Syntheses and Self-Assembling Characteristics of Amphiphilic Star Diblock Copolymers

Uusien polymeeripohjaisten teknologioiden ja materiaalien myötä räätälöityjen polymeerien tarve on kasvanut. Viime vuosituhannen lopussa kehitetyt kontrolloidut polymerointimenetelmät ovat avanneet uusia mahdollisuuksia paitsi monimutkaisten polymeerien synteesiin, myös itsejärjestyvyyteen perustuvien funktionaalisten nanorakenteiden suunnitteluun ja valmistukseen. Nämä voivat jäljitellä luonnossa esiintyviä rakenteita, joita muodostavat esimerkiksi lipidit ja proteiinit. Itsejärjestyvät molekyylit ovat usein amfifiilisiä eli ne koostuvat hydrofiilisistä ja hydrofobisista osista ja polymeereissä nämä osat voivat olla omina lohkoinaan, jolloin puhutaan amfifiilisistä lohko- tai blokkikopolymeereistä. Riippuen järjestyneiden rakenteiden koostumuksesta ja muodosta, amfifiilisiä blokkikopolymeerejä on tutkittu tai jo käytetty nanoteknologiassa, elastomeereissä, voiteluaineissa, pinta-aktiivisina aineina, lääkkeenannostelussa, maaleissa, sekä elektroniikka-, kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudessa. Tavallisimmin käytetyt amfifiiliset blokkikopolymeerit ovat olleet lineaarisia, mutta viime aikoina tutkimus on suuntautunut kohti monimutkaisempia rakenteita. Tällaisia ovat esimerkiksi tähtipolymeerit. Tähtimäisissä polymeereissä miselleille tyypillinen ydin-kuori-rakenne säilyy hyvin alhaisissakin polymeerikonsentraatioissa, koska polymeeriketjut ovat kiinni toisissaan yhdessä pisteessä. Siten ne ovat erityisen kiinnostavia tutkimuskohteita erilaisten hydrofobisten orgaanisten yhdisteiden sitomiseksi ja vapauttamiseksi. Tässä työssä on tarkasteltu amfifiilisten tähtipolymeerien itsejärjestymistä vesiliuoksissa sekä kokeellisesti ja tietokonesimulaatioin. Työ koostuu kahdesta osasta: tähtipolymeerien synteesistä makrosyklisillä initiaattoreilla ja amfifiilisten tähtimäisten blokkikopolymeerien ominaisuuksien tutkimisesta.

Onko tutkijan sukupuolella väliä? : Kemian ja fysiikan alan tutkijoiden ja tohtoriopiskelijoiden tutkijanura IDECAT-verkostossa sukupuoliperspektiivistä.

Tutkimukseni kohteena ovat mies- ja naispuoliset tutkijat ja tohtoriopiskelijat, jotka ovat osallistuneet katalyysitutkimukseen keskittyvän tutkimusverkosto IDECAT:in toimintaan. Tutkielmassani pyrin selvittämään, onko naisten ja miesten tutkijanuran välillä eroa ja jos on, niin minkälainen tämä ero on. Pyrin myös saamaan selville, onko naisten tutkijanuralla esteitä ja esiintyykö tiedeyhteisössä sukupuolesta johtuvaa syrjintää. IDECAT (Integrated Design of Catalytic Nanomaterials for a Sustainable Production) on EU-rahoitteinen, kemian tekniikkaan liittyvään katalyysitutkimukseen keskittyvä tutkimusverkosto, johon kuuluu alan tutkimusyksiköitä ja yliopistoja 12 Euroopan maasta. IDECAT:iin kuuluu noin 500-600 henkilöä. Tutkimukseni pohjautuu kahteen kyselytutkimukseen, jotka toteutettiin Internetissä 2009-2010. Ensimmäinen kyselytutkimus oli vastaajien saatavilla loka-marraskuussa 2009 ja siinä selvitettiin IDECAT:in tutkijoiden ja tohtoriopiskelijoiden tasa-arvotilannetta yleisesti. Kyselyyn vastasi 83 henkilöä, joista 51% oli naisia ja 49 % miehiä. Kyselyssä käytettiin strukturoitua kyselylomaketta ja tulokset analysoitiin kvantitatiivisesti SPSS tilasto-ohjelmalla. Tilastollisena menetelmänä käytän ristiintaulukointia. Toinen kyselytutkimus (jatkokysely) keskittyy tiedeyhteisössä tapahtuvaan sukupuolesta johtuvaan syrjintään ja se oli vastaajien saatavilla huhti-toukokuussa 2010. Jatkokyselyn kysymykset ovat avokysymyksiä ja ne analysoitiin laadullisesti. Jatkokyselyyn vastasi 24 henkilöä, joista 6 kuvasi yksityiskohtaisesti syrjintäkokemuksiaan tiedeyhteisössä. Teoreettisena viitekehyksenä käytän tutkimuksessani Joan Ackerin sukupuolittuneen organisaation teoriaa ja siihen liittyviä, organisaation toiminnassa ilmeneviä sukupuolittuneita prosesseja. Sukupuolittuneet prosessit ovat ajattelutapoja , käytäntöjä ja asenteita, joilla sukupuolet erotetaan toisistaan ja joilla tuotetaan sukupuolten välisiä valtasuhteita. Naisten ja miesten tutkijanuran välillä on aineistossani joitakin merkittäviä eroja. Sukupuolesta johtuva syrjintä on yleistä vastaajien keskuudessa ja naiset ovat kokeneet sitä useammin kuin miehet. 67% naisvastaajista ja 37% miesvastaajista on kokenut sukupuolesta johtuvaa syrjintää. Naisvastaajat myös kokevat miehiä useammin, että he eivät saa riittävästi tukea ja kannustusta esimiehiltään. Lisäksi naisia on pyydetty mukaan tieteelliseen yhteistyöhön miehiä harvemmin. Useimmat muuttujat eivät kuitenkaan tuo eroa sukupuolten välille. Tutkijanaiset kokevat ylenemismahdollisuutensa lähes yhtä hyviksi kuin miehet, naiset ja miehet työskentelevät yhtä usein määräaikaisissa tehtävissä ja naiset työskentelevät kokopäiväisesti lähes yhtä usein kuin miehet. Naiset pitävät perheen ja työn yhdistämistä helppona. Sukupuolittuneita prosesseja ilmenee erityisesti sukupuolten väliseen työnjakoon ja sosiaalisen tuen ja vallan jakoon tiedeyhteisössä liittyvissä tilanteissa. Sukupuolittuneisuus ei kuitenkaan ole totaalista, monien kyselyn muuttujien kohdalla sukupuolittumista tai eroa sukupuolten välille ei tullut. Monet kyselyn muuttujat osoittavatkin, että naiset ja miehet kokevat, että heitä kohdellaan melko tasa-arvoisesti. Tietyillä osa-alueilla epätasa-arvoisen kohtelun kokemukset ovat kuitenkin yleisiä, mikä tuottaa ristiriitaisen kuvan tiedeyhteisön tasa-arvotilanteesta. Tämä voi viitata siihen, että tutkijanaisten ja miesten asemat ja roolit tiedeyhteisössä eivät ole pysyviä ja staattisia, vaan aktiivisessa muutoksen tilassa. Tutkijanaisten asemaa tiedeyhteisössä voidaan lisäksi parantaa reagoimalla ja puuttumalla sukupuolesta johtuvaan syrjintään, pitämällä tasa-arvoasioita esillä sekä kiinnittämällä huomiota johtamiskäytäntöihin, esimerkiksi palkkaamalla lisää naisjohtajia. Avainsanat Keywords: Sukupuolittunut organisaatio, sukupuolittuneet prosessit, kyselytutkimus, kvantitatiivinen tutkimus, tiedeyhteisö, sukupuolisyrjintä, tutkijanaiset, naistutkijat, sukupuolten tasa-arvo, gendered organization, academia, female scientists, gender equality

Irradiation effects in graphene and related materials

Nanomaterials with a hexagonally ordered atomic structure, e.g., graphene, carbon and boron nitride nanotubes, and white graphene (a monolayer of hexagonal boron nitride) possess many impressive properties. For example, the mechanical stiffness and strength of these materials are unprecedented. Also, the extraordinary electronic properties of graphene and carbon nanotubes suggest that these materials may serve as building blocks of next generation electronics. However, the properties of pristine materials are not always what is needed in applications, but careful manipulation of their atomic structure, e.g., via particle irradiation can be used to tailor the properties. On the other hand, inadvertently introduced defects can deteriorate the useful properties of these materials in radiation hostile environments, such as outer space. In this thesis, defect production via energetic particle bombardment in the aforementioned materials is investigated. The effects of ion irradiation on multi-walled carbon and boron nitride nanotubes are studied experimentally by first conducting controlled irradiation treatments of the samples using an ion accelerator and subsequently characterizing the induced changes by transmission electron microscopy and Raman spectroscopy. The usefulness of the characterization methods is critically evaluated and a damage grading scale is proposed, based on transmission electron microscopy images. Theoretical predictions are made on defect production in graphene and white graphene under particle bombardment. A stochastic model based on first-principles molecular dynamics simulations is used together with electron irradiation experiments for understanding the formation of peculiar triangular defect structures in white graphene. An extensive set of classical molecular dynamics simulations is conducted, in order to study defect production under ion irradiation in graphene and white graphene. In the experimental studies the response of carbon and boron nitride multi-walled nanotubes to irradiation with a wide range of ion types, energies and fluences is explored. The stabilities of these structures under ion irradiation are investigated, as well as the issue of how the mechanism of energy transfer affects the irradiation-induced damage. An irradiation fluence of 5.5x10^15 ions/cm^2 with 40 keV Ar+ ions is established to be sufficient to amorphize a multi-walled nanotube. In the case of 350 keV He+ ion irradiation, where most of the energy transfer happens through inelastic collisions between the ion and the target electrons, an irradiation fluence of 1.4x10^17 ions/cm^2 heavily damages carbon nanotubes, whereas a larger irradiation fluence of 1.2x10^18 ions/cm^2 leaves a boron nitride nanotube in much better condition, indicating that carbon nanotubes might be more susceptible to damage via electronic excitations than their boron nitride counterparts. An elevated temperature was discovered to considerably reduce the accumulated damage created by energetic ions in both carbon and boron nitride nanotubes, attributed to enhanced defect mobility and efficient recombination at high temperatures. Additionally, cobalt nanorods encapsulated inside multi-walled carbon nanotubes were observed to transform into spherical nanoparticles after ion irradiation at an elevated temperature, which can be explained by the inverse Ostwald ripening effect. The simulation studies on ion irradiation of the hexagonal monolayers yielded quantitative estimates on types and abundances of defects produced within a large range of irradiation parameters. He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Ga ions were considered in the simulations with kinetic energies ranging from 35 eV to 10 MeV, and the role of the angle of incidence of the ions was studied in detail. A stochastic model was developed for utilizing the large amount of data produced by the molecular dynamics simulations. It was discovered that a high degree of selectivity over the types and abundances of defects can be achieved by carefully selecting the irradiation parameters, which can be of great use when precise pattering of graphene or white graphene using focused ion beams is planned.