[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM

Permanent URI for this collectionhttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/11

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 20 of 2057
  • Statistical Entropy Analysis (SEA) as a tool for Evaluating Wood Cascading in a Circular Economy
    (2025-05-15) Talvitie, Onni
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    This thesis explores the use of Statistical Entropy Analysis (SEA) for assessing material circularity within a circular economy context. Typically, SEA is applied to multi material flow systems, but this thesis focuses on how SEA is adapted for single material flow systems, specifically wood cascading systems. This thesis has given a structured literature review on SEA and its common real-world applications leading to how SEA is adapted for single material flow systems and illustrating its function. A case study on wooden pallets was used as an example to demonstrate how material quality can be evaluated through the entropies of purity and material degradation with help of the adapted SEA formulas. Additionally, a thought experiment was conducted between two wooden planks with different levels of contaminations to further illustrate the practical application of the adapted SEA method. The adapted SEA method results show that high levels of contamination and size degradation increase the materials entropy, thus leading to reduced potential in terms of reuse and functionality within the cascading system. This thesis highlights that the application of SEA improves material and resource management and optimization, providing a structured approach for quantitative assessment of systems over time. SEA promotes sustainability, drives positive economic impacts and contributes to the preservation of global biodiversity within the circular economy.
  • Bioinspired triboelectric films for enhancing triboelectric output
    (2023-05-16) Omar, Hanad
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Triboelectric nanogenerators (TENGs) convert mechanical energy into electricity by integrating the triboelectric effect with electrostatic induction. Due to growing world demand for portable and clean energy supplies, bio-based TENGs (bio-TENGs) are being synthesized from biodegradable, green materials. Within this subgroup, textile-type TENGs (t-TENGs) are highly attractive because they are breathable, flexible, and can be easily integrated into traditional textile production processes to enable easy incorporation into clothing, thereby realizing smart self-powered garments. The thesis explores the performance enhancement of t-TENGs by biomimetic replication of surface patterns from typical textile motifs in everyday fabrics. It establishes the governing triboelectric mechanism and relates charge generation and fabric geometry, weave topology, and surface roughness systematically. Special emphasis is placed upon structural dimensionality, one-dimensional (1D) yarn or fiber architecture, two-dimensional (2D) woven or knitted fabrics, and three-dimensional (3D) spacer geometries and their benefits. Although 1D yarn-level TENGs provide unmatched flexibility and facile integration, their electrical output is rather low. Scaling to 2D textiles increases surface contact and supports scalable fabrication well-suited to wearable power supplies. Going even further, 3D-orthogonal-woven TENGs capitalize on increased surface interaction and structural resilience, yielding enhanced performance. Architectural design directly influences microstructural functionality at the macro scale, providing mechanical stability and controlled design, which are critical for maintaining the device's integrity during deformation. However, true triboelectric performance is controlled by microstructural features, such as surface roughness. The experimental design involved casting various textile patterns into polylactic acid (PLA) films. To fabricate the films, molds were derived from diverse textile architectures, including knitted and woven designs. The films were then tested against Teflon and Mohair to evaluate the triboelectric output. The results showed Teflon consistently producing a higher voltage and energy output than Mohair, with the textile samples. However, one of the samples, such as the honeycomb pattern of the “Texture Ulla,” created a higher output with Mohair than Teflon. The thesis focuses on shedding light on t-TENGs’ advantages in wearable energy harvesting and their optimization. Different geometric structures are used to create the ideal function in managing triboelectric performance and designing various microstructured patterns to enhance the triboelectric output.
  • Silicon Lifecycle and Recycling in the Semiconductor Industry
    (2025-06-17) Haapamäki, Vivi
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Abstract The increasing demand for semiconductor devices due to advancements in information and communication technology, as well as digitalisation, has resulted in a rapid rise in silicon consumption. Silicon, a metalloid, is the most used raw material in the semiconductor industry due to its diverse mechanical, chemical, and electrical properties. As technological innovation continues to grow and the world moves towards greener technologies, electronic recycling is becoming an increasingly important strategy for achieving sustainable practices in the semiconductor industry. Utilising recycled silicon in the production processes reduces the industry’s dependence on raw materials, and the environmental impact is minimised. This thesis is composed as a literature review to analyse the use and recycling of silicon in the semiconductor industry. The thesis discusses the production lifecycle of silicon, from extraction and purification to the production of silicon wafers, including their applications in the semiconductor industry. The silicon purification process is a vital step in production, as semiconductor devices require high-purity silicon to ensure maximum efficiency. The various energy-intensive production processes result in significant harmful emissions and generate a considerable amount of waste. Lifecycle management focuses on researching methods to enhance the various production stages, making them more efficient while enabling the creation of sustainable and effective semiconductor devices. In recent years, the semiconductor industry has prioritised achieving sustainable development and a circular economy to reduce its environmental impact and dependence on raw materials by developing and researching potential recycling technologies for silicon. Rapid growth in the semiconductor industry has led to both progress and challenges in silicon recycling and electronic waste treatment, emphasising the industry's environmental footprint. Research on current recycling methods indicates that there are several alternative processes; however, their applicability in the semiconductor industry is limited due to low efficiency, economic viability issues, and significant environmental impact. Innovations in silicon recycling technologies and production processes, along with alternative materials to silicon, present potential solutions for enhancing economic viability and reducing environmental impact. Though alternative materials may offer technical advantages, their actual use in the semiconductor industry remains extremely limited because of high costs and environmental implications. Therefore, investing in the improvement of silicon recycling processes and electronic waste management can enable more sustainable and efficient production practices for semiconductor devices, along with enhanced recycling strategies.
  • Silicon Carbide in High-Temperature MEMS
    (2025-06-16) Kaatra, Eikka
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Microelectro-Mechanical Systems, or MEMS, are microscale sensors or devices that operate based on the interaction between electrical signals and mechanical motion. The majority of MEMS are made from silicon because of the maturity of silicon technology. However, the properties of silicon are highly temperature dependent, which prevents silicon-based microsystems from operating at high temperatures. Many alternative materials for high temperature MEMS operation have been researched, of which silicon carbide (SiC) is one of the most promising. This bachelor's thesis examines the suitability of the three most common SiC polytypes (3C-SiC, 4H-SiC, and 6H-SiC) for high-temperature MEMS applications, the challenges related to crystal growth and patterning, and the most common SiC MEMS applications according to current research. The work is a literature review. Silicon carbide withstands high temperatures because of its mechanical robustness, chemical inertness, and wide band gap. In theory, SiC MEMS are able to operate in temperatures up to 800 °C in electrical applications and up to 1200 °C in mechanical applications. However, due to the strong mechanical preperties and chemical inertness, the crystal growth and patterning of SiC is challenging and slow. These problems are especially apparent in patterning, where enhancing the speed and precision of patterning methods is essential for the commercialization of SiC MEMS. In addition, the degradation of interfaces between materials at high temperatures limits the operational temperature range of MEMS applications. As of date, researchers have been able to fabricate SiC pressure and inertial sensors that can reliably operate at temperatures up to 600 °C and 800 °C, respectively. Current research has focused primarily on pressure and inertial MEMS fabricated from 4H- and 6H-SiC since the bulk fabrication of these polytypes is feasible.
  • Tekoälypohjainen mallinnus säätötekniikassa ja prosessiteollisuudessa
    (2025-06-14) Rissanen, Isabella
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Viime vuosina tekoäly on kehittynyt merkittävästi, mikä on ollut seurausta muun muassa edistysaskeleista laskentatehossa, tekoälymenetelmissä ja ohjelmistoarkkitehtuureissa. Yksi näkyvimmistä esimerkeistä tästä kehityksestä ovat suuret kielimallit, kuten GPT-mallit. Prosessiteollisuus on yksi niistä aloista, joilla tekoäly on herättänyt kasvavaa kiinnostusta. Vaikka prosessiteollisuudessa on jo käytössä erilaisia tekoälysovelluksia, merkittävä osa sen tarjoamista mahdollisuuksista on edelleen hyödyntämättä. Tässä työssä tarkastellaan, kuinka tekoäly voi tukea mallinnustyötä. Kokeellisessa osuudessa tarkastellaan OpenAI:n o-sarjan kielimallien soveltuvuutta mallinnustyön tueksi sekä esitellään suurten kielimallien toimintaperiaate yleisellä tasolla. Kokeellisen osuuden tulokset osoittavat, että OpenAI:n o-sarjan kielimallit suoriutuvat yksinkertaisista mallinnustehtävistä. Tämän työn perusteella voidaan todeta, että tekoälyn merkitys säätötekniikassa ja prosessiteollisuudessa on vahvistumassa.
  • CO inhibition in microbial syngas fermentation processes
    (2024-06-13) Kemppainen, Aada
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Microbes are used in various applications such as gas fermentation, which can be used to convert industrially produced synthetic gases to value-added products, such as fuels and chemicals. This process is challenging as the main component of syngas, CO, is inhibitory to microbial cells. This thesis focuses on the microbes that are commonly used for syngas fermentation, their CO metabolic pathways, and CO inhibition rates in these pathways and how to control CO inhibition in microbial syngas fermentation processes. It was observed that some microbial species and metabolic pathways show higher CO tolerance than others and that all the metabolic pathways in different organ-isms use similar enzymes in CO conversion process. CO inhibition impact could possibly be mitigated by different microbial community structures, use of more tolerant microbial species, longer adaptation times and gene technology.
  • Biohartsit nyt ja tulevaisuudessa
    (2025-05-16) Koivumaa, Antti
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä kandidaatintyössä selvitettiin kolme kolmen tärkeimmän komposiiteissa käytetyn hartsin mahdollista biopohjaista valmistamista ja käyttöä komposiit-tien valmistuksessa nykypäivänä sekä mahdollisia valmistettavia tuotteita ja nii-den käyttötarkoituksia. Selvitettiin mitä uusia biohartseja viime aikoina on tut-kittu, ja olisiko niistä tulossa uusia mahdollisia korvaajia vanhoille hartseille. Tässä käsitellään vain hartseja ja niiden komposiitteja ottamatta kantaa vahvi-kekuitujen laatuun. Toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja saatiin selville, että kaikkia kolme hartsia voidaan tuottaa biopohjaisistalähteistä, sekä osittain biopohjaisilla hart-seilla on kaupallisia sovelluksia. Uusista tutkimuksista löytyy useita mahdollisia korvaajia kolmelle tärkeim-mälle hartsille kuten FDCA.
  • Metanolin lämpötilaohjelmoitu desorptio ja pintareaktio katalyyttien karakterisointimenetelminä
    (2025-06-12) Kurihara, Tobio
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Kandidaatintyössä tutkitaan metanolin lämpötilaohjelmoitua desorptiota (MeOH-TPD) sekä lämpötilaohjelmoituja pintareaktiota (MeOH-TPSR) mene-telminä heterogeenisten katalyyttien karakterisoinnissa, keskittyen katalyytteihin. Tavoitteena on muodostaa menetelmistä katsaus, jota voidaan hyödyntää menetelmien käyttöönotossa. MeOH-TPD ja MeOH-TPSR antavat tietoa katalyyttien pintojen adsorptio-desorptiokäyttäytymisestä, aktiivisten kohtien ominaisuuksista ja reaktiome-kanismeista analysoimalla metanolista johdettavia reaktiotuotteita, kuten vetyä, hiilimonoksidia ja formaldehydiä. Lisäksi seuraamalla tapahtuvia reaktioi-ta, kuten hapettumista ja dehydraatiota, ne voidaan liittää metallioksidien redox-ominaisuuksiin sekä Brønsted-Lewis-happopaikkojen olemassaoloon. Kirjallisuuskatsauksen perusteella menetelmät tarjoavat tietoa katalyyttien aktiivisten kohtien tiheydestä, muodostuvien sidosten vahvuudesta, redox-ominaisuuksista sekä happo-emäspaikkojen (Bronsted-Lewis) jakaumasta. Esimerkiksi Pt-Sn/Al2O3-katalyyttien desorptiospektrit osoittivat Sn-pitoisuuden vaikuttavan sidosten vahvuuteen, kun taas CeO2-pinnoilla havaittiin metanolin kemisorptiota ilman happivajauksia. Menetelmät osoittautuivat hyödyllisiksi redox-reaktioiden ja happo-emäsvuorovaikutusten tutkimisessa, mutta tulosten tulkinta vaatii näytteen esikäsittelyn ja instrumenttien herkkyyden huomioimista. Jatkotutkimuksissa menetelmien yhdistäminen muihin menetelmiin voisi parantaa tulosten luotettavuutta.
  • Muovikomposiittien kierrätysmenetelmät
    (2025-06-11) Nurkkala, Matti
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tämä kandidaatin työ on kirjallisuuskatsaus, jossa selvitetään kuitulujitettujen muovikomposiittien kierrätysmenetelmiä. Työssä selostetaan lyhyesti mitä kuitulujitetut muovit ovat, ja käydään läpi jo olemassa olevia sekä kehitteillä olevia nousevia kierrätyksen teknologioita. Teknologioita arvioidaan niiden käytännöllisyyden, ympäristöystävällisyyden sekä taloudellisuuden kannalta.
  • Polysakkaridien muokkaaminen mekanokemiallisesti
    (2025-06-04) Zou, Yulin
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Fossiilisten polymeerien ympäristöhaittojen vuoksi on ollut kasvava kiinnostus kestävän kehityksen materiaalille, joka voisi korvata fossiiliset polymeerit niiden sovellutuksissa. Polysakkaridit ovat nousseet esiin lupaavina materiaaleina korvata synteettiset polymeerit, sillä ne omaavat uusiutuvuutta ja biohajoavuutta. Selluloosa, tärkkelys ja kitiini ovat yleisimpiä polysakkarideja, joita on jo hyödynnetty monissa teollisissa sovellutuksissa. Kuitenkin muokkaamattomilla polysakkarideilla voi olla heikompia ominaisuuksia synteettisiin polymeereihin verrattuna. Nämä ominaisuudet rajoittavat niiden reaktiivisuutta ja soveltamista. Siksi niille on toteutettava muokkauksia funktionalisoinnin parantamiseksi. Perinteinen metodologia polysakkaridien muokkaukseen käyttää usein orgaanisia liuottimia, jotka voivat aiheuttaa terveydellisiä ja ympäristöön kohdistuvia riskejä. Sen sijaan, mekanokemialliset menetelmät hyödyntävät mekaanisia voimia aiheuttamaan kemiallisia reaktioita jopa kiinteässä olomuodossa. Näin vähentyy jätteiden tuottoa ja tarvetta myrkyllisille liuottimille. Tämä kanditaatintutkinto tutkii mekanokemian soveltamista vihreänä ja kestävän kehityksen ratkaisuna polysakkaridien kemiallisten rakenteiden muokkaamiseen. Työ korostaa nykyisiä trendejä polysakkaridien muokkaamisessa ja mekanokemian tehokkuutta muokkausten valmistuksessa. Katsaus kirjallisuudesta osoittaa mekanokemian monipuolisuutta ja kannattavuutta vaihtoehtoisena menetelmänä parantaa polysakkaridien johdannaisia eri teollisuussektoreilla.
  • Prediction of mutant metabolic phenotypes using genome-scale metabolic models
    (2025-06-16) Ylämäki, Elena
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Cellular factories are used in the production of small molecules, such as pharmaceuticals, industrial chemicals and biofuels. Strain engineering aims to enhance these processes by imposing genetic mutations that optimise cellular metabolism. Efficient mathematical analysis tools are needed to predict how metabolic reaction fluxes are determined and how a genetic perturbation affects the metabolic fluxes,regardless of the complexity of metabolic networks. This thesis is a literature review that explores the role of genome-scale metabolic models (GEMs) in the prediction of mutant metabolic phenotypes, focusing on strain engineering and gene deletions. This thesis aims to determine how the optimal accuracy of GEMs can be achieved and how GEMs can be used in enhancing cellular molecule production. GEMs are constructed by integrating biological data to reconstruct metabolic networks, transformed into stoichiometric matrices. Combined with constraint vectors and an objective function, they form an optimization problem that determines the cell’s optimal metabolic flux distribution. The optimal metabolic flux distribution is determined with metabolic flux analysis tools. All these methods assume a metabolic steady state but hypothesize cell behaviour differently by using different objective functions. Based on these flux analysis tools, gene knockout strategies can be designed to redirect metabolic fluxes towards desired products. Gene knockout models, consisting of multi-layer optimization problems, first determine the optimal knockout strategy based on the outer optimization problem, and then predict the resulting flux distribution based on the inner optimization problem. The findings of the thesis highlight that the most accurate model depends on the inspected state of metabolic adaptation and the metabolic goal modelled. Despite being a promising tool for predicting mutant metabolic phenotypes, GEMs need to be developed further and modified organism-specifically to accurately depict the metabolic behaviour of the cell. Therefore, there is a need for more research on the models and the modelled organisms.
  • Soft Actuators and Their Applications in Soft Robotics
    (2025-05-10) Luukkonen, Minttu
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Nature is one of the sources of inspiration for man-made materials and machines, like robots. The movement of animals has inspired the development of robots. However, traditional robots made of hard materials are unable to work in environments where their rigidity is an obstacle. To make robots more adaptable to different environments, new materials are needed that can operate in soft environments, for example in contact with biological tissues. Actuators are materials that convert energy into motion. Soft actuators, as the name suggests, are made of soft materials, often polymers. Their softness and flexibility allow better ability to grip unfamiliar objects and more degrees of freedom for movement. They are smart materials that can respond to a stimuli. In soft robotics, soft smart mate-rials are used to make robots. This thesis is a review of polymer materials that can be used as soft actuators. Possible actuation mechanisms are presented, and a few applica-tions in soft robotics are reported. The future and challenges of the use of polymeric soft actuators are also briefly discussed. Polymers are synthetic, soft and flexible materials that mimic biological tissues, which makes them promising materials for soft robotics. Polymers are good at shape-shifting due to their various reversible bonds. Cross-linking of the polymer structure provides flexibility and allows shape retention. Soft actuators can be activated by various stimuli (e.g. magnetic field). Activation can be achieved by a remote signal or by a signal from an energy source integrated into the ac-tuator structure. Actuation is based on a change in the volume or molecular arrange-ment of the polymer, which causes the material to change shape. The use of polymers in soft robotics is being widely studied. In particular, autonomous and biomedical applications are under development. For example, this work presents a soft robotic glove that can be used for rehabilitation of hand motor function.
  • Emerging biobased hydrophobization technologies for fiber-based packaging
    (2025-05-16) Vauhkonen, Roosa
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    The rising demand for sustainable packaging has led companies and consumers to select fiber-based options. However, the inherent hydrophilicity of fiber-based packaging limits their applications. This bachelor’s thesis examines emerging bi-obased hydrophobization technologies for fiber-based packaging through a litera-ture review. The study focuses on sustainable alternatives to synthetic sizing chemicals and conventional plastic coatings, while further examining how surface chemistry affects hydrophobicity. Specific focus is placed on biopolymer coatings, such as cellulose- and chitosan-based coatings, as well as biobased internal sizes, such as maleic sunflower high oleic (MSOHO). The effectiveness of novel approaches is evaluated on their capability to resist penetration by water as well as their ability to resist the transmission of water vapor. The most promising results in the field of coatings were achieved with cel-lulose stearyl ester (CSE) and a combination of acetylated cellulose