Atomic Layer Deposition and Photocatalytic Properties of Titanium Dioxide Thin Films

Photocatalytic TiO2 thin films can be highly useful in many environments and applications. They can be used as self-cleaning coatings on top of glass, tiles and steel to reduce the amount of fouling on these surfaces. Photocatalytic TiO2 surfaces have antimicrobial properties making them potentially useful in hospitals, bathrooms and many other places where microbes may cause problems. TiO2 photocatalysts can also be used to clean contaminated water and air. Photocatalytic oxidation and reduction reactions proceed on TiO2 surfaces under irradiation of UV light meaning that sunlight and even normal indoor lighting can be utilized. In order to improve the photocatalytic properties of TiO2 materials even further, various modification methods have been explored. Doping with elements such as nitrogen, sulfur and fluorine, and preparation of different kinds of composites are typical approaches that have been employed. Photocatalytic TiO2 nanotubes and other nanostructures are gaining interest as well. Atomic Layer Deposition (ALD) is a chemical gas phase thin film deposition method with strong roots in Finland. This unique modification of the common Chemical Vapor Deposition (CVD) method is based on alternate supply of precursor vapors to the substrate which forces the film growth reactions to proceed only on the surface in a highly controlled manner. ALD gives easy and accurate film thickness control, excellent large area uniformity and unparalleled conformality on complex shaped substrates. These characteristics have recently led to several breakthroughs in microelectronics, nanotechnology and many other areas. In this work, the utilization of ALD to prepare photocatalytic TiO2 thin films was studied in detail. Undoped as well as nitrogen, sulfur and fluorine doped TiO2 thin films were prepared and thoroughly characterized. ALD prepared undoped TiO2 films were shown to exhibit good photocatalytic activities. Of the studied dopants, sulfur and fluorine were identified as much better choices than nitrogen. Nanostructured TiO2 photocatalysts were prepared through template directed deposition on various complex shaped substrates by exploiting the good qualities of ALD. A clear enhancement in the photocatalytic activity was achieved with these nanostructures. Several new ALD processes were also developed in this work. TiO2 processes based on two new titanium precursors, Ti(OMe)4 and TiF4, were shown to exhibit saturative ALD-type of growth when water was used as the other precursor. In addition, TiS2 thin films were prepared for the first time by ALD using TiCl4 and H2S as precursors. Ti1-xNbxOy and Ti1-xTaxOy transparent conducting oxide films were prepared successfully by ALD and post-deposition annealing. Highly unusual, explosive crystallization behaviour occurred in these mixed oxides which resulted in anatase crystals with lateral dimensions over 1000 times the film thickness.

Essays on the Economics of Intellectual Property Rights

Väitöskirjassani tarkastelen informaatiohyödykkeiden ja tekijänoikeuksien taloustiedettä kahdesta eri perspektiivistä. Niistä ensimmäinen kuuluu endogeenisen kasvuteorian alaan. Väitöskirjassani yleistän ”pool of knowledge” -tyyppisen endogeenisen kasvumallin tilanteeseen, jossa patentoitavissa olevalla innovaatiolla on minimikoko, ja jossa uudenlaisen tuotteen patentoinut yritys voi menettää monopolinsa tuotteeseen jäljittelyn johdosta. Mallin kontekstissa voidaan analysoida jäljittelyn ja innovaatioilta vaaditun ”minimikoon” vaikutuksia hyvinvointiin ja talouskasvuun. Kasvun maksimoiva imitaation määrä on mallissa aina nolla, mutta hyvinvoinnin maksimoiva imitaation määrä voi olla positiivinen. Talouskasvun ja hyvinvoinnin maksimoivalla patentoitavissa olevan innovaation ”minimikoolla” voi olla mikä tahansa teoreettista maksimia pienempi arvo. Väitöskirjani kahdessa jälkimmäisessä pääluvussa tarkastelen informaatiohyödykkeiden kaupallista piratismia mikrotaloustieteellisen mallin avulla. Informaatiohyödykkeistä laittomasti tehtyjen kopioiden tuotantokustannukset ovat pienet, ja miltei olemattomat silloin kun niitä levitetään esimerkiksi Internetissä. Koska piraattikopioilla on monta eri tuottajaa, niiden hinnan voitaisiin mikrotaloustieteen teorian perusteella olettaa laskevan melkein nollaan, ja jos näin kävisi, kaupallinen piratismi olisi mahdotonta. Mallissani selitän kaupallisen piratismin olemassaolon olettamalla, että piratismista saatavan rangaistuksen uhka riippuu siitä, kuinka monille kuluttajille piraatti tarjoaa laittomia hyödykkeitä, ja että se siksi vaikuttaa piraattikopioiden markkinoihin mainonnan kustannuksen tavoin. Kaupallisten piraattien kiinteiden kustannusten lisääminen on mallissani aina tekijänoikeuksien haltijan etujen mukaista, mutta ”mainonnan kustannuksen” lisääminen ei välttämättä ole, vaan se saattaa myös alentaa laillisten kopioiden myynnistä saatavia voittoja. Tämä tulos poikkeaa vastaavista aiemmista tuloksista sikäli, että se pätee vaikka tarkasteltuihin informaatiohyödykkeisiin ei liittyisi verkkovaikutuksia. Aiemmin ei-kaupallisen piratismin malleista on usein johdettu tulos, jonka mukaan informaatiohyödykkeen laittomat kopiot voivat kasvattaa laillisten kopioiden myynnistä saatavia voittoja jos laillisten kopioiden arvo niiden käyttäjille riippuu siitä, kuinka monet muut kuluttajat käyttävät samanlaista hyödykettä ja jos piraattikopioiden saatavuus lisää riittävästi laillisten kopioiden arvoa. Väitöskirjan viimeisessä pääluvussa yleistän mallini verkkotoimialoille, ja tutkin yleistämäni mallin avulla sitä, missä tapauksissa vastaava tulos pätee myös kaupalliseen piratismiin.

Studies on the Effects of Property Taxation, Rent Control and Housing Allowances

Tämä väitöskirja koostuu asuntomarkkinoiden taloustieteellistä analyysia esittelevästä johdantoluvusta ja kolmesta tutkimuksesta, joissa analysoidaan asuntomarkkinoihin vaikuttavia politiikkatoimenpiteitä. Luvussa 2 tutkitaan Suomen kiinteistöverojärjestelmän vaikutusta asuntorakentamiseen. Vuonna 2001 tehtiin uudistus, jonka myötä kunnat voivat verottaa rakentamatonta asuintonttia korkeammalla veroasteella kuin rakennettua tonttia. Maanomistajan rakentamispäätöksen teoreettisen mallin mukaan rakentamattoman tontin korotettu kiinteistöveron pitäisi nopeuttaa rakentamista, mutta toisaalta myös rakentamiseen investoitu rahamäärä saattaa muuttua. Asuintonttien kiinteistöverojen yleinen taso ei vaikuta maanomistajan käyttäytymiseen, sillä tontin verotusarvo ei riipu rakentamispäätöksestä. Vain rakentamattoman ja rakennetun tontin veroasteiden erolla on merkitystä. Empiiriset tulokset ovat sopusoinnussa teorian kanssa. Tulosten mukaan prosenttiyksikön nousu rakentamattoman ja rakennetun tontin veroasteiden erossa lisää omakotialoitusten määrää viidellä prosentilla lyhyellä aikavälillä. Luvussa 3 analysoidaan vuokrasääntelystä vuokralaisille aiheutuvia hyötyjä ja haittoja. Vuokrasäännellyissä asunnoissa asuvat kotitaloudet hyötyvät vuokrasääntelystä alhaisen vuokran muodossa. Heille saattaa kuitenkin koitua myös haittaa siitä, että toiveita vastaavan asunnon löytäminen on vuokrasääntelytilanteessa vaikeaa, koska vapaille asunnoille on suuri määrä ottajia. Vapaarahoitteisen vuokra-asuntokannan vuokrien sääntely purettiin Suomessa asteittain vuosina 1992–1995. Tutkimuksen empiiriset tulokset viittaavat siihen, että vuokrasääntelyn aiheuttamista suurista eroista halutun ja todellisen asuntokulutuksen välillä koituvat hyvinvointitappiot kumosivat merkittävän osan matalien vuokrien hyödyistä vuokralaisille. Luvussa 4 tutkitaan Suomen asumistukijärjestelmän kannustinvaikutuksia. Asumistuen määrää rajoittavat asunnon pinta-alalle ja neliövuokralle asetetut ylärajat. Neliövuokrarajoite voidaan tulkita asumisen laatua rajoittavana tekijänä. Tutkimuksen teoreettisessa osassa osoitetaan, että asumistukijärjestelmä luo vahvat kannustimet muuttaa asuntoihin, joissa pinta-ala- ja laaturajoitteet purevat. Empiiristen tulosten mukaan asumistukeen oikeutetut kotitaloudet eivät näytä reagoivan kannusteisiin. Tukeen oikeutettujen kotitalouksien asumisvalinnat suhteessa pinta-ala ja laaturajoitteisiin vastaavat muiden kotitalouksien valintoja ja asunnonvaihdon mahdollistama potentiaalinen asumistuen lisäys ei nosta muuttotodennäköisyyttä. Muuttamiseen liittyvät kustannukset ja vajavaiset tiedot tukijärjestelmästä saattavat selittää heikkoa reagointia asumistuen luomiin kannustimiin. Toinen mahdollinen selitys on asumistuen vajaakäyttö. Tutkimuksen mukaan vain 70–80 prosenttia asumistukeen oikeutetuista kotitalouksista nostaa tukea. Asumistuen hyödyntämisen todennäköisyys riippuu koulutustasosta, tuen määrästä ja tulo-odotuksista.

