Pulsed electric field assisted sol-gel preparation of TiO2 particles and their photocatalytic properties

The objective of this thesis was to study the effect of pulsed electric field on the preparation of TiO2 nanoparticles via sol-gel method. The literature part deals with properties of different TiO2 crystal forms, principles of photocatalysis, sol-gel method and pulsed electric field processing. It was expected that the pulsed electric field would have an influence on crystallite size, specific surface area, polymorphism and photocatalytic activity of produced particles. TiO2 samples were prepared by using different frequencies and treatment times of pulsed electric field. The properties of produced TiO2 particles were examined X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and BET surface area analysis. The photocatalytic activities of produced TiO2 particles were determined by using them as photocatalysts for the degradation of formic acid under UVA-light. The photocatalytic activities of samples produced with sol-gel method were also compared with the commercial TiO2 powder Aeroxide® (Evonic Degussa GmbH). Pulsed electric field did not have an effect on the morphology of particles. Results from XRD and Raman analysis showed that all produced TiO2 samples were pure anatase. However, pulsed electric field did have an effect on crystallite size, specific surface area and photocatalytic activity of TiO2 particles. Generally, the crystallite sizes were smaller, specific surface areas larger and initial formic acid degradation rates higher for samples that were produced by applying the pulsed electric field. The higher photocatalytic activities were attributed to larger surface areas and smaller crystallite sizes. Though, with all of the TiO2 samples produced by the sol-gel method the initial formic acid degradation rates were significantly slower than with the commercial TiO2 powder.

Pulssitettu laserablaatio mikrofluidisten kanavistojen sarjatuotantomenetelmänä

Puolijohteiden yleistyttyä vuodesta 1948 alkaen, ovat elektroniset laitteet pienentyneet jatkuvasti tehojen kuitenkin kasvaessa. Kasvaneet tehotiheydet kuitenkin vaikeuttavat laitesuunnittelua, sillä puoljohdekomponenttien suorituskyvylle ja eliniälle on oleellista lämpötilojen ja lämpötilavaihteluiden minimointi. Perinteisen ilmajäähdytyksen lähestyessä rajojaan niin kokonaistehon kuin järkevän energiatehokkuudenkin suhteen, on parhaaksi seuraavaksi teknologiaksi ennustettu kaksifaasijäähdytystä, jonka suorituskyky ja energiatehokkuus ovat vaaditulla tasolla. Kaksifaasijäähdytyksen optimaaliselle toiminnalle tärkeää on hyvin suunniteltu ja tarkasti valmistettu lämmönsiirtopinta, jota kutsutaan mikrokanavistoksi. Pulssitettu laserkaiverrus on edistynyt valmistustekniikka, jonka tarkkuus ja luotettavuus sopisivat mikrokanavistojen valmistamiseen. Laserkaiverruksella saavutettavat lopputulokset vaihtelevat kuitenkin materiaalista riippuen ja kupari – jota käytetään yleisesti lämmönjohteena – on eräs huonoimmin lasertyöstöön reagoivista materiaaleista ja siksi on oleellista selvittää laser-kaiverruksen toimivuutta kuparisten mikrokanavistojen valmistuksessa. Pulssitetun laser-kaiverruksen eri variaatioista nanosekunti-luokan pulssinpituuksilla toimivat laitteet ovat jatkuvan tuotannon kannalta paras vaihtoehto niiden hyvän tuottavuuden, saatavuuden sekä kohtuullisen alkuinvestoinnin vuoksi. Käytännön kaiverruskokeiden perusteella selvisi, että menetelmä on laatunsa ja tarkkuutensa puolesta sopiva varsinaiseen tuotantoon. Kaiverruksen tehokkuus kuparia työstettäessä on kuitenkin ennakoituakin heikompi ja niin valmistus- kuin suunnitelu-prosessikin vaativat vielä jatkotutkimusta ja -kehitystä.

Suurnopeuskuvaustekniikan soveltaminen hitsausvalokaaren tutkimuksessa

Työn tavoitteena oli suurnopeuskuvaustekniikan ottaminen osaksi Kemppi Oy:n tuotekehitystä. Työn teoriaosa sisältää hitsausvalokaaren ja lisäaineensiirtymisen teoriaa,sekä perehtymisen suurnopeuskuvaustekniikkaan ja siihen vaadittaviin laitteistoihin. Teoriassa tarkastellaan myös MIG/MAG -päittäisliitoksen olemassa oleviin pohjapalon hitsausprosesseihin. Kokeellisen osan tuloksena syntyi suurnopeuskuvaustekniikkaan pohjautuva tutkimusmenetelmä. Rakennetulla järjestelmällä nähtiin hyvin teoriassa esitetyt MIG/MAG -hitsauksen kaarityypit ja lisäaineensiirtymisen muodot. Kuvattuja tuloksia kyettiin analysoimaan ja vertaamaan teoriaan. Päittäisliitoksen pohjapalon hitsaukseen soveltuvan prosessin kehitys oli osa käytännön osuutta. Tehdyillä kuvauksilla onnistuttiin havainnoimaan kehitetyn valokaaren ja aineensiirtymisen ilmiöitä. Näiden ymmärtäminen helpottui kuvauksien ansiosta ja tämä nopeutti ja mahdollisti tuotekehitystyötä. Tuloksena valmistui uusi pulssitettu lyhytkaariprosessi. Työn tuloksena syntyi uusi suurnopeuskuvaustekniikkaan nojautuva tuotekehitysprosessi, jossa uusi tekniikka kyetään liittämäänosaksi tutkimus- ja kehitystyötä. Tuloksia voidaan käyttää myös markkinoinnin ja myynnin edistämiseen.

Saostuman esto prosessiputken pinnalle

Työn tarkoituksena oli tutkia kirjallisuudessa esitettyjen menetelmien soveltuvuutta estää kalsiumkarbonaatin saostuminen PCC – prosessissa paperikonelinjan massansyöttöputkessa. Menetelmien heikkoudet ja toimivuudet arvioitiin lähdetietojen perusteella, joiden perusteella tehtiin johtopäätelmiä niiden toimivuudesta prosessissa ja käytettävyydestä kalsiumkarbonaattisaostuman muodostumiseen. Kirjallisuusselvitys osoittaa, että saostuma voidaan estää kemiallisesti ja sähkökemiallisesti sekä modifioimalla materiaalipintaa. Lisäksi sen muodostuminen voidaan estää ultraääniaaltojen avulla sekä indusoimalla mahdolliseen saostuskohtaan magneetti- tai sähkökenttä. Kokeellisessa osassa keskityttiin kirjallisuuden perusteella tutkimaan kalsiumkarbonaatin saostumista kaupallisilla menetelmillä. Tutkimuksissa käytettiin erilaisia pinnoitemateriaaleja, ultraääniaaltoja sekä magneettikenttää että liuossähkökemiaa. Näiden lisäksi tutkittiin saostumisen kehittymistä putkipinnalle ajan funktiona. Kokeellisten tulosten perusteella kirjallisuudessa esitetyistä menetelmistä ei suoraan mikään sovellu sellaisenaan tutkitussa prosessissa saostuman muodostumisen estoon. Koeparametrien optimointi muuttamalla tunnettuja parametreja prosessitilanteeseen paransi kalsiumkarbonaatin liukoisuutta. Tämän tutkimuksen tuloksena löytyi menetelmäkuvaus, jolla saostumien muodostuminen putkipinnoille voidaan estää.

Design of Pulsed Electroacoustic Measurement System for Space Charge Characterisation

Pulsed electroacoustic (PEA) method is a commonly used non-destructive technique for investigating space charges. It has been developed since early 1980s. These days there is continuing interest for better understanding of the influence of space charge on the reliability of solid electrical insulation under high electric field. The PEA method is widely used for space charge profiling for its robust and relatively inexpensive features. The PEA technique relies on a voltage impulse used to temporarily disturb the space charge equilibrium in a dielectric. The acoustic wave is generated by charge movement in the sample and detected by means of a piezoelectric film. The spatial distribution of the space charge is contained within the detected signal. The principle of such a system is already well established, and several kinds of setups have been constructed for different measurement needs. This thesis presents the design of a PEA measurement system as a systems engineering project. The operating principle and some recent developments are summarised. The steps of electrical and mechanical design of the instrument are discussed. A common procedure for measuring space charges is explained and applied to verify the functionality of the system. The measurement system is provided as an additional basic research tool for the Corporate Research Centre of ABB (China) Ltd. It can be used to characterise flat samples with thickness of 0.2–0.5 mm under DC stress. The spatial resolution of the measurement is 20 μm.

Taksamittarin EMC-testaus

Työssä esitellään ajoneuvokäytössä elektronisiin laitteisiin mahdollisesti vaikuttavat sähkömagneettiset häiriöt, kytkeytyneiden häiriöiden siirtotiet sekä kytkeytyneiden häiriöiden muodot. Työssä käydään läpi lyhyesti tapoja joilla häiriön syntyä voidaan vähentää. Lisäksi työssä käydään läpi lyhyesti tapoja joilla häiriön vaikutusta voidaan pyrkiä vähentämään. Työssä esitellään laite, jonka mahdollisuuksia toimia taksin taksamittarina tutkitaan. Taksin taksamittarin tulee täyttää Euroopan Unionin alueella myynnissä ollessaan täyttää Euroopan Unionin asettama direktiivi ajoneuvoelektroniikalle, lisäksi laitteen tulee täyttää Euroopan Unionin mittalaitedirektiivin asettamat vaatimukset. Esitellyn laiteen häiriönsietoa testataan sähkökenttää vastaan Euroopan Unionin asettaman direktiivin mukaisesti.

Mäskin sisältämän ligniinin modifiointi PCD-hapetuksella

Teoriaosassa tutkittiin mäskin muodostumista oluentuotantoprosessissa, ligniiniä ja sen pilkkoutumista hapetuksella, eri kehittyneitä hapetusmenetelmiä ja hapetuksella saatavia potentiaalisia pääkomponentteja. Kehittyneissä hapetusmenetelmissä keskityttiin pääasiassa pulssitettuun koronapurkaukseen perustuvaan PCD-menetelmään (Pulsed Corona Discharge). Tutkittavana pääkomponenttina toimi glyoksyylihappo. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin mäskistä erotetun ligniinin pilkkoutumista PCD-hapetuksella. Tässä menetelmässä hapetus perustuu sähköpurkauksen aikana syntyvien hydroksyyliradikaalien ja otsonin muodostumiseen, jotka voivat toimia hapettimina. Kokeissa käytettiin oluentuotannosta saatua mäskiä, josta ligniiniä liuotettiin natriumhydroksidi-vesi-liuoksen avulla uuttamalla.. Tämän jälkeen liuosta käsiteltiin PCD laitteistossa. PCD-käsiteltyä tuotetta analysoitiin mittaamalla ligniinin ja aldehydien pitoisuudet siitä spektrofotometrin avulla. Työn tarkoituksena on tutkia PCD hapetusmenetelmän soveltuvuutta mäskin sisältämän ligniinin muokkaamiseen siten, että siitä syntyvää tuotetta voitaisiin käyttää jossakin muussa sovelluksessa, kuten esimerkiksi lääkkeiden raaka-aineena lääketeollisuudessa. PCD hapetusmenetelmä on koronasähköpurkauksiin perustuva laite, jota käytetään pääasiassa vedenpuhdistuksessa hajoittamaan haitallisia orgaanisia yhdisteitä. Tämän työn perusteella ligniiniä hajosi, aldehydejä muodostui ja hapetusnäytteiden pH laski hapetusajan kasvaessa. Tämä viittasi vahvasti glyoksyylihapon muodostumiseen PCD-laitteistossa.

The neural processes generating visual phenomenal consciousness: ERP and neuronavigated brain stimulation studies

One of the greatest conundrums to the contemporary science is the relation between consciousness and brain activity, and one of the specifi c questions is how neural activity can generate vivid subjective experiences. Studies focusing on visual consciousness have become essential in solving the empirical questions of consciousness. Th e main aim of this thesis is to clarify the relation between visual consciousness and the neural and electrophysiological processes of the brain. By applying electroencephalography and functional magnetic resonance image-guided transcranial magnetic stimulation (TMS), we investigated the links between conscious perception and attention, the temporal evolution of visual consciousness during stimulus processing, the causal roles of primary visual cortex (V1), visual area 2 (V2) and lateral occipital cortex (LO) in the generation of visual consciousness and also the methodological issues concerning the accuracy of targeting TMS to V1. Th e results showed that the fi rst eff ects of visual consciousness on electrophysiological responses (about 140 ms aft er the stimulus-onset) appeared earlier than the eff ects of selective attention, and also in the unattended condition, suggesting that visual consciousness and selective attention are two independent phenomena which have distinct underlying neural mechanisms. In addition, while it is well known that V1 is necessary for visual awareness, the results of the present thesis suggest that also the abutting visual area V2 is a prerequisite for conscious perception. In our studies, the activation in V2 was necessary for the conscious perception of change in contrast for a shorter period of time than in the case of more detailed conscious perception. We also found that TMS in LO suppressed the conscious perception of object shape when TMS was delivered in two distinct time windows, the latter corresponding with the timing of the ERPs related to the conscious perception of coherent object shape. Th e result supports the view that LO is crucial in conscious perception of object coherency and is likely to be directly involved in the generation of visual consciousness. Furthermore, we found that visual sensations, or phosphenes, elicited by the TMS of V1 were brighter than identically induced phosphenes arising from V2. Th ese fi ndings demonstrate that V1 contributes more to the generation of the sensation of brightness than does V2. Th e results also suggest that top-down activation from V2 to V1 is probably associated with phosphene generation. The results of the methodological study imply that when a commonly used landmark (2 cm above the inion) is used in targeting TMS to V1, the TMS-induced electric fi eld is likely to be highest in dorsal V2. When V1 was targeted according to the individual retinotopic data, the electric fi eld was highest in V1 only in half of the participants. Th is result suggests that if the objective is to study the role of V1 with TMS methodology, at least functional maps of V1 and V2 should be applied with computational model of the TMS-induced electric fi eld in V1 and V2. Finally, the results of this thesis imply that diff erent features of attention contribute diff erently to visual consciousness, and thus, the theoretical model which is built up of the relationship between visual consciousness and attention should acknowledge these diff erences. Future studies should also explore the possibility that visual consciousness consists of several processing stages, each of which have their distinct underlying neural mechanisms.