Aurinkokennoissa, viihde-elektroniikassa ja monissa muissa valoa hyödyntävissä sovelluksissa tarvitaan erilaisia ohutkalvoja optisissa pinnoissa. Kyseessä ovat erilaiset modernin fotoniikan sovellukset, joita voidaan tehdä nyt lähes räätälintyönä nanomittakaavassa. 

Näiden ohuiden ja järjestäytyneiden rakenteiden suunnittelu täytyy aloittaa atomi- ja molekyylitasolta, ja Tampereen teknillisessä yliopistossa ensi perjantaina väittelevän diplomi-insinööri Essi Sariola-Leikkaan väitöstyössä on keksitty uusi tapa tehdä näin uudenlaisilla itsekiinnittyvillä kemiallisilla rakennuspalikoilla.

"Itsekiinnittyvät molekyylit mahdollistavat jopa monikerroksisten ohutkalvojen valmistuksen yksinkertaisella tavalla", selittää Essi Sariola-Leikas, joka toimii tutkijana TTY:n kemian ja biotekniikan laitoksella supramolekulaarisen valokemian tutkimusryhmässä.

Väitöstyössään Sariola-Leikas valmisti useita valoaktiivisia orgaanisia väriaineita, muun muassa klorofyllin eli lehtivihreän johdannaisia. Näihin molekyyleihin liitettiin erilaisia niin sanottuja ankkuriryhmiä. Ankkurit kiinnittivät molekyylit kiinteille pinnoille tasaiseksi kaksiulotteiseksi kerrokseksi.

"Kukin pintamateriaali vaatii oman ankkuriryhmänsä", jatkaa Sariola-Leikas.

"Kiinnittyminen pintaan tapahtuu kuin itsestään, spontaanisti. Molekyyleille on vain annettava suotuisat olosuhteet toteuttaa tämä prosessi itse."

Tutkimuksessa molekyylit kiinnittyivät pinnalle kontrolloidusti. Yksinkertaisella tekniikalla onnistuttiin valmistamaan jopa kymmenen molekyylikerroksen paksuisia, stabiileja ja hyvin voimakasvärisiä rakenteita.

Ja mikä mielenkiintoisinta, rakentuivat nämä kerrokset kuin legopalikoiden muodostamat tornit, kerros kerrokselta.

Menetelmässä hyödynnettiin kemiallista metalli-ligandi-vuorovaikutusta.

Kyse on supramolekulaarisen kemian perustutkimuksesta, jolla ei ole suoraa, välitöntä sovelluskohdetta, mutta paljon mahdollisuuksia erilaisten – mahdollisesti jopa mullistavien – valoaktiivisten rakenteiden hyödyntämisessä.

Esimerkiksi valolla toimivat, kehitteillä olevat optiset tietokoneet tarvitsevat hyvin paljon uudenlaista fotoniikkaa, kuten myös uudenlaiset aurinkopaneelit. Samoin tiedonvälityksessä valoa käyttävät laitteet ovat riippuvaisia fotoniikasta sekä optisten osien pinnoitteista.

Essi Sariola-Leikkaan väitöskirjaa voi lukea osoitteessa http://URN.fi/URN:ISBN:978-952-15-3623-6.

Tämä teksti perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen.