Synthesis, characterization and chemical sensor application of conducting polymers

Polymeric materials that conduct electricity are highly interesting for fundamental studies and beneficial for modern applications in e.g. solar cells, organic field effect transistors (OFETs) as well as in chemical and bio‐sensing. Therefore, it is important to characterize this class of materials with a wide variety of methods. This work summarizes the use of electrochemistry also in combination with spectroscopic methods in synthesis and characterization of electrically conducting polymers and other π‐conjugated systems. The materials studied in this work are intended for organic electronic devices and chemical sensors. Additionally, an important part of the presented work, concerns rational approaches to the development of water‐based inks containing conducting particles. Electrochemical synthesis and electroactivity of conducting polymers can be greatly enhanced in room temperature ionic liquids (RTILs) in comparison to conventional electrolytes. Therefore, poly(para‐phyenylene) (PPP) was electrochemically synthesized in the two representative RTILs: bmimPF6 and bmiTf2N (imidazolium and pyrrolidinium‐based salts, respectively). It was found that the electrochemical synthesis of PPP was significantly enhanced in bmimPF6. Additionally, the results from doping studies of PPP films indicate improved electroactivity in bmimPF6 during oxidation (p‐doping) and in bmiTf2N in the case of reduction (n‐doping). These findings were supported by in situ infrared spectroscopy studies. Conducting poly(benzimidazobenzophenanthroline) (BBL) is a material which can provide relatively high field‐effect mobility of charge carriers in OFET devices. The main disadvantage of this n‐type semiconductor is its limited processability. Therefore in this work BBL was functionalized with poly(ethylene oxide) PEO, varying the length of side chains enabling water dispersions of the studied polymer. It was found that functionalization did not distract the electrochemical activity of the BBL backbone while the processability was improved significantly in comparison to conventional BBL. Another objective was to study highly processable poly(3,4‐ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) water‐based inks for controlled patterning scaled‐down to nearly a nanodomain with the intention to fabricate various chemical sensors. Developed PEDOT:PSS inks greatly improved printing of nanoarrays and with further modification with quaternary ammonium cations enabled fabrication of PEDOT:PSS‐based chemical sensors for lead (II) ions with enhanced adhesion and stability in aqueous environments. This opens new possibilities for development of PEDOT:PSS films that can be used in bio‐related applications. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a broad group of π‐conjugated materials consisting of aromatic rings in the range from naphthalene to even hundred rings in one molecule. The research on this type of materials is intriguing, due to their interesting optical properties and resemblance of graphene. The objective was to use electrochemical synthesis to yield relatively large PAHs and fabricate electroactive films that could be used as template material in chemical sensors. Spectroscopic, electrochemical and electrical investigations evidence formation of highly stable films with fast redox response, consisting of molecules with 40 to 60 carbon atoms. Additionally, this approach in synthesis, starting from relatively small PAH molecules was successfully used in chemical sensor for lead (II).

Electroactive ion exchange membranes based on conducting polymers

Ion exchange membranes are indispensable for the separation of ionic species. They can discriminate between anions and cations depending on the type of fixed ionic group present in the membrane. These conventional ion exchange membranes (CIX) have exceptional ionic conductivity, which is advantageous in various electromembrane separation processes such as electrodialysis, electrodeionisation and electrochemical ion exchange. The main disadvantage of CIX membranes is their high electrical resistance owing to the fact that the membranes are electronically non conductive. An alternative can be electroactive ion exchange membranes, which are ionically and electronically conducting. Polypyrrole (PPy) is a type of electroactive ion exchange material as well as a commonly known conducting polymer. When PPy membranes are repeatedly reduced and oxidised, ions are pumped through the membrane. The main aim of this thesis was to develop electroactive cation transport membranes based on PPy for the selective transport of divalent cations. Membranes developed composed of PPy films deposited on commercially available support materials. To carry out this study, cation exchange membranes based on PPy doped with immobile anions were prepared. Two types of dopant anions known to interact with divalent metal ions were considered, namely 4-sulphonic calix[6]arene (C6S) and carboxylated multiwalled carbon nanotubes (CNT). The transport of ions across membranes containing PPy doped with polystyrene sulphonate (PSS) and PPy doped with para-toluene sulphonate (pTS) was also studied in order to understand the nature of ion transport and permeability across PPy(CNT) and PPy(C6S) membranes. In the course of these studies, membrane characterisation was performed using electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) and scanning electron microscopy (SEM). Permeability of the membranes towards divalent cations was explored using a two compartment transport cell. EQCM results demonstrated that the ion exchange behaviour of polypyrrole is dependent on a number of factors including the type of dopant anion present, the type of ions present in the surrounding medium, the scan rate used during the experiment and the previous history of the polymer film. The morphology of PPy films was found to change when the dopant anion was varied and even when the thickness of the film was altered in some cases. In nearly all cases the permeability of the membranes towards metal ions followed the order K+ > Ca2+ > Mn2+. The one exception was PPy(C6S), for which the permeability followed the order Ca2+ ≥ K+ > Mn2+ > Co2+ > Cr3+. The above permeability sequences show a strong dependence on the size of the metal ions with metal ions having the smallest hydrated radii exhibiting the highest flux. Another factor that affected the permeability towards metal ions was the thickness of the PPy films. Films with the least thickness showed higher metal ion fluxes. Electrochemical control over ion transport across PPy(CNT) membrane was obtained when films composed of the latter were deposited on track-etched Nucleopore® membranes as support material. In contrast, the flux of ions across the same film was concentration gradient dependent when the polymer was deposited on polyvinylidene difluoride membranes as support material. However, electrochemical control over metal ion transport was achieved with a bilayer type of PPy film consisting of PPy(pTS)/PPy(CNT), irrespective of the type of support material. In the course of studying macroscopic charge balance during transport experiments performed using a two compartment transport cell, it was observed that PPy films were non-permselective. A clear correlation between the change in pH in the receiving solution and the ions transported across the membrane was observed. A decrease in solution pH was detected when the polymer membrane acted primarily as an anion exchanger, while an increase in pH occurred when it functioned as a cation exchanger. When there was an approximately equal flux of anions and cations across the polymer membrane, the pH in the receiving solution was in the range 6 - 8. These observations suggest that macroscopic charge balance during the transport of cations and anions across polypyrrole membranes was maintained by introduction of anions (OH-) and cations (H+) produced via electrolysis of water.

Factors affecting the adoption of electronic invoicing

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää tekijät, jotka vaikuttavat verkkolaskutuksen leviämiseen yrityksissä sekä selvittää verkkolaskutuksen levinneisyys Etelä-Karjalassa. Erityisesti haluttiin selvittää tekijät, jotka hidastavat diffuusiota. Työn teoreettinen osuus esittelee lyhyesti diffuusionkäsitettä; pääpaino on kirjallisuudesta löytyvillä innovaatioiden omaksumiseen vaikuttavilla tekijöillä. Teorian pohjalta muodostettiin 16 hypoteesia, jotka testattiin empiirisessä osassa. Empiirinen aineisto kerättiin eteläkarjalaisilta pk-yrityksiltä postikyselyn avulla. Vastanneet yritykset jaettiin verkkolaskutuksen omaksuneisiin ja ei-omaksuneisiin yrityksiin. Vastanneista yrityksistä 7.5 % käytti verkkolaskutusta. 17.8 % vasta testasi verkkolaskujen lähetystä ja/tai vastaanottamista. Näin ollen 25.3 % yrityksistä oli verkkolaskuominaisuudet tietojärjestelmissään. Suurin osa vastaajista ei ollut tehnyt päätöstä verkkolaskutukseen siirtymisen suhteen. Seitsemän hypoteesia jäi voimaan ja yhdeksän hylättiin.Hypoteesien ulkopuolelta löydettiin lisäksi kaksi tärkeää tekijää, joilla on mahdollisesti vaikutusta verkkolaskutuksen omaksumiseen yrityksissä. Yritykset kokivat, että suurempi painostus yrityksen ulkopuolelta nopeuttaisi penetraatiota, ja toisaalta verkkolaskutusta koskevan informaation määrä on koettu liian alhaiseksi. Työn lopussa esitellään toimenpide-ehdotuksia verkkolaskutuksen leviämisennopeuttamiseksi.

Electronic Business Model for International Software Market

Tämän diplomityön tavoitteena on muodostaa sähköinen liiketoimintamalli kansainvälisen ohjelmistoyrityksen tarpeisiin. Ohjelmiston uusi ominaisuus antaa kolmansille osapuolille mahdollisuuden määritellä itse rakennusmallintamisessa tarvittavia komponentteja, mikä luo mahdollisuuden uuteen liiketoimintaan. Liiketoimintamallien teoria ja asiantuntijoiden haastattelut tulevat osoittamaan, että paras ratkaisu tässä tapauksessa on portaali, joka rakentuu komponenttimarkkinoista, e-kaupasta ja virtuaaliyhteisöstä. Komponenttimarkkinat on jaettu vapaaseen vaihdantaan ja sertifioitujen kehittäjien kaupankäyntiin. Tämä tarjoaa mahdollisuuksia kehittäjille valita sitoutuneisuutensa taso, samoin kuin motivoi heitä osallistumaan. E-kauppa on suunniteltu sovelluksille ja monimutkaisemmille komponenteille. Virtuaaliyhteisön kautta käyttäjät voivat keskustella mielipiteistään ja saada tukea ohjelmiston käyttämiseen sekä komponenttien kehittämiseen.

Asiakaspalveluprosessin mittariston luominen: Case Borealis Polymers Oy

Työn tavoitteena oli luoda asiakaspalveluprosessin mittaristo päivittäisen operatiivisen toiminnan seuraamiseksi ja parantamiseksi. Tarkoituksena oli mitata tilaustoimitusketjun suorituskykyä sekä tutkia mahdollisia kehitys ja parannuskohteita. Työ tehtiin Borealis Polymers Oy:n Fenolin Liiketoimintayksikölle. Yhtiön käytössä on Balanced Scorecard KPI- mittaristo. Asiakaspalveluprosessin mittaristo luotiin BSC asiakasnäkökulman mukaisesti soveltuen yhtiön toimintaympäristöön ja tavoitteisiin. Mittariston tarkoituksena on täydentää KPI- mittareita keskittyen päivittäisen asiakaspalveluprosessin suorituskyvyn ja asiakastyytyväisyyden parantamiseen. Asiakaspalveluprosessia kuvaavia mittareita testattiin suorittamalla asiakastyytyväisyyskysely, joka käytännössä toteutettiin sähköpostitse tehtynä tyytyväisyysmittauksena. Mittauksella haluttiin selvittää asiakastyytyväisyyden taso, palvelun eritekijöiden suhteellinen tärkeys asiakkaille eli mitkä laadun tekijät ovat asiakkaille tärkeimmät sekä miten asiakas kokee Borealiksen asiakaspalvelun suhteessa kilpailijoihin. Asiakaspalvelukysely on osa yhtiön kuluen vuoden aikana tehtävää asiakastyytyväisyysselvitystä. Lisäksi työn tavoitteena oli luoda jatkuvan toiminnan seuraamiseksi tulevaisuutta varten mittarit asiakkaille tärkeimpien laadun tekijöiden seuraamiseksi.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

R&D Performance Analysis: Case Studies on the Challenges and Promotion of the Evaluation and Measurement of R&D

