Pieniä ihmeitä20.08.2020
Aalto-yliopistossa kehitetty musta valoanturi ylitti ensimmäisenä maailmassa sadan prosentin hyötysuhteen? Aallon tutkijoiden kehittämä, mustaan piihin pohjautuva UV-valoanturi on saavuttanut yli 130 prosentin hyötysuhteen. Samalla se ylitti ensimmäisenä maailmassa 100 prosentin rajan, jota on tähän asti pidetty ulkoisen kvanttihyötysuhteen teoreettisena maksimina. ”Tulos oli niin hyvä, ettemme itsekään meinanneet ensin uskoa sitä. Siksi päätimme heti, että se pitää saada vahvistettua riippumattomilla mittauksilla”, Elektronifysiikan tutkimusryhmää vetävä professori Hele Savin kertoo. Tarkistusmittaukset suoritti Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB, joka vastaa muun muassa metrijärjestelmän määritelmistä ja sen valvonnasta. Sadan prosentin ulkoisessa kvanttihyötysuhteessa jokaisesta fotonista saadaan talteen yksi elektroni. 130 prosentin hyötysuhde tarkoittaa, että jokaisesta fotonista saadaankin ulkoiseen virtapiiriin keskimäärin 1,3 elektronia. Tutkijat osoittivat, että suuren ulkoisen kvanttihyötysuhteen salaisuus on niin sanottu korkeaenergisten fotonien aiheuttama elektronien monistuminen, joka tapahtuu mustasta piistä tehtyjen nanorakenteiden sisällä. Ilmiötä ei ole aiemmin havaittu kokeellisesti, sillä tavallisesti erilaiset optiset ja sähköiset häviömekanismit ovat peittäneet sen alleen. Käytännössä ennätyshyötysuhde tarkoittaa ennätysherkkiä antureita, jotka parantavat merkittävästi minkä tahansa valon mittaamista hyödyntävän laitteen suorituskykyä. ”Herkille UV-valomittareille on paljon kysyntää esimerkiksi biotekniikan sovelluksissa ja teollisuusprosessien valvonnassa”, kertoo ennätysantureita kaupallistavan, Aallosta ponnistaneen Elfys Oy:n toimitusjohtaja TkT Mikko Juntunen. Linköpingin yliopisto retostelee puolestaan tehneensä nanoselluloosasta kultaa! "Yksinkertaisesti sanottuna, me valmistamme kultaa nanoselluloosasta", sanoo Linköpingin yliopiston fysiikan, kemian ja biologian laitoksen biofysiikan ja biotekniikan osaston apulaisprofessori Daniel Aili.
Tutkijat ovat ujuttaneet nanoselluloosan pääasiassa hopean ja kullan nanohiukkasia. Ne räätälöidään ensin antamaan halutut ominaisuudet ja yhdistetään sitten nanoselluloosaan. Yksi jännittävä ilmiö on tapa, jolla materiaalin ominaisuudet muuttuvat paineen vaikutuksesta. Optisia ilmiöitä syntyy, kun hiukkaset lähestyvät toisiaan ja ovat vuorovaikutuksessa jolloin materiaali muuttaa väriä. Paineen kasvaessa materiaali näyttää lopulta olevan kultaa. Tutkijat ovat nimenneet ilmiön "mekanoplasmoniseksi vaikutukseksi" ja se on osoittautunut erittäin hyödylliseksi. Sopiva sovellus löytyy väriään muuttavista antureista, jotka on mahdollista lukea silmällä. Toinen mielenkiintoinen ilmiö esitetään materiaalimuunnelmalla, joka absorboi valoa paljon laajemman spektrin näkyvästä valosta ja tuottaa lämpöä. Tätä ominaisuutta voidaan käyttää sekä energiapohjaisissa sovelluksissa että lääketieteessä. ”Menetelmämme mahdollistaa nano-selluloosa- ja metalli-nanohiukkasten komposiittien valmistuksen, jotka ovat pehmeitä ja bioyhteensopivia materiaaleja optisiin, katalyyttisiin, sähköisiin ja biolääketieteisiin sovelluksiin. |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Kun nanoselluloosaan yhdistetään erityyppisiä metallinanohiukkasia, muodostuu materiaaleja, joilla on monia uusia ja mielenkiintoisia ominaisuuksia. Ne voivat olla antibakteerisia, muuttaa väriä paineen alaisena tai muuttaa valon lämmöksi.