Pieni on suurta ja näkymätön kätkee merkittävää tietoa - Tampereen teknillinen yliopisto

Pieni on suurta ja näkymätön kätkee merkittävää tietoa

Karakterisoidessaan materiaalia mikroskoopilla Minnamari Vippola laskeutuu atomitason maailmaan.

Associate professor Minnamari Vippola on erikoistunut materiaalikarakterisointiin, jossa selvitetään materiaalien rakennetta ja ominaisuuksia jopa millimetrin miljoonasosan tarkkuudella.

– Pienimmilläkin yksityiskohdilla on merkitystä, sillä niihin kätkeytyy tärkeää tietoa kokonaisuuden toiminnasta, hän kuvaa.

Vippolan johtama karakterisoinnin ryhmä avustaa materiaaliopin laitoksen tutkimusta ja tarvittaessa myös TTY:n kaikkia tutkimusryhmiä. Ryhmä käyttää karakterisoinnissa pääosin elektronimikroskopiaa ja röntgendiffraktiota, joilla kuvannetaan ja analysoidaan materiaalirakenteita. Ryhmä toimii myös NDT:n eli ainetta rikkomattoman testauksen parissa.

– NDT:ssä käytämme muun muassa Barkhausen menetelmää, jossa metalliin magnetoinnissa syntyvän Barkhausen-kohinan perusteella tehdään päätelmiä kappaleen jännitystiloista ja rakenteellisista ominaisuuksista. Parhaillaan käytämme NDT-menetelmiä testatessamme ratakiskoja TTY:n rakennustekniikan laitoksen projektissa.

TTY investoi miljoonan mikroskooppiin

Associate Professor Minnamari Vippola

  • Työskentelee TTY:n professorin tehtävään valmentavan tenure track -urapolun kolmannessa, Associate Professor -vaiheessa.
  • DI:n tutkinto 1995, tekniikan lisensiaatti 1998, tekniikan tohtori 2002.
  • Väitöskirja käsitteli tiivistettyjen plasmaruiskutettujen pinnotteiden mikrorakenteen karakterisointia.
  • Mikroskopiaan Vippola perehtyi ensimmäisen kerran vierailevana tutkijana Illinoisin yliopistossa (Urbana-Champaign) 90-luvun lopussa.

Nanomittakaavan tarkastelu vaatii tasokkaat mikroskoopit. Minnamari Vippolan mukaan TTY:n materiaalitutkimuksessa on hyvät peruslaitteistot. Erityistarpeissa käännytään muiden suomalaisten ja pohjoismaisten yliopistojen puoleen.

– Yliopistot käyttävät kustannustehokkaasti toistensa laitteita, sillä huippumikroskoopin hinta voi olla jopa useita miljoonia euroja, hän kertoo.

Lähiaikoina TTY:n laitteistoja täydennetään uudella FIB-SEM-pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Lähes miljoonan euron laite on materiaaliopin laitoksen ja Optoelektroniikan tutkimuskeskuksen yhteishankinta.

Fokusoidulla ionipommitusjärjestelmällä varustettu uusi mikroskooppi on laatuaan kolmas Suomessa.

– Sen etuna on, että voimme valmistaa materiaalista näytteitä läpivalaisu(TEM)-tarkasteluihin nanomittakaavan tarkkuudella. Voimme myös analysoida materiaalin rakennetta ja koostumusta 3D-malleilla. Tämä tarjoaa paljon uusia mahdollisuuksia ja säästää aikaamme merkittävästi, Vippola selvittää.

FIB-SEM tuottaa informaatiota, jonka perusteella materiaalia voidaan analysoida tarkasti jopa atomitason mittakaavassa. Entistä tarkemmasta ja luotettavammasta analyysista hyötyvät useat teollisuudenalat, esimerkiksi elektroniikkateollisuus.

Ympäristönäkökulma ohjaa

Vippolan ryhmän erityisalaa ovat eri materiaalien yhdistelmät eli hybridimateriaalit sekä katalysaattorimateriaalit, joita ryhmä on tutkinut pitkään Aalto-yliopiston ja Oulun yliopiston kanssa.

– Nykyisissä laitteissa ja koneissa tarvitaan kevyitä hybridimateriaaleja, jotka ovat yhtä lujia kuin teräs, mutta jotka kuormittavat ympäristöä paljon vähemmän.

Minnamari Vippola on perehtynyt myös nanomateriaaleihin. Hän on toiminut useita vuosia materiaaliasiantuntijana Työterveyslaitoksen projekteissa, joissa selvitetään nanomateriaalien terveysvaikutuksia.

– Nanomateriaalit haastavat myös materiaalitutkimuksen. Ne ovat suhteellisen uusi asia, eikä niiden rakenteesta ja ominaisuuksista olla vielä täysin perillä.

– Uhkakuvissa nanomateriaalit ovat uusi asbesti, mutta toistaiseksi mitään erityisen hälyttävää ei ole löydetty. Toisaalta emme tiedä vielä paljon niiden pitkäaikaisvaikutuksista, hän sanoo.

Päivittäjä: Mika Puonti, 24.09.2014 16:01.
Sisällöstä vastaa: Kemiläinen Marjut
Asiasanat: tiede ja tutkimus