Due to the intense international competition, demanding, and sophisticated customers, and diverse transforming technological change, organizations need to renew their products and services by allocating resources on research and development (R&D). Managing R&D is complex, but vital for many organizations to survive in the dynamic, turbulent environment. Thus, the increased interest among decision-makers towards finding the right performance measures for R&D is understandable. The measures or evaluation methods of R&D performance can be utilized for multiple purposes; for strategic control, for justifying the existence of R&D, for providing information and improving activities, as well as for the purposes of motivating and benchmarking. The earlier research in the field of R&D performance analysis has generally focused on either the activities and considerable factors and dimensions - e.g. strategic perspectives, purposes of measurement, levels of analysis, types of R&D or phases of R&D process - prior to the selection of R&Dperformance measures, or on proposed principles or actual implementation of theselection or design processes of R&D performance measures or measurement systems. This study aims at integrating the consideration of essential factors anddimensions of R&D performance analysis to developed selection processes of R&D measures, which have been applied in real-world organizations. The earlier models for corporate performance measurement that can be found in the literature, are to some extent adaptable also to the development of measurement systemsand selecting the measures in R&D activities. However, it is necessary to emphasize the special aspects related to the measurement of R&D performance in a way that make the development of new approaches for especially R&D performance measure selection necessary: First, the special characteristics of R&D - such as the long time lag between the inputs and outcomes, as well as the overall complexity and difficult coordination of activities - influence the R&D performance analysis problems, such as the need for more systematic, objective, balanced and multi-dimensional approaches for R&D measure selection, as well as the incompatibility of R&D measurement systems to other corporate measurement systems and vice versa. Secondly, the above-mentioned characteristics and challenges bring forth the significance of the influencing factors and dimensions that need to be recognized in order to derive the selection criteria for measures and choose the right R&D metrics, which is the most crucial step in the measurement system development process. The main purpose of this study is to support the management and control of the research and development activities of organizations by increasing the understanding of R&D performance analysis, clarifying the main factors related to the selection of R&D measures and by providing novel types of approaches and methods for systematizing the whole strategy- and business-based selection and development process of R&D indicators.The final aim of the research is to support the management in their decision making of R&D with suitable, systematically chosen measures or evaluation methods of R&D performance. Thus, the emphasis in most sub-areas of the present research has been on the promotion of the selection and development process of R&D indicators with the help of the different tools and decision support systems, i.e. the research has normative features through providing guidelines by novel types of approaches. The gathering of data and conducting case studies in metal and electronic industry companies, in the information and communications technology (ICT) sector, and in non-profit organizations helped us to formulate a comprehensive picture of the main challenges of R&D performance analysis in different organizations, which is essential, as recognition of the most importantproblem areas is a very crucial element in the constructive research approach utilized in this study. Multiple practical benefits regarding the defined problemareas could be found in the various constructed approaches presented in this dissertation: 1) the selection of R&D measures became more systematic when compared to the empirical analysis, as it was common that there were no systematic approaches utilized in the studied organizations earlier; 2) the evaluation methods or measures of R&D chosen with the help of the developed approaches can be more directly utilized in the decision-making, because of the thorough consideration of the purpose of measurement, as well as other dimensions of measurement; 3) more balance to the set of R&D measures was desired and gained throughthe holistic approaches to the selection processes; and 4) more objectivity wasgained through organizing the selection processes, as the earlier systems were considered subjective in many organizations. Scientifically, this dissertation aims to make a contribution to the present body of knowledge of R&D performance analysis by facilitating dealing with the versatility and challenges of R&D performance analysis, as well as the factors and dimensions influencing the selection of R&D performance measures, and by integrating these aspects to the developed novel types of approaches, methods and tools in the selection processes of R&D measures, applied in real-world organizations. In the whole research, facilitation of dealing with the versatility and challenges in R&D performance analysis, as well as the factors and dimensions influencing the R&D performance measure selection are strongly integrated with the constructed approaches. Thus, the research meets the above-mentioned purposes and objectives of the dissertation from the scientific as well as from the practical point of view.

ME - Mobile Electronic Personality

Digital services require personal information for a variety of reasons. Due to advances in communication technology, new types of services are evolving alongwith traditional Internet services. Due to the diversity of services, the traditional approaches to personal information handling designed for Internet services are inadequate. Therefore, new approaches are necessary. In this thesis, a solution where personal information is stored in and accessed from the user's mobile device is presented. This approach is called Mobile Electronic Personality (ME). The ME approach is compared to the existing approaches which rely on a database either at a service, a trusted third party or a client program. Various personal information properties are taken into account in the comparison of storage locations. The thesis presents both the internal and the communication architecture of the ME. The internal architecture defines how the information is stored in the mobile device. The communication architecture defines how the information can be accessed by different types of services from the ME. The use of the architecture is described for services in different environments. A simple ME based solution for the authentication of a user is defined. The authentication of service, which is required to protect the privacy of the users is also presented.

Supplier Evaluation on the Standard Material and Component Markets in the Electronic Manufacturing Equipment Industry

Työn tavoitteena oli arvioida ja selvittää toimittajasuhteeseen vaikuttavia tekijöitä JOT Automation Group Oyj.n ja sen alihankkijoiden välisessä yhteistyössä ja muodostaa yrityksen kilpailukykyä parantava toimittaja-arviointiprosessi. Työssä keskityttiin tarkastelemaan yleisillä materiaali- ja komponenttimarkkinoilla toimivia toimittajia elektroniikkateollisuuden tuotantojärjestelmien valmistuksessa. Ensin tutustuttiin toimittajasuhdetta ja sen arviointia käsitelleeseen kirjallisuuteen. Teorian tueksi tehtiin haastatteluja ja kartoitettiin ensisijaisia tarpeita ja tavoitteita arviointiprosessille. Valmis prosessi testattiin käytännössä kahden eri case-esimerkin avulla. Prosessista muodostui kahteen eri työkaluun jakautunut kokonaisuus, joista auditointi arvioi toimittajan kyvykkyyttä vastatta sille asetettuihin vaatimuksiin. Toimittajan suorituskyvyn mittaaminen puolestaan testaa ja vertaa jatkuvasti toiminnan todellista tasoa auditoinnissa saatuihin tuloksiin. Työ sisältää selvityksen ja ohjeistuksen toimittaja-arviointiprosessin käytöstä. Prosessin käyttö alentaa toimittajaan kohdistuvaa materiaalien saatavuuteen ja hankintaan liittyviä riskejä. Esimerkeistä saadut kokemukset osoittivat, että prosessin avulla päästään pureutumaan tärkeisiin ydinalueisiin ja kehittämään niitä sekä toimittajalle, että ostajayritykselle edullisella tavalla. Toimittaja-arviointiprosessista kehittyy toimintatapa yrityksen ja sen toimittajan välisen suhteen ylläpitämiseksi.

Electronic Commerce - Advantages and Requirements through Supply Chain

Työ käsittelee Metso Paper Servicen varaosa- ja kulutusosatuotelinjojen mahdollisuuksia sähköiseen liiketoimintaan ulkoisten asiakkaiden kanssa sekä sähköisten transaktioiden vaikutuksia, etuja ja edellytyksiä. Työssä selvitetään Metson ja sen kymmenen kotimaisen asiakastehtaan myynti- ja ostoprosessin toiminta. Prosessimallin avulla arvioidaan valmiuksia sähköisiin transaktioihin nykyisessä myynti- ja ostotoiminnassa. Tarkastelu painottuu toimintoihin tarjontaketjun eri vaiheissa. Teknisiä näkökohtia käsitellään kokonaiskuvan luomiseksi. Lisäksi työssä arvioidaan muutoksia, joita sähköinen liiketoiminta aiheuttaisi. Haastatteluin tehdyssä tutkimuksessa kartoitetaan näkemyksiä sähköiseen liiketoimintaan erilaisilla organisaation tasoilla. Kokonaisnäkemys syntyy erilaisista näkökulmista sähköiseen kauppaan. Sähköiseen liiketoimintaan suhtaudutaan myönteisesti. Kokemuksia on kuitenkin vielä vähän. Vaikka hankkeita sähköisen liiketoiminnan lisäämiseksi on vireillä, yhtä tärkeää on parantaa valmiuksia tehostamalla paitsi informaatiovirtaa, myös materiaalivirtaa.