Â鶹´«Ã½

Väitöskirjan nimi: Mesostructure engineering in MXene-based nanocomposites for broadband modulation: from microwave to infrared

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Xiaodan Hong
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: professori Chong Min Koo, Sungkyunkwan University, Korean tasavalta 
Kustos: Aalto-professori Olli Ikkala, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Aina älypuhelimista ilmailujärjestelmiin, nykymaailmamme on yhä riippuvaisempi edistyksellisestä elektroniikasta. Tämä kehitys tuo kuitenkin mukanaan suuren piilevän haasteen: sähkömagneettiset häiriöt (EMI), jotka voivat häiritä muita lähellä olevia elektroniikkalaitteita ja heikentää niiden suorituskykyä. Tämän teknologian suojaamiseksi erittäin ohuiden ja tehokkaiden suojamateriaalien kehittäminen on ensiarvoisen tärkeää. 

MXenet – vallankumouksellinen 2D-nanomateriaalien perhe, joka löydettiin Nobel-palkitun grafeenin vanavedessä – ovat nousseet johtavaksi ehdokkaaksi tähän tehtävään. Niiden käytännön soveltamista on kuitenkin jarruttanut materiaalin luontainen epästabiilius; ne hajoavat nopeasti joutuessaan alttiiksi ilmalle ja vedelle, kasautuvat helposti ja ovat edelleen vaikeasti valmistettavissa teollisessa mittakaavassa. 

Tämä väitöskirja vastaa suoraan näihin haasteisiin muokkaamalla MXenejä molekyylitasolla. Tutkimus osoittaa, että tiettyjen korkean permittiivisyyden omaavien orgaanisten liuottimien käyttö estää tehokkaasti materiaalin hapettumista, kun taas ligniinin – puumassateollisuuden kestävän sivutuotteen – käyttö toimii "älykkäänä kääreenä" estäen materiaalin kasautumista. Tämä amfifiilinen lisäaine laajentaa liukoisuutta ja mahdollistaa materiaalin sisäisen rakenteen hallinnan alle nanometrin tarkkuudella, mikä kartoitettiin tarkasti käyttämällä uutta, helppokäyttöistä röntgensirontamenetelmää. 

Keskeinen läpimurto on erittäin ohuiden, itsestään kantavien (freestanding) kalvojen ja pinnoitteiden onnistunut valmistus. Nämä materiaalit tarjoavat erinomaisen sähkömagneettisen suojauksen säilyttäen samalla poikkeuksellisen pitkäaikaisen stabiiliuden. Luomalla selkeät säännöt sille, miten mikroskooppinen järjestyminen määrää makroskooppiset ominaisuudet, tämä väitöskirja täyttää kriittisen aukon materiaalitieteessä. Se nostaa MXenet herkästä laboratoriotason kuriositeetista vankaksi ja skaalautuvaksi alustaksi edistyneelle valmistusteknologialle. 

Näiden stabiilien MXene-rakenteiden sovellusmahdollisuudet ovat laajat. Niitä voidaan integroida saumattomasti 5G/6G-verkkoihin, puettavaan elektroniikkaan ja ilmailukomponentteihin. Passiivisen EMI-suojauksen lisäksi näitä monikäyttöisiä materiaaleja voidaan räätälöidä aktiiviseen sähkömagneettisten aaltojen absorptioon tai infrapunavalon modulointiin edistynyttä lämmönhallintaa varten. 

Lopulta tämän väitöskirjan antamat havainnot osoittavat, että nanoteknologialla yhdistettynä kestäviin, biopohjaisiin komponentteihin voidaan voittaa 2D-materiaalien sisäiset puutteet. Tarjoamalla stabiilin, skaalautuvan ja rakenteellisesti tarkan viitekehyksen monitoimisten ohutkalvojen valmistukseen, tämä työ tasoittaa tietä pienemmille, turvallisemmille ja luotettavammille elektroniikkalaitteille keskinäisriippuvaisessa tulevaisuudessamme.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .