Abstrakti
Uusien energiateknologioiden kehittäminen edellyttää usein uusien materiaalien valmistusta, mikä vaatii yhä useammin materiaalien muokkaamista nanomittakaavassa. Erinomaisia menetelmiä tähän tarkoitukseen ovat atomikerroskasvatus- (ALD) ja molekyylikerroskasvatustekniikka (MLD), jotka mahdollistavat kerrosrakenteisten, substituoitujen ja epäorgaanis-orgaanisten ohutkalvojen kasvatuksen moninaisten nanorakenteiden pinnoille. Titaanidioksidi on monipuolinen materiaali, joka tunnetaan parhaiten fotokatalyyttinä. Viime aikoina erityisesti Nb-substituoitu TiO2 on herättänyt kiinnostusta myös läpinäkyvänä sähkönjohteena sekä lämpösähköisenä materiaalina. Tässä väitöskirjassa taustoitetaan aluksi näiden sovellusten asettamia vaatimuksia materiaalien ominaisuuksille. Seuraavaksi esitellään tärkeimmät työssä hyödynnetyt kokeelliset menetelmät. Lopuksi vedetään yhteen väitöskirjatyön aikana syntyneet, kemian ja fysiikan alan tieteellisissä julkaisuissa esitellyt tulokset.
Kokeellisessa osassa kehitettiin aluksi ALD-prosessi Nb-substituoitujen TiO2-ohutkalvojen valmistukseen käyttäen TiCl4-, Nb(OEt)5- ja H2O-lähtöaineita. Niobiumin todettiin liukenevan pelkistävän lämpökäsittelyn myötä viidenarvoisena TiO2-kalvojen anataasi-rakenteeseen, minkä seurauksena materiaalit käyttäytyivät degeneroituneille puolijohteille ominaisella tavalla. Lämpökäsittelyä edeltävä kiteisyys materiaaleissa vaikutti huomattavasti niiden lopullisiin kuljetusominaisuuksiin; amorfisina kasvaneissa kalvoissa elektronien kuljetusta rajoittivat rakeiden sisäiset ominaisuudet, kun taas kiteisinä kasvaneissa kalvoissa raerajasironta alensi elektronien mobiliteettia huomattavasti. Valmistetuista materiaaleista erityisen lupaavasti läpinäkyvinä johteina toimivat 160–175 ⁰C lämpötilassa kasvatetut Ti0.93Nb0.07O2-ohutkalvot.
Lisäksi tässä väitöskirjatyössä valmistettiin epäorgaanis-orgaanisia TiO2:HQ-superhilaohutkalvoja yhdistämällä MLD-prekursori hydrokinoni (HQ) titaanidioksidin TiCl4/H2O-pohjaiseen ALD-prosessiin. Titaanidioksidikerrosten väliin kasvatettujen yksittäisten molekyylikerrosten havaittiin herkistävän TiO2 näkyvälle valolle, mikä on erittäin kiinnostavaa fotokatalyytti- ja aurinkokennosovellusten kannalta. Lämpökäsittelyn avulla molekyylikerrokset kyettiin muuntamaan ohuiksi grafiittisiksi kerroksiksi, ja näin saatiin aikaan uudentyyppisiä TiO2:C-superhilarakenteita. On huomattavaa, että sekä TiO2:HQ- että TiO2:C-superhilojen orgaaniset rajapinnat sirottivat fononeja tehokkaasti madaltaen materiaalien lämmönjohtavuuden erittäin alhaiseksi – tämä on lupaavaa lämpöeriste- sekä lämpösähkösovellusten kannalta.
| Julkaisun otsikon käännös | Titaanidioksidin ja vastaavien oksidiohutkalvojen ALD/MLD-kasvatus: Kuljetusominaisuuksien muokkaus |
|---|---|
| Alkuperäiskieli | Englanti |
| Pätevyys | Tohtorintutkinto |
| Myöntävä instituutio |
|
| Ohjaaja |
|
| Kustantaja | |
| Painoksen ISBN | 978-952-60-6605-9 |
| Sähköinen ISBN | 978-952-60-6606-6 |
| Tila | Julkaistu - 2015 |
| OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- atomi/molekyylikerroskasvatus
- ohutkalvo
- kuljetusominaisuudet
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Titaanidioksidin ja vastaavien oksidiohutkalvojen ALD/MLD-kasvatus: Kuljetusominaisuuksien muokkaus'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
Raaka-aineiden tutkimusinfrastruktuuri
Karppinen, M. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility
Siteeraa tätä
- APA
- Author
- BIBTEX
- Harvard
- Standard
- RIS
- Vancouver