Uusi ympäristöystävällinen synteettinen materiaali hohtaa valoa ja vaihtaa väriä (Väitös: FM Isabella Norrbo, 17.5.2019, kemia)
Isabella Norrbo tutki Turun yliopistoon tekemässään väitöskirjassa luonnon mineraaliin perustuvaa materiaalia, jota olisi mahdollista hyödyntää esimerkiksi auringon UV-säteilyn altistuksen seuraamiseen. Norrbon tutkima materiaali on ympäristöystävällinen ja halpa valmistaa, joten sen hyödyntäminen toisi positiivisia vaikutuksia sekä tuotteiden valmistajille että ympäristölle.
Turun yliopiston kemian laitoksella on valmistettu synteettisesti materiaalia, joka vastaa koostumukseltaan luonnon mineraalia hackmaniittia. Tällä materiaalilla on todettu olevan useita optisia ominaisuuksia, kuten luminesenssi ja fotokromismi.
– Luminesenssi tarkoittaa, että materiaali loistaa näkyvää valoa, kun se altistetaan esimerkiksi auringon valolle. Fotokromismi puolestaan tarkoittaa, että materiaali vaihtaa väriä altistuessaan säteilylle, selventää väitöskirjatyön tehnyt Isabella Norrbo.
Luonnon mineraalista poiketen synteettisessä hackmaniitissa on myös viivästynyttä luminesenssia eli jälkiloistetta. Se siis loistaa pimeässä tunteja sen jälkeen, kun virittävä säteily on poistettu. Tällä saralla synteettinen hackmaniitti suoriutui ennätyksellisen hyvin, sillä tutkijat mittasivat jälkiloisteen kestoksi jopa sata tuntia.
– Koska hackmaniitin jälkiloiste on valkoista valoa, voitaisiin sitä käyttää esimerkiksi pimeässä hohtavissa leluissa, eli niin sanotusti hupitarkoituksiin. Jotta hackmaniittia voitaisiin käyttää muuallakin kuin hupisovelluksissa, tulee sen jälkiloisteen pituutta kasvattaa. Nykyinen loiste on ihmissilmän havaittavissa vain seitsemän tunnin ajan, Norrbo kertoo.
Myös fotokromismille on ehdotettu mahdollisia sovelluksia. Tutkijat huomasivat, että synteettisen hackmaniitin värin vaihtumisen raja voidaan säätää UV-alueella vastaamaan ihon vaurioitumista UV-altistuksesta. Synteettisestä hackmaniitista voisi siis valmistaa mittareita, joista jokainen voisi seurata omaa henkilökohtaista UV-altistustaan ja näin välttää haitalliset annokset.
Synteettisen hackmaniitin ominaisuuksia voidaan hallita
Synteettisten hackmaniittien etuna on niiden helppo ja halpa synteesi, sekä koostumus, joka ei sisällä myrkyllisiä aineita. Lisäksi mineraaliin perustuva rakenne on kestävä, jolloin se ei hajoa ajan kuluessa. Rakenne kestää hyvin myös vettä.
– Nämä ovat valtavia etuja, jos mietitään materiaalin mahdollisia käyttösovelluksia. Ympäristöystävällisyys on tänä päivänä iso plussa, Norrbo huomauttaa.
Luminesenssi ja fotokromismi ovat tuttuja ominaisuuksia luonnon hackmaniiteista. Synteettisen hackmaniitin materiaalit kuitenkin valmistettiin laboratoriossa, jolloin niiden ominaisuuksia pystyttiin hallitsemaan. Tutkijat pystyivät muuttamaan esimerkiksi luminesenssin väriä lisäämällä tai vähentämällä näytteessä olevan rikin määrää.
– Käytimme alkuun paljon aikaa tutkiessamme, mitkä asiat materiaalissa vaikuttavat optisiin ominaisuuksiin. Kun saimme lisää tietoa mekanismeista, joilla loiste ja värin vaihtuminen syntyvät, oli ominaisuuksien hallitseminen helppoa, Norrbo toteaa.
***
FM Isabella Norrbo esittää väitöskirjansa ”Synthetic hackmanites and their optical properties - from theory to applications” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 17.5.2019 klo 12.00 (Turun yliopisto, Arcanum, Arc 1, Arcanuminkuja 4, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Mark T. Weller (Cardiff University, Iso-Britannia) ja kustoksena dosentti Mika Lastusaari (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on kemia.
Väittelijän yhteystiedot: 0401637077, tijnor@utu.fi
