Structural Investigations of Self-Assembled Nanomaterials

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Panu Hiekkataipale

Organisaatiot

Kuvaus

Nanomittakaavan rakenteita voidaan tehokkaasti hienosäätää nanopartikkeleiden ja lohkopolymeerien itsejärjestymisen avulla. Periodisten nanometrimittakaavan rakenteiden tutkimuksessa pienen kulman röntgendiffraktio on luotettavin mittausmenetelmä. Tässä työssä on suunniteltu ja rakennettu pienen kulman röntgendiffraktiolaitteisto, jonka kulmaresoluutio on verrattavissa pienen kulman synkrotronilinjoihin. Tärkeimpiä toimintoja ohjataan tietokoneella ja kymmenien näytteiden automaattinen mittaaminen on mahdollista. Detektorin etäisyys näytteestä on säädettävissä 0.5 ja 5 metrin välillä, mikä mahdollistaa periodisten rakenteiden mittaamisen 1 nm kokoluokasta yli 300 nm kokoluokkaan. Diffraktiolaitteistoa on käytetty julkaisuissa I - IV useiden morfologioiden luotettavaan määritykseen. Lisäksi laitteistoa on käytetty kymmenissä muissa julkaisuissa. Julkaisussa I lehmänpavun kloroosiläikkävirus ja kultananopartikkelit itsejärjestyivät AB8fcc-tyyppiseen kiderakenteeseen, jollaista ei ole aikaisemmin havaittu atomi- tai molekyylikokoluokassa. Vastaava rakenne on aikaisemmin havaittu ainoastaan suurilla kolloidisilla polymeeripartikkeleilla mikrometrikokoluokassa. Lisäksi osoitettiin, että proteiinikuoria voidaan käyttää periodisten nanorakenteiden tuottamiseen, mikä avaa mahdollisuuksia monien bioyhteensopivien sovellusten kehittämiseksi. Julkaisussa II osoitettiin rautaoksidipartikkeleita ympäröivien proteiinikuorien ja valolla pilkottavissa olevien Newkome-tyyppisten dendronien itsejärjestyvän mikrometrin kokoluokkaa oleviksi rakenteiksi. Rakenteiden sisäinen kidepakkaus noudattaa pintakeskeistä kuutiollista hilarakennetta. ABC-kolmilohkopolymeerien itsejärjestyminen tuottaa monipuolisia morfologioita. Tiettyjen morfologioiden pohjalta voidaan tuottaa Janus-nanopartikkeleita. Julkaisussa III polystyreeni–lohko–polybutadieni–lohko–poly(tert–butyyli metakrylaatti) kolmilohkopolymeerin faasidiagrammi kartoitettiin. Määriteltyjä morfologioita olivat mm. lamelli, putkimainen sylinterirakenne, gyroidirakenne. Havaitut morfologiat mahdollistavat monipuolisten rakenteiden räätälöimisen erilaisille sovelluksille. Julkaisussa IV tutkittiin polystyreeni–lohko–poly(4–vinyylipyridiini)–lohko–poly(tert–butyyli metakrylaatti) kolmilohkopolymeerin morfologioiden säätämistä vetysitoutuneella 4–(4–pentyylifenyyliatso)fenolilla. Työssä pienen kulman röntgendiffraktiolaitteistolla havaittiin uusia itsejärjestyneitä rakenteita. Näihin kuului mm. sylinterirakenne lamellirakenteen rajapinnassa, monikerros ABCB-lamellirakenne ja perforoitu lamellirakenne. Useista morfologioista voidaan tuottaa Janus-sylintereitä, Janus-levyjä ja perforoituja Janus-levyjä. Perforoitu Janus-levy on nanohuokoinen kalvo, jonka eri puolilla on erilainen kemiallinen rakenne ja jonka huokoskoko on 20 nm kokoluokkaa. Tällaisia perforoituja Janus-kalvoja voidaan käyttää valikoivan läpäisyn sovelluksissa.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-7110-7
Sähköinen ISBN978-952-60-7109-1
TilaJulkaistu - 2016
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • pienen kulman röntgendiffraktio, itsejärjestyminen, nanopartikkelit, lohkopolymeerit

ID: 18541108