Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Xianhu Liu

Väitöskirjan nimi: Magnetic field-induced particle assembly and jamming

Tohtoriopiskelija: Xianhu Liu
Vastaväittäjä: apulaisprofessori Germán Salazar Alvarez, Uppsala University, Ruotsi
Kustos: professori Olli Ikkala, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Ferromagneettiset materiaalit omaavat huomattavan kyvyn magneettua, kun altistuvat ulkoiselle magneettikentälle, ja ne reagoivat nopeasti magneettisiin ärsykkeisiin. Tämä tekee niistä ihanteellisia materiaalien kantajia reagoiville materiaaleille. Lisäksi ferromagneettisten hiukkasten kokoaminen magneettisen vaikutuksen alaisena mahdollistaa monipuolisten superviistorakenteiden luomisen, jotka vastaavat tiettyjä sovellustarpeita.

Tässä väitöskirjassa syntetisoitiin ferromagneettisia koboltti (Co) ja nikkeli (Ni) hiukkasia, joilla oli vaihteleva pinnan karkeus. Nämä hiukkaset toimivat perustana magneettikenttäindusoidulle kokoamiselle, mikä johti ainutlaatuisten superviistorakenteiden muodostumiseen. Näiden superviistorakenteiden erottuvat piirteet luonnehdittiin systemaattisesti, ja niiden mahdollisia sovelluksia tutkittiin.

Aluksi suhteellisen sileäpintaisia ferromagneettisia kobolttihiukkasia hyödyntämällä helpotettiin heikosti tukkeutuneiden superviistojen kokoamista magneettisen vaikutuksen alaisena. Näiden superviistojen morfologiaa voitiin säätää muuttamalla magneettikentän voimakkuutta, tarjoten muunneltavan herkkyyden paineärsykkeille. Tukkeutumisen tehostamiseksi käytettiin suhteellisen karkeampia ferromagneettisia nikkelipartikkeleita. Lisääntynyt partikkelien välinen kitka alensi tukkeutumisen vaatimaa kriittistä täyttötiheyttä. Tämän seurauksena tiiviisti pakatut superviistorakenteet muodostuivat magneettikentän vaikutuksesta. Tämä vahva tukkeutumisvaikutus aiheutti rakennettujen superviistojen rakenteellisen muistin, mikä mahdollisti säädettävän tukkeutumisen magneettikenttäkineettien kautta ja tarjosi laajan herkkyyden ärsykkeille. Viimeksi, tukkeutumisen aiheuttaman rakenteellisen muistin muuttaminen sähkösignaaleiksi, jotka voidaan edelleen muuntaa näkyväksi valoksi, osoitettiin.

Tämä koottu ferromagneettisten hiukkasten järjestelmä tarjoaa mahdollisuuden suunnitella koulutettavia ja sopeutuvia elämästä innoitettuja materiaaleja, esimerkiksi pehmeää robotiikkaa ja vuorovaikutteisia autonomisia laitteita varten.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus 

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52