Abstrakti
Hiileen pohjautuvilla nanomateriaaleilla on lukuisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä kiinnostavia tutkimuskohteita useilla tieteen aloilla. Mahdollisia sovellutuskohteita löytyy esimerkiksi energiaratkaisuiden, pinnoitteiden ja sähkökemiallisten antureiden parista.
Tässä työssä tutkitaan näiden materiaalien rakenteen ja ominaisuuksien välistä suhdetta laskennallisia menetelmiä hyödyntäen. Tarkastelun kohteena on erityisesti hiilen pintakemia. Työssä on kehitetty uusi menetelmä hiilipohjaisten materiaalien karakterisointia varten. Menetelmä perustuu kokeellisten tulosten systemaattiseen analyysiin laskennallisten tulosten avulla.
Tarkastelun kohteina olevat materiaalit sisältävät usein hiilen lisäksi myös muita alkuaineita, kuten vetyä ja happea. Koska materiaalien ominaisuudet riippuvat niiden kemiallisesta koostumuksesta, sisältää tämä työ myös yksityiskohtaisen analyysin hiilipintojen reaktiivisuudesta. Analyysi on suoritettu yhdistämällä tiheysfunktionaaliteoriaan sekä koneoppimiseen perustuvia menetelmiä. Koneoppisen avulla saavutetaan tarvittava määrä tutkittavia rakenteita, jotta tulokset olisivat tilastollisesti merkittäviä, sekä rakenteiden merkityksellinen luokittelu, kun taas tiheysfunktionaaliteoria tarjoaa laskennallista tarkkuutta – menetelmät siis tukevat toisiaan.
Kun olemme tarkastelleet hiilipintojen reaktiivisuutta, siirrymme materiaalin karakterisointiin. Tämä on välttämätöntä, jotta laskennallisia ja kokeellisia tuloksia voidaan vertailla. Vertailu on arvokasta kahdella tapaa: haluamme ymmärtää kokeellisia tuloksia paremmin, mutta samalla myös varmistaa, että laskennalliset mallit kuvaavat todellisuutta mahdollisimman todenmukaisesti. Toisin sanoen, tarkistamme, että mallimme mahdollistavat laskennallisen kokeen.
Röntgenspektroskopiaan perustuvilla mittauksilla on mahdollista analysoida materiaalien pintakemiaa erittäin tarkasti. Mutta, erityisesti, jos näytteen rakenne on järjestäytymätön, kuten amorfisen hiilen tapauksessa, tulosten tulkinta voi olla hyvin haastavaa. Tässä työssä esitelty laskennallinen menetelmä tarjoaa uuden työkalun tulosten tulkintaan ja mahdollistaa tulosten tulkinnan atomitasolla.
Loppupäätelmänä voidaan todeta, että laskennallisten menetelmien yhdistäminen kokeellisten tulosten tulkitsemiseksi tukee uusien räätälöityjen nanomateriaalien kehitystyötä. Näille materiaaleille on kysyntää esimerkiksi sähkökemiallisten antureiden suunnittelussa, mutta myös lukuisilla muilla korkean teknologian aloilla.
Julkaisun otsikon käännös | Hiilipohjaisten nanomateriaalien pintakemian syvällinen analyysi |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-1034-0 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-1035-7 |
Tila | Julkaistu - 2022 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- nanomateriaalit
- hiili
- sähkökemia
- tiheysfunktionaaliteoria
- koneoppiminen