Väittelijä paransi up-konvertoivien loisteaineiden tehokkuutta (Väitös: FM Tero Laihinen, 14.12.2016, kemia)
08.12.2016
Filosofian maisteri Tero Laihinen on väitöstyössään parantanut infrapunasäteilyä näkyväksi valoksi muuntavien up-konvertoivien loisteaineiden tehokkuutta huomattavasti. Up-konvertoivilla loisteaineilla on paljon potentiaalisia sovelluskohteita kuten laserit, näytöt, turvatulostus, aurinkokennot, fotosynteesin tehostaminen ja lääketieteellinen kuvantaminen. – Täyden potentiaalin hyödyntämiseksi niiden tehokkuutta tulisi kuitenkin parantaa, Laihinen sanoo.
Turun yliopiston tiedote 8.12.2016
Erilaisia valoa tuottavia loisteaineita on käytetty jo kauan erilaisissa sovelluksissa ja uusia käyttökohteita keksitään koko ajan lisää. Samalla materiaalien laatuvaatimukset kasvavat jatkuvasti. Tero Laihinen tutki työssään infrapunasäteilyä näkyväksi valoksi up-konvertoivia loisteaineita.
– Up-konvertoivien loisteaineiden tutkimus on edennyt viime vuosina isoin harppauksin, minkä perusteella on lupa odottaa lopullista läpimurtoa minä hetkenä tahansa. Erityisen hienoa on että turkulaiset tutkijat ja yritykset ovat kehityksen kärkijoukossa. Tällaisia materiaaleja on jo kaupallisessa käytössä ja niiden käyttö tulee varmasti lisääntymään tulevaisuudessa, Laihinen pohtii.
Hän tutki materiaalien ominaisuuksia kattavasti useilla erilaisilla tutkimusmenetelmillä ja hyödynsi tuloksia uusien materiaalien valmistuksessa. Nyt muun muassa loisteen väriä voidaan säätää helposti tarpeen mukaan.
Up-konvertoivat loisteaineet muuntavat näkymätöntä infrapunasäteilyä näkyväksi valoksi
Päinvastoin kuin loisteaineet yleensä, up-konvertoivat loisteaineet muuntavat matalaenergistä infrapunasäteilyä korkeaenergisemmäksi näkyväksi valoksi ja jopa UV-säteilyksi. Harvinaisiin maametalleihin kuuluvat lantanidit ovat tähän tarkoitukseen erityisen hyviä.
– Energian kasvaminen prosessin aikana saattaa kuulostaa mahdottomalta, mutta selitys on yksinkertainen. Lantanidien energiatilat ovat tikapuumaiset, mikä mahdollistaa tavallaan pienten energiapakettien, eli fotonien, pinoutumisen ja yhdistymisen yhdeksi suureksi energiapaketiksi. Tämän ihminen voi sitten havaita esimerkiksi vihreänä valona, Laihinen valaisee.
NaYF4 ja lantanidit – loistava yhdistelmä
Lantanidit mahdollistavat up-konversioluminesenssin, mutta ne tarvitsevat avukseen pohja-aineen. Tällainen on esimerkiksi Laihisenkin käyttämä NaYF4, joka on yksi parhaista ja eniten käytetyistä pohja-aineista. Sillä on erinomaiset ominaisuudet, esimerkiksi kidehilan fononien pieni energia, kaksi kationipaikkaa ja kationien sopiva koko, ja sen valmistamiseen on useita helppoja ja nopeita menetelmiä.
– Seostettavan lantanidin pitoisuus täytyy pitää melko alhaisena, jotta luminesenssi eli loiste on mahdollisimman voimakasta. Siksi tarvitaan jokin aine, millä pitoisuutta voidaan laimentaa, ja NaYF4 sopii tähän erittäin hyvin. NaYF4-pohjaisia up-konvertoivia loisteaineita on tutkittu kiivaasti viime vuosina ja nykyään muun muassa niiden kokoa ja muotoa voidaan säätää toiveiden mukaan hyvin tarkasti, Laihinen toteaa.
Laihinen paransi up-konvertoivien loisteaineiden tehokkuutta valmistusmenetelmää muokkaamalla. Lisäksi hän tutki tehostumisen syitä, jotta voitaisiin ymmärtää paremmin kemiallisten ja rakenteellisten ominaisuuksien vaikutusta luminesenssin tehokkuuteen. Vanhalla ja uudella tavalla valmistettujen materiaalien ominaisuuksissa havaittiin useita eroja.
***
FM Tero Laihinen esittää väitöskirjansa Lanthanide doped NaYF4 up-conversion luminescence materials julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa keskiviikkona 14.12.2016 klo 12.00 (Turun yliopisto, Arcanum, Arc 1, Arcanuminkuja 4, Turku).
Vastaväittäjänä toimii Dr hab. Dariusz Hreniak (Polska Akademia Nauk - PAN, Puola) ja kustoksena dosentti Mika Lastusaari (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.
FM Tero Laihinen on syntynyt vuonna 1987 ja kirjoittanut ylioppilaaksi Kastun lukiossa vuonna 2006. Korkeakoulututkintonsa (FM) Laihinen suoritti Turun yliopistossa vuonna 2013. Väittelijä työskentelee tohtorikoulutettavana Turun yliopistossa. Väitöksen alana on kemia.
Väittelijän yhteystiedot: p. 0442836660, tero.laihinen(at)gmail.com
Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/laihinen_tero.jpg
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://www.doria.fi/handle/10024/128284
**
Kaikki Turun yliopiston tiedotteet: www.utu.fi/tiedotteet