Materiaalien ja prosessien tutkimus fotonien emission ja absorption avulla

Materiaalien tutkimus valon, eli fotonien avulla edistää tieteellistä ja teknologista kehitystä, vaikuttaen muun muassa valaistukseen, kuvantamiseen, havainnointitekniikoihin ja energiaratkaisuihin. Esimerkiksi luminesoivia materiaaleja hyödynnetään laajasti teknologian, lääketieteen ja tutkimuksen sovelluksissa, kuten LED- ja lasertekniikassa sekä syövän diagnostiikassa. Metalliteollisuudessa on tarkoitus hyödyntää optista emissiospektroskopiaa (OES) ympäristöystävällisemmän ja tehokkaamman teräksenvalmistusprosessin saavuttamiseksi.

A. Tuomelan väitöskirjassa tutkittiin synkrotronisäteilyä hyödyntäen sellaisia harvinaisilla maametalleilla seostettuja materiaaleja, jotka ovat potentiaalisia teknologisiin sovelluksiin. Ensimmäisessä osatutkimuksessa kokeellisia tuloksia verrattiin laskennallisiin tuloksiin. Toisessa tutkittiin muun muassa hapen vaikutusta luminesoivaan materiaaliin. Lopuksi tarkasteltiin terästeollisuuden valokaariuuneista ja senkkauuneista saatujen kuonanäytteiden plasmaemissioita OES:n avulla laboratoriomittakaavan valokaariuunilaitteistolla.

Luminesoivien materiaalien tutkimusten tulokset luovat tärkeää ymmärrystä materiaalien ominaisuuksista tarkkailemalla energiatasojen välisiä fysikaalisia siirtymiä. Tulokset osoittivat muun muassa, että happikontaminaatiolla voi olla merkittävä heikentävä vaikutus havaittavaan luminesenssiin. Teräksentuotantoprosessia koskevassa tutkimuksessa parhaiten erottuvimmat ja tutkimuksen kannalta merkittävimmät spektripiikit määritettiin ja niiden yhteys kuonan koostumukseen esitettiin suoran verrannon ja suhdeanalyysin avulla. Käytetty OES-menetelmä osoittautui hyvin soveltuvaksi prosessien seurantaan ja optimointiin. Työssä annettiin suosituksia teollisen mittakaavan mittalaitteiston resoluutiosta.

Väitöstutkimus osoittaa, että uusien materiaalien kehittäminen teknologisiin innovaatioihin ja teräksentuotannon prosessien eteenpäinvieminen edellyttävät fotonien emissioon ja absorptioon perustuvaa tutkimusta.