Modelling and Forecasting Property Rents and Returns (summary section only)

Recently, focus of real estate investment has expanded from the building-specific level to the aggregate portfolio level. The portfolio perspective requires investment analysis for real estate which is comparable with that of other asset classes, such as stocks and bonds. Thus, despite its distinctive features, such as heterogeneity, high unit value, illiquidity and the use of valuations to measure performance, real estate should not be considered in isolation. This means that techniques which are widely used for other assets classes can also be applied to real estate. An important part of investment strategies which support decisions on multi-asset portfolios is identifying the fundamentals of movements in property rents and returns, and predicting them on the basis of these fundamentals. The main objective of this thesis is to find the key drivers and the best methods for modelling and forecasting property rents and returns in markets which have experienced structural changes. The Finnish property market, which is a small European market with structural changes and limited property data, is used as a case study. The findings in the thesis show that is it possible to use modern econometric tools for modelling and forecasting property markets. The thesis consists of an introduction part and four essays. Essays 1 and 3 model Helsinki office rents and returns, and assess the suitability of alternative techniques for forecasting these series. Simple time series techniques are able to account for structural changes in the way markets operate, and thus provide the best forecasting tool. Theory-based econometric models, in particular error correction models, which are constrained by long-run information, are better for explaining past movements in rents and returns than for predicting their future movements. Essay 2 proceeds by examining the key drivers of rent movements for several property types in a number of Finnish property markets. The essay shows that commercial rents in local markets can be modelled using national macroeconomic variables and a panel approach. Finally, Essay 4 investigates whether forecasting models can be improved by accounting for asymmetric responses of office returns to the business cycle. The essay finds that the forecast performance of time series models can be improved by introducing asymmetries, and the improvement is sufficient to justify the extra computational time and effort associated with the application of these techniques.

Micropillar Array Based Microchips for Electrospray Ionization Mass Spectrometry, Microreactors, and Liquid Chromatographic Separation

This dissertation deals with the design, fabrication, and applications of microscale electrospray ionization chips for mass spectrometry. The microchip consists of microchannel, which leads to a sharp electrospray tip. Microchannel contain micropillars that facilitate a powerful capillary action in the channels. The capillary action delivers the liquid sample to the electrospray tip, which sprays the liquid sample to gas phase ions that can be analyzed with mass spectrometry. The microchip uses a high voltage, which can be utilized as a valve between the microchip and mass spectrometry. The microchips can be used in various applications, such as for analyses of drugs, proteins, peptides, or metabolites. The microchip works without pumps for liquid transfer, is usable for rapid analyses, and is sensitive. The characteristics of performance of the single microchips are studied and a rotating multitip version of the microchips are designed and fabricated. It is possible to use the microchip also as a microreactor and reaction products can be detected online with mass spectrometry. This property can be utilized for protein identification for example. Proteins can be digested enzymatically on-chip and reaction products, which are in this case peptides, can be detected with mass spectrometry. Because reactions occur faster in a microscale due to shorter diffusion lengths, the amount of protein can be very low, which is a benefit of the method. The microchip is well suited to surface activated reactions because of a high surface-to-volume ratio due to a dense micropillar array. For example, titanium dioxide nanolayer on the micropillar array combined with UV radiation produces photocatalytic reactions which can be used for mimicking drug metabolism biotransformation reactions. Rapid mimicking with the microchip eases the detection of possibly toxic compounds in preclinical research and therefore could speed up the research of new drugs. A micropillar array chip can also be utilized in the fabrication of liquid chromatographic columns. Precisely ordered micropillar arrays offer a very homogenous column, where separation of compounds has been demonstrated by using both laser induced fluorescence and mass spectrometry. Because of small dimensions on the microchip, the integrated microchip based liquid chromatography electrospray microchip is especially well suited to low sample concentrations. Overall, this work demonstrates that the designed and fabricated silicon/glass three dimensionally sharp electrospray tip is unique and facilitates stable ion spray for mass spectrometry.