Ajankohtaista

ald-tutkimus.jpg

Hybridikalvoja atomikerroskasvatuksella

14.02.2012

Alun perin Suomessa kehitetty atomikerroskasvatustekniikka (ALD) on kasvatusmenetelmä, jonka avulla kaasumaisista lähtöaineista saadaan muodostettua atomikerros atomikerrokselta ohuita kalvoja erilaisille pinnoille. ALD:n etuihin kuuluvat ohutkalvon kasvatusprosessin hyvä toistettavuus ja hallinta, kalvon paksuuden helppo säätö sekä kasvatettujen kalvojen erinomaiset ominaisuudet, kuten esimerkiksi niiden tasaisuus ja tiiviys.

Nykyään ALD:lla on käyttöä elektroniikka- ja puolijohdeteollisuudessa, ja uusia sovelluskohteita tulee jatkuvasti lisää. Menetelmällä on yleensä kasvatettu epäorgaanisia kalvoja, esimerkiksi erilaisia oksidi- tai nitridikalvoja. Vasta aivan viime vuosina on ryhdytty tutkimaan hybridikalvoja eli epäorgaanisia ja orgaanisia kerroksia sisältävien kalvojen kasvatusta ALD:lla.

Tutkimus alkuvaiheessa

Ensimmäinen hybridirakenteiden tutkimusjulkaisu on vuodelta 2008, ja asiaa aktiivisti tutkivia ryhmiä on maailmalla toistaiseksi vain muutamia. Yksi niistä, ja ainoa Suomessa, toimii Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulussa akatemiaprofessori Maarit Karppisen ryhmässä. "Hybridikalvot ovat mielenkiintoisia, koska niissä voidaan monipuolisesti yhdistää erilaisia epäorgaanisilla ja orgaanisilla aineilla olevia ominaisuuksia", kertoo tutkija Pia Sundberg.

Ryhmä on valmistanut uudentyyppistä pinnoitetta titaanitetrakloridista ja 4,4’-oksidianiliinista. "Teoriassa kalvo muodostuu jaksottaisista titaani- ja dianiliinikerroksista, mutta käytännössä kerrokset menevät limittäin. Muodostuva kalvo on amorfinen ja erittäin tasainen sekä myös stabiili. Aiemmin julkistettujen hybridikalvojen paksuus on saattanut muuttua jopa parikymmentä prosenttia ilman kosteuden johdosta", kuvailee Sundberg saavutettuja tuloksia.

Tällä hetkellä ryhmässä keskitytään hybridikalvojen ominaisuuksien testaamiseen. "Tutkimme kuinka kalvon ominaisuudet muuttuvat, kun epäorgaanisten ja orgaanisten osien määrien suhteita muutetaan." Sundbergin mukaan epäorgaaninen atomikerros voi tuoda kalvoon esimerkiksi sähkönjohtavuutta sekä mekaanista ja termistä stabiiliutta, kun taas orgaaninen osa voi lisätä kalvon työstettävyyttä ja joustavuutta.

Sovellukset tulevaisuudessa

Hybridikalvot ovat niin uusi asia, että niille ei ole vielä ehditty kehittää käytännön sovelluksia. Mahdollisuuksia löytyy muun muassa sensoreista, katalyyteista, kehittyvästä orgaanisesta elektroniikasta ja erilaisista pinnoitesovelluksista.

Ryhmällä on ollut VTT:n kanssa yhteistyöprojekti, jossa pyrittiin parantamaan biopolymeerien kykyä toimia kosteuden ja hapen läpäisyn estokerroksena. "Tässä työssä ei käytetty titaanidianiliinikalvoa, koska sen valmistamisessa tarvittava lämpötila on liian korkea biopolymeereille. Sen sijaan biopolymeeri pinnoitettiin alumiinioksidilla ja ja niin kutsutulla alukonilla, tai oikeammin alumiinialkoksidipolymeerillä. Jälkimmäinen on hybridikalvo, joka muodostuu trimetyylialumiinista ja etyleeniglykolista matalassa lämpötilassa. Tutkimuksesta on jo kirjoitettu julkaisu ", Sundberg kertoo.

Kiinnostus hybridipinnoitteita kohtaan kasvaa maailmalla koko ajan. Tämä avaa ALD:lle uusia käyttömahdollisuuksia aina teollisuussovelluksiin asti. Aalto-yliopisto on ollut hybridikalvojen tutkimuksessa mukana alusta alkaen ja työ aiheen parissa jatkuu siellä edelleen aktiivisesti.

 

Lisätietoja:

tutkija Pia Sundberg
Aalto-yliopisto
Kemian tekniikan korkeakoulu
Kemian laitos
pia.sundberg [at] aalto [dot] fi

Takaisin

Sivusta vastaa: viestinta-chem [at] aalto [dot] fi (Kemian tekniikan korkeakoulu) | Viimeksi päivitetty: 21.08.2013.