Kohti sähköä johtavaa sementtiä

31.05.13

Tutkijat ovat saaneet selville, miten nestemäisen sementtipohjaisen lasimateriaalin voi muuttaa puolijohtavaksi yhdisteeksi. Kansainvälinen tutkimushanke on osa Suomen Akatemian ja Japan Science and Technology Agencyn funktionaalisten materiaalien yhteistyöhanketta sekä Suomen Akatemian Laskennallisen nanotieteen huippuyksikön tutkimusta. Tutkimus on julkaistu uusimmassa Proceedings of the National Academy of Sciences USA -lehdessä.

”Uudella lasimaisella materiaalilla voi tulevaisuudessa olla sovelluksia esimerkiksi nestekidenäyttöjen ohutkalvovastuksissa, suojaavissa pinnoitteissa, ja mikroprosessoreissa. Materiaali kestää metalleja paremmin korroosiota, on tavanomaisia laseja kestävämpää, takaa alhaisen energiahävikin magneettikentissä, ja sen lasimainen juoksevuus helpottaa käsittelyä ja muotoilua”, kertoo tutkimuksen teoreettisesta osasta vastannut akatemiatutkija Jaakko Akola Tampereen teknillisestä yliopistosta ja Aalto-yliopistosta.

Ryhmä tutki kalsiumoksidin ja alumiinioksidin yhdisteistä erityisesti mayeniitti-nimistä mineraalia. Mineraali kuumennettiin 2000 asteeseen aerodynaamisen leijutuksen ja laserkuumennuksen avulla, jonka jälkeen materiaalin annettiin jäähtyä lasimaiseen olotilaan. Leijutus esti materiaalin haitallisen kiteytymisen säiliön pinnalle. Tutkijat havaitsivat, että lasimaiseen materiaaliin jää häkkimäisen atomirakenteen ansiosta ylimääräisiä ”loukkuuntuneita” elektroneja, joiden ansiosta materiaali voi johtaa sähköä metallin tavoin.

Atomirakenteen selvitystyössä ja elektronisten ominaisuuksien analysoinnissa tutkijat käyttivät sekä kokeellisia että teoreettisia menetelmiä. Elektronirakennelaskut suoritettiin CSC – Tieteen tietotekniikan keskuksen (Espoo) ja Forschungszentrum Jülichin (Saksa) supertietokoneilla.

”Tiedämme nyt atomitasolla, miten puolijohtavia lasimateriaaleja voidaan tehdä. Tutkimustietoa voidaan hyödyntää uusien materiaalien testauksessa ja valmistamisessa”, Akola kertoo.

Lisätietoja:
Akatemiatutkija Jaakko Akola
Materiaalit ja molekyläärinen mallinnus
Fysiikan laitos
Tampereen teknillinen yliopisto
p. 040-1981179
jaakko.akola(at)tut.fi

J. Akola, S. Kohara, K. Ohara, A. Fujiwara, Y. Watanabe, A. Masuno, T. Usuki, T. Kubo, A. Nakahira, K. Nitta, T. Uruga, J. K. R. Weber, C. J. Benmore, Network Topology and Formation of Solvated Electrons in Binary CaO-Al2O3 Composition Glasses, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., Early Edition, May 30 2013.
DOI: 10.1073/pnas.1300908110 http://www.pnas.org/content/early/2013/05/30/1300908110


Suomen Akatemian viestintä
tiedottaja Risto Alatarvas
p. 029 533 5007
etunimi.sukunimi(at)aka.fi 

Kuva. Loukkuuntunut elektroni lasimaisen materiaalin muodostamassa häkissä. Värit: Elektroni, sininen; kalsium, vihreä; alumiini, harmaa; ja happi, punainen.


 

Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »