hackmaniitti3

Kuva: Mika Lastusaari

Turun yliopiston tutkijat ovat selvittäneet pimeässä valkoisena hohtavan luonnonmineraalin loiston alkuperän. Luonnonmateriaaleja tutkimalla voidaan saada merkittävää tietoa entistä parempien synteettisten materiaalien kehittämiseen.

Pimeässä hohtavat, eli jälkiloistavat materiaalit ovat kaikille tuttuja ainakin itsevalaisevista poistumisopasteista. Jälkiloistavia materiaaleja hyödynnetään paljon myös muissa käyttötarkoituksissa, kuten biokuvantamisessa.

– Tällä hetkellä käytettävät materiaalit ovat kaikki synteettisiä, ja esimerkiksi tutussa vihreänä jälkiloistavassa materiaalissa loisteen tuo alkuaine nimeltä europium. Tällaisten materiaalien hankaluutena on se, että vaikka niihin osataan liittää mukaan haluttu loistava alkuaine, ei niiden jälkiloisteominaisuuksia osata ennustaa, kertoo epäorgaanisen materiaalikemian fotoniikkatutkimusryhmän johtaja, yliopistonlehtori Mika Lastusaari Turun yliopistosta.

image

Kuvat: Mika Lastusaari

Luonnostakin löytyy muutamia mineraaleja, jotka jälkiloistavat. Yksi niistä on hackmaniitti, jota löytyy esimerkiksi Afghanistanista, Grönlannista, Kanadasta ja Pakistanista. Kaikki hackmaniitit eivät kuitenkaan loista pimeässä. Hackmaniitti on suomalaisittain erityisen kiinnostava luonnonmateriaali, sillä se on nimetty suomalaisen geologin, Victor Hackmanin mukaan.

– Olemme tehneet paljon tutkimustyötä synteettisten hackmaniittien parissa ja pystyneet kehittämään selvästi luonnonhackmaniittia kauemmin jälkiloistavan materiaalin, mutta loisteeseen vaikuttavat tekijät ovat tähän asti olleet pitkälti epäselviä, kuvaa tutkimusryhmässä post doc -tutkimusta tekevä Isabella Norrbo.

– Luonnolla on takanaan pitkä kokemus mineraalien optimoinnista, ja siksi lähdimmekin tutkimaan jälkiloisteilmiötä luonnonhackmaniittien avulla, lisää ryhmässä väitöstutkimustaan tekevä Sami Vuori.

Luonnon mineraaleissa on usein monimutkaisia koostumuksia sekä melko suuria koostumuseroja riippuen siitä, millaisissa olosuhteissa ne ovat syntyneet.

– Luonnonmateriaalin optimointi antaa meille mahdollisuuden selvittää, mikä tekee parhaiten loistavista hackmaniiteista niin hyviä, toteaa tohtorikoulutettava Cecilia Agamah.

Hackmaniitin ytimessä hohtaa titaani

Tutkimus toteutettiin kansainvälisenä yhteistyönä, johon osallistui eri alojen tutkijoita. Kemistien lisäksi tutkimukseen osallistui mineralogeja, geologeja, fyysikko, tilastotieteilijä sekä materiaalien ominaisuuksien mallinnukseen erikoistuneita tutkijoita.

– Laaja-alaisen yhteistyön ansiosta pääsimme selvyyteen siitä, että luonnonhackmaniitin loisteeseen vaikuttavat keskeisimmin rikki, kalium, titaani ja rauta sekä niiden pitoisuuksien oikea tasapaino, Mika Lastusaari kertoo.

Yhdistämällä kokeellista ja laskennallista tietoa tutkimuksessa pystyttiin todentamaan, että hackmaniitissa loistavana keskuksena on titaani ja että jälkiloisteeseen liittyy elektronien kuljetus johtovyön kautta.

– Näiden tulosten avulla saimme tärkeää tietoa hackmaniittien jälkiloisteeseen vaikuttavista tekijöistä. Vaikka luonto ei tässä tapauksessa ole pystynyt muovaamaan yhtä tehokkaasti loistavaa materiaalia kuin ihminen, saatiin luonnolta kuitenkin merkittävää apua, jota käytämme hyväksi entistä tehokkaampien loistavien materiaalien kehitystyössä, Lastusaari kertoo.

Tutkimukseen osallistuivat apulaisprofessori Tangui Le Bahers’in ryhmä Lyonin yliopistosta, professori Philippe Smetin ryhmä Ghentin yliopistosta, Antwerpenin mineraloginen yhdistys sekä São Paulon yliopiston tutkijoita. Suomalaiset yhteistyökumppanit olivat Turun yliopiston eri laitoksilta sekä Åbo Akademista ja Jyväskylän yliopistosta.

Tutkimusta ovat rahoittaneet Business Finland, Ranskan kansallinen tutkimusrahoituslaitos ANR, ranskalainen Pôle de Compétitivité, São Paolon tutkimussäätiö FAPESP sekä Ghentin yliopisto.

Tutkimus on julkaistu arvostetussa Chemistry of Materials -lehdessä.

Tutkimusryhmän verkkosivu.