähköisten materiaalien saatavuus voi edistää lämpösähköisten laitteiden yleistymistä uusien käyttökohteiden ja sovellusten kautta.
Tämä väitöskirja esittelee tapoja toteutta nanorakenteistamista hyödyntäviä lämpösähköisiä materiaaleja sekä näihin materiaaleihin pohjautuvia laitteita. Väitöskirjassa tutkitaan ensin lämpöominaisuuksia kuori-vaippa GaAs-AlAs -nanolankahiloissa, joka on tärkeä materiaali etenkin optoelektroniikan sovelluksissa. Transientilla lämpöreflektanssimittauksella havaitaan epitaksiaalisen AlAs-vaipan paksuuden vaikuttavan heterorakenteen lämpöominaisuuksiin.Seuraavaksi tutkitaan läpinäkyvän lämpösähköisen materiaalin, ZnO:n, ominaisuuksia atomikerroskasvatetuista (ALD) kalvoista. Zirkonin kasvattamisen ZnO-kerrosten väliin havaitaan parantavan lämpösähköisiä ominaisuuksia huoneenlämmössä 2% nimellisellä zirkonkonsentraatiolla. Kun nanohuokoista ruohonkaltaista alumiinioksidia (GLA) käytetään Al-seostetun ZnO:n (AZO) kasvatusalustana, havaitaan kasvanut varauksenkuljettajatiheys ja tästä seuraava parannus sekä sähkönjohtavuudessa että tehokertoimessa. Lisäksi GLA:n päälle kasvatetun AZO:n läpinäkyvyyden havaitaan parantuvan GLA:lta osittain periytyvän heijastamattomuuden ansiosta. Lopuksi nanorakenteisia materiaaleja käytetään kahden erityyppisen taipuisan lämpösähköisen laitteen toteutuksessa. Ensin esitellään suoraan taipuisalle muoville kasvatettuihin InAs-nanolankaverkkoihin pohjautuva lämpösähköinen generaattori, minkä jälkeen esitellään ruiskupinnoitettua grafeenikalvoa hyödyntävä passiivinen lämpötilajakauma-anturi.
Työn tulokset esittävät tapoja toteuttaa funktionaalisiin sovelluksiin sopivia lämpösähköisiä materiaaleja. Esitellyt lähestymistavat mahdollistavat skaalautuvaa ja kustannustehokasta materiaalien valmistusta, viitoittaen siten tietä kohti funktionaalisten lämpösähköisten laitteiden hyödyntämistä käytännön sovelluksissa.
Julkaisun otsikon käännös | Nanorakenteiset lämpösähköiset materiaalit läpinäkyviin ja taipuisiin sovelluksiin |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-1374-7 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-1375-4 |
Tila | Julkaistu - 2023 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- lämpösähköinen ilmiö
- nanorakenteet
- ohutkalvot
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Nanorakenteiset lämpösähköiset materiaalit läpinäkyviin ja taipuisiin sovelluksiin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
-
-
OtaNano Nanomikroskopiakeskus
Seitsonen, J. (Manager) & Rissanen, A. (Other)
OtaNanoLaitteistot/tilat: Facility