SIB Labs Yhteistyölaitokset

Optisten mikro- ja nanorakenteiden valmistus vaatii työympäristön, jossa ilman hiukkaspitoisuutta, lämpötilaa ja kosteutta voidaan säätää tehokkaalla ja asianmukaisella ilmastoinnilla.

Puhdastilassa toimivat useat optisten rakenteiden valmistuksessa hyödynnettävät teknologiat:

• Elektronisädelitografia
• Holografinen litografia
• Nanoimprint litografia
• Reaktiivinen ionietsaus
• Ohutkalvojen valmistus
• Nikkelielektrolyysi
• Elektronimikroskopia 

Joensuun kampuksen puhdastilat on rakennettu kolmessa vaiheessa. Vuonna 1995 rakennettiin ensimmäiset 25 m2 puhdastilaa ja vuonna 1997 seuraavat 35 m2. Kolmannet 120 m2 puhdastilat, jotka yhdistävät edelliset puhdastilat yhtenäiseksi puhdastilakokonaisuudeksi, valmistuivat vuonna 2006. Uusimmat puhdastilat hyödyntävät modernia puhdastilateknologiaa. Huoltotiloineen puhdastilojen kokonaispinta-ala on noin 200 m2.

Yhteyshenkilö

Yli-insinööri Pertti Pääkkönen

Spektroskopiamenetelmät

• FTIR spektrometrit - materiaalien kemiallisen rakenteen määritys 
• 400 MHz NMR spektrometrit - materiaalien kemiallisen rakenteen määritys 
• UV-VIS-NIR spektrometri (integroivalla pallolla) - materiaalien kemiallisen rakenteen määritys, läpäisy- ja heijastusominaisuuksien sekä värin mittaus 
• FTICR-massaspektrometri - materiaalien rakenteen ja koostumuksen analytiikka 
• Ioniloukku-massaspektrometri - materiaalin rakenteen ja koostumuksen analytiikka 

Mikroskopiamenetelmät

• Atomivoimamikroskooppi (AFM + m-TA) - pintarakenteiden kuvantaminen mikrokokoluokassa, lämmönjohtokyvyn ja sulamisen määritys 
• Pyyhkäisyelektronimikroskooppi (FE-SEM) ja energia dispersiivinen röntgenspektroskopia (EDS) - materiaalien rakenteen tarkastelu nanometrien tarkkuudella sekä alkuainekoostumus 
• Valomikroskooppi (kuvaus) - materiaalien rakenteen tarkastelu 
• Kuvantava FTIR mikroskooppi - materiaalien rakenteen ja kemiallisen koostumuksen tarkastelu, kemialliset rakennekartat 
• Kombinatorinen Raman-AFM mikroskooppi - materiaalien rakenteen ja kemiallisen koostumuksen tarkastelu ja yhdistäminen, kemiallinen kartoitus syvyyden funktiona 

Termoanalyysilaitteet

• Differentiaalipyyhkäisykalorimetri (DSC) - materiaalien kemiallisiin ja fysikaalisiin muutoksiin liittyvät lämpömuutokset, esim. polymeerien lasisiirtymä- ja sulamislämpötilojen määritykset sekä kiteisyysasteen tarkastelu 
• Termovaaka (TGA) - materiaalien painohäviö lämpötilan funktiona 
• Lämpötilaohjelmoitu desorptio (TPD) - materiaalien lämpötilaohjelmoidut reaktiivisuustutkimukset kontrolloiduissa olosuhteissa 
• Termomekaaninen analyysi (TMA) - materiaalien lämpölaajenemisen mittaus 
• Kaasuadsorptiolaitteisto - fysi- ja kemisorptioon perustuva huokoisten materiaalien pinta-alan ja reaktiivisten pintapaikkojen analytiikka 

Mallituslaitteet

• Teholaskentaklusterit (1800 prosessoria) - molekyylimallitus, materiaalien rakenteen ja ominaisuuksien mallitus 
• 3D tulostin - molekyyli- ja  rakennemallien tulostus 

Röntgendiffraktiolaitteet

• Diffraktometri (yksikide) - molekyylirakenteen määritys 
• Diffraktometri (jauhe) - pulverinäytteiden rakennemääritys, materiaalien tunnistus ja kiteisyysmääritykset 
• Diffraktometri (proteiini) - proteiinien molekyylirakenne 

Mekaaninen materiaalitestaus

• Tribometri - materiaalien kitka- ja kulumisominaisuuksien määritys 
• Materiaalien testaus - mekaanisten veto- ja taivutusominaisuuksien mittaus 

Muut tutkimuslaitteet

• Geelikromatografi (GPC) - polymeerien moolimassojen ja moolimassajakaumien määritys 
• Kontaktikulman mittalaite - kontaktikulman ja pintajännityksen määritys (materiaalien kostuvuus) 
• Ellipsometri - materiaalien optisten ominaisuuksien sekä pinta- ja kerrosrakenteiden määritys 
• Alkuaineanalysaattori - typen, rikin, vedyn ja hiilen kvantitatiivinen analysointi 
• Valonsironta - molekyyli- ja partikkelikoon määritys 

Materiaalien valmistus, työstö ja pinnoitus

• Midiekstruuderi - polymeerien ja polymeerikomposiittien sulatus ja homogenisointi 
• Miniruiskuvalulaitteisto - polymeerien ja polymeerikomposiittien sulatyöstö, testikappaleiden valmistus 
• Päällystyslaite (Sputter coater) - näytteiden metallipinnoitus 
• Ultramikrotomi - materiaalileikkeiden valmistus 
• Atomikerrospäällystysreaktori (ALD) - materiaalien kemiallinen pinnoitus 
• RIE-ICP plasmalaitteisto (O2, Ar, CF4, He ja N2) - polymeerien pintarakenteen ja kemian muokkaus, etsaus 

Yhteyshenkilö: Kemian laitoksen professori Janne Jänis

Itä-Suomen yliopiston Teknillisen fysiikan laitoksen jauheröntgendiffraktiolaitteisto on malliltaan Bruker D8 DISCOVER.

Monikäyttöisen jauheröntgendiffraktiolaitteiston pääkomponentit:

Automaattinen näytteenvaihtaja

• 90 näytepaikkaa (15 näytepaikkaisia torneja kuusi kappaletta)
• Robotti lataa ja poistaa näytteet
• Mittaukset ja mittausdatan tallennus automaattisesti
• Tarvittaessa mitattujen diffraktogrammien Rietveld-hienonnus esim. faasiosuuksien laskemiseksi voidaan automatisoida.

Eulerin kehto

• Näytteen kierrot kahden akselin suhteen ja X-Y-Z –siirrot mahdollisia
• Kaikki akselit motorisoituja ja mahdollista käyttää näytteen asettamisessa ja mittauksessa
• Bulkki- ja jauhenäytteille, ohutkalvoille ja –levyille
• Näytteen maksimikorkeus 40 mm ja maksimipaino 1 kg
• Kehto mahdollistaa mm. tekstuurimääritykset (kiteiden suuntautuminen), jäännösjännitysten määrittämisen, reflektometrimääritykset (XRR) ohutkalvojen mittaamiseksi, faasien syvyysprofiloinnin (GID) kerroksellisilla näytteillä sekä mittaukset kuoppalevyistä tarkasti fokusoidun röntgensäteilyn avulla (mikrodiffraktio ja high troughput screening).

Kapillaarispinneri (asennus Eulerin kehtoon)

• Mittaukset kapillaareissa
• Kapillaarin pyöritys mahdollista mittauksen aikana
• Jauhenäytteille, nestemäisille näytteille, suspensioille
• Voidaan käyttää, kun näytemäärät ovat pieniä
• Käytetään parinjakaumafunktioanalyysin (PDF) tekemiseen, kun halutaan tutkia nanokiteisten tai amorfisten materiaalien lähijärjestystä.
• Mahdollista käyttää pienkulmasirontamäärityksissä (SAXS) kolloidinäytteille

Anton Paar DCS 350 –olosuhdekammio (asennus Eulerin kehtoon)

• Diffraktiomittaukset matalissa ja korotetuissa lämpötiloissa in situ
• Ilmassa / inertissä kaasussa huoneenlämmöstä +350 °C:een
• Vakuumissa -100 °C :sta +350 °C:een
• Näytteen maksimihalkaisija 25 mm
• Asennetaan Eulerin kehtoon, jolloin näytteelle voidaan tehdä mm. tekstuurimääritys halutussa lämpötilassa tai seurata faasitransitiota lämpötilan funktiona.

LynxEye-detektori

• 1 D –detektori, 192 kanavaa
• Mahdollista käyttää Cr-, Co-, Cu- ja Mo-säteilyn kanssa
• Fluoresenssisäteilyn rajoittaminen elektronisesti signaali-kohina –suhteen parantamiseksi rautapitoisilla näytteillä Cu-säteilyä käytettäessä
• Vaihtoehtoisesti rautapitoisilla näytteillä voidaan käyttää Mo-säteilyä.

Muuta huomioitavaa 

• Mittaukset normaalia Bragg-Brentano –geometriaa käyttäen tai parallel beam –geometrialla (Göbelin peili)
• Mahdollistaa myös epätasaisten näytteiden mittaamisen
• Käytettävissä Cu-säteily (Kα1 0,1540562 nm) ja Mo-säteily (Kα1 0,070930 nm)
• Tekstuurimäärityksiä ja mikrodiffraktiota varten Cu-putki on käännettävissä viivafokuksesta pistefokukseen.
• Eulerin kehdolla mitattaessa näytteen korkeussäätöön on käytettävissä laserpointterit goniometrin primääri- ja sekundäärikehillä näytteen kohdistamista varten.
• Goniometriin on kiinnitetty myös videokamera näytteen kuvaamiseksi mittauksen aikana
• Monipuoliset mittaus- ja analyysiohjelmistot, joihin sisältyy mm. Rietveld-laskenta

Yhteyshenkilö: Vesa-Pekka Lehto

• LC-qTOF-massaspektrometri Agilent G6540AA UHD Accurate Mass
• TOC-analysaattori Multi N/C 2100 S CLDplus BU
• Otsonianalysaattori Environement O342-M
• Mikrosiruskanneri Perkin-Elmer ScanArray Gx PLUS
• Virtaussytometri Beckman  Coulter Quanta SC
• LC-MS massaspektrometri Thermo Finnigan LTQ
• PCR-laitteisto MJ Research PTC-200
• Luminometri Berthold Sirius 1
• Hiukkasanalysaattori Beckman Coulter Multisizer 3
• Fotosynteesin mittauslaitteisto LCPro System
• Proteiinianalysaattori Leco FP-528 CE W/C/ALDR/PC
• Läpäisyelektronimikroskooppi Zeiss EM 900
• Erilaisia spektrometrejä  
• Erilaisia valomikroskooppeja