Teknologiat

 

 

NPM –ryhmä (nanoscale phenomena and measurements)

NPM-ryhmä tutkii vaihtoehtoisten, uusiutuvien materiaalien käyttöä elektroniikassa, anturitekniikassa ja biolääketieteen sovelluksissa. Osaamme valmistaa tasalaatuisia kalvoja luonnonmateriaaleista, kuten nanoselluloosasta [1,2,3,4], käytettäväksi esimerkiksi anturi- tai substraattimateriaaleiksi. Laboratoriostamme löytyy muun muassa materiaalien sähkönjohtavuusmittauksiin ja pietsosähköisten antureiden herkkyysmittauksiin suunnitellut järjestelmät. Laboratioriossamme on laitteistot biomateriaalien dispensio-printtaukseen ja polymeerimateriaalien filamentti-printtaukseen. Kehitämme printatuilla elektrodeilla varustettuja anturirakenteita [5,6] sekä energianlouhintaan [7,8,9] soveltuvia komponentteja. Nanoselluloosa mahdollistaa myös bio-pohjaista mikrofluidistiikkaa diagnostiikkasovelluksiin [10].

 

 

Tuotekonseptin arvontuottopotentiaali ja valmiusaste

 

Hankkeessa pyritään toteuttamaan pilottihankkeita yhdessä niihin osallistuvien yritysten kanssa. Jokaisessa pilotissa tuote- tai palvelukonseptille tunnistetaan oleelliset elinkaaren vaiheet yhdessä yritysten kanssa (co-creation), tunnistetaan keskeiset arvontuottomekanismit, kerätään tieto arvontuottopotentiaalista yritysten kanssa, arvioidaan ja lasketaan arvontuottopotentiaali, arvioidaan tarvittavat investoinnit sekä lasketaan konseptin takaisinmaksuaika. Arvioinnissa käytetään Company Strategic Landscape (CSL) ja Business Impact Analysis (BIA) -työkaluja. Työkalujen tausta on yliopistollamme tehdyssä tuotekehitystutkimuksessa.

Pilottihankkeissa arvioidaan myös konseptin teknologinen kypsyys hyödyntäen Technology Readiness Level (TRL) -työkalua ja valmistuskypsyys hyödyntäen Manufacturing Readiness Level  (MRL) -työkalua. TRL:n alkuperä on Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallinnossa (NASA) ja sitä on käytetty sen lisäksi myös EU-rahoitteisissa tutkimusprojekteissa. MRL:n on kehittänyt Yhdysvaltojen puolustusministeriö (Department of Defense) hankintaprosessien tueksi.

Lisätietoja: Assistant Professor (tenure track) Tero Juuti, tero.juuti@tut.fi

      Tutkijatohtori Jarkko Pakkanen, jarkko.pakkanen@tut.fi

 

 

LFE-ryhmä (Laboratory of Future Electronics)

 

Tampereen yliopiston Elektroniikan laboratoriossa tutkitaan ja kehitetään elektroniikassa käytettäviä uusia materiaaleja, arkkitehtuureja ja prosesseja. Keskitymme erityisesti painotekniikoiden käyttöön valmistuksessa. Näin voidaan toteuttaa joustavia, taivutettavissa olevia ja venyviä elektroniikkapiirejä erilaisiin käyttökohteisiin, myös sellaisiin, joissa perinteisen elektroniikan käyttö on ollut hankalaa. Pystymme integroimaan perinteisiä elektroniikan komponentteja painettuun elektroniikkaan. Tutkimme myös energian varastointia ja keräämistä esimerkiksi esineiden internetin ja anturijärjestelmien käyttöön. Osaamme valmistaa painotekniikoilla ohutkalvopiirejä. Menetelmämme mahdollistavat aiempaa ympäristöystävällisemmät materiaalit ja valmistustekniikat. Voimme korvat muoveja ja haitallisia kemikaaleja tai harvinaisia metalleja uusilla vaihtoehdoilla.

Tutkimuksemme on tuottanut esimerkiksi puettavia ja iholle asennettavia antureita lämpötilan ja biosignaalien mittaukseen, hyvin vähän energiaa kuluttavia diodeja ja transistoreita, erilaisia painettavia antenneja sekä sähköä varastoivia superkondensaattoreita. Valmiutemme tutkimukseen ovat erinomaiset monipuolisen laitekannan ansiosta.  Pystymme demonstroimaan prosesseja ja komponentteja laboratoriossa ja auttamaan niiden tuotantoon saattamisessa.

 

 

Materiaalioppi: Paperinjalostus- ja pakkaustekniikan ryhmä

 

Paperinjalostus- ja pakkaustekniikan tutkimusryhmämme tutkii ja kehittää ekstruusio- ja dispersiopäällystyksen sekä laminoinnin prosesseja sekä uusia pakkausrakenteita ja –materiaaleja. Tavoitteenamme on vastata nykypäivän kehityshaasteisiin ja auttaa yhteistyökumppaneitamme kehittämään toimivampia ja taloudellisempia prosessi- ja materiaaliratkaisuja. Nykyisistä kehityshaasteista suurimpia ovat esimerkiksi fossiilipohjaisten materiaalien korvaaminen uusiutuvilla vaihtoehdoilla, raaka-aineiden ja materiaalikulujen vähentäminen ohuemmilla pinnoitteilla sekä uudenlaiset materiaaliratkaisut kuten erilaiset nanorakenteet. Näihin haasteisiin vastaamme tutkimalla erilaisia biopohjaisia materiaaleja ja optimoimalla olemassa olevia prosessointimenetelmiä. Tutkimustyömme tuloksena mahdollistamme uusien ja ominaisuuksiltaan parempien ratkaisujen kehityksen sekä paremman kustannustehokkuuden.

Pilot-linjamme mahdollistaa erilaisten biopohjaisten päällysteiden ekstruusio- ja dispersiokoeajon sekä tulevaisuudessa myös nanoselluloosapäällysteiden valmistamisen. Laboratoriossamme tutkitaan erilaisia materiaali- ja tuoteominaisuuksia monipuolisilla analyysi- ja mittauslaitteillamme. Esimerkkejä tekemistämme analyyseistä ovat erilaiset barrier-mittaukset kuten vesihöyry, happi ja rasva, kuumasaumautuvuus, adheesio-, pinhole- ja pintaenergiatestit. Yhteistyökumppaneitamme ovat paperinjalostus- ja pakkausteollisuuden yritykset, tutkimuslaitokset ja yliopistot sekä raaka-ainevalmistajat.

 

 

Automaatio- ja Konetekniikka

 

Kiertotalous on tärkeä elementti kestävässä kehityksessä ja tässä yhteydessä maailman yleisin uusiutuva raaka-aine, selluloosa on noussut mahdollistajaksi fossiilisista raaka-aineista valmistettujen materiaalien korvaajaksi. Erityisesti fibrillimuotoon avattu selluloosa eli nanoselluloosa (NC) tai toisella nimikkeellä mikrofibrilloitu selluloosa (MFC) on lujuutensa ja sitoutumiskykyjensä vuoksi ratkaisevassa asemassa, kun siirrytään fossiilisista raaka-aineista biopohjaisiin raaka-aineisiin.

Tieteellinen yhteisö on tuntenut jo pitkään alkeisfibrilleistä muodostuvat selluloosapohjaiset rakenteet mutta niihin käsiksi pääseminen on ollut hankalaa. Turbak kollegoineen onnistui valmistamaan mikrofibrilloitua selluloosaa vuonna 1983 homogenisointiprosessilla ja suojasi sen käyttöä monissa sovelluksissa patentoimalla keksinnön. Tarve ja hyöty ei tuolloin kompensoinut MFC:n korkeita valmistuskustannuksia mutta vuosituhannen vaihteessa tarve oli kasvanut ja kehitys alkoi uudestaan; ensin varovaisesti ja kiihtyen voimakkaasti 2010-lukuun mennessä. Tämän hetkinen tilanne synnyttää uutta tietoa päivittäin, niin MFC:n valmistuksesta, mahdollisuuksista kuin laajamittaisesta teollisesta hyödyntämisestä, joka on alkamassa.

Selluloosafibrillien laajat hyödyntämismahdollisuudet liittyvät fibrillien suureen pituus/leveys –suhteeseen, niiden sisäiseen korkeaan vetolujuuteen ja vahvasti sitoviin reaktiivisiinryhmiin. Tästä syystä MFC sitoo, esimerkiksi vesimolekyylejä painoonsa nähden huomattavan määrän sekä luovuttaa vettä hyvin vastentahtoisesti. Kuivuessaan nano- ja mikrofibrilloitu selluloosa  sellaisenaan tai komposiittirakenteen osana muodostaa hyvin tiiviitä, kestäviä ja funktionaalisia rakenteita.