Ksenon-NMR:n simulaatiot fluideissa ja nanokaviteeteissa

Väitöstilaisuuden tiedot

Väitöstilaisuuden päivämäärä ja aika

Väitöstilaisuuden paikka

Linnanmaa, sali L5. Etäyhteys: https://oulu.zoom.us/j/64684269151

Väitöksen aihe

Ksenon-NMR:n simulaatiot fluideissa ja nanokaviteeteissa

Väittelijä

Filosofian maisteri Jouni Karjalainen

Tiedekunta ja yksikkö

Oulun yliopiston tutkijakoulu, Luonnontieteellinen tiedekunta, NMR-spektroskopian tutkimusyksikkö

Oppiaine

Fysiikka

Vastaväittäjä

Professori emeritus Claudio Zannoni, Bolognan yliopisto

Kustos

Dosentti Perttu Lantto, Oulun yliopisto

Lisää tapahtuma kalenteriin

Simuloitu spektroskopia valaisee nestemäisten materiaalien rakennetta

Molekyylisimulaatioista laskettujen ksenonin ydinmagneettisen resonanssin (NMR) parametrien avulla voitiin todentaa nanokokoiseen huokoseen suljetun nestekidemateriaalin monimutkainen, lämpötilasta riippuva olomuotojen kirjo. Väitöstutkimuksessa kehitetyt menetelmät olivat avuksi myös selvitettäessä veden edelleen yllättäviä ominaisuuksia.

Lasketuista spektriparametreista voitiin vahvistaa mm. sylinterinmuotoiseen nanohuokoseen suljetulle nestekiteelle kokeellisesti havaittu, molekyylien orientaation suhteen osittain järjestynyt olomuoto. Laskettujen parametrien todettiin vastaavan kvalitatiivisesti kokeellisesti mitattuja tuloksia ja antavan uusia tulkintoja kokeellisen datan tueksi. Kehitetyillä menetelmillä voitiin erotella tekijöitä, jotka vaikuttavat nesteeseen liuotetun jalokaasun NMR-spektrin muuttumiseen lämpötilan funktiona.

Väitöstyössä simuloitiin kvanttimekaanisesti parametrisoituja, yksinkertaistettuja molekyylimalleja. Näillä kuvattiin paitsi itse materiaalin rakenteesta vastaavat sähköiset vuorovaikutukset, myös siihen liuotetun ksenonin NMR-kemiallinen siirtymä. Menetelmien yhdistelmä mahdollisti tehokkaat, klassista mekaniikkaa noudattavat simulaatiot sekä simulaatiotulosten suoran vertailun kokeellisesti mitattuihin ksenonin NMR-spektreihin. Molekyylisimulaatioita ajettiin CSC:n superlaskentaympäristössä.

Nestekiteet ovat aineen olomuotoja, joilla on sekä nesteiden että kiinteiden, kiteisten aineiden ominaisuuksia. Huokoiseen materiaaliin suljettuna niiden monimuotoista olomuotojen kirjoa voidaan laajentaa entisestään. Rajoitettuun tilaan suljettujen nestekiteiden tunnetuimpia sovelluksia ovat nestekidenäytöt ja ns. älyikkunat.

Ksenonin ydinmagneettinen resonanssispektroskopia on tunnettu nesteiden, nestekiteiden ja huokoisten materiaalien tutkimuksen työkalu. Oulun yliopiston NMR-tutkimusyksiköllä on vuosikymmenien kokemus nesteiden, huokoisten materiaalien ja nanosysteemien tutkimuksesta sekä laskennallisin että kokeellisin menetelmin.
Viimeksi päivitetty: 11.5.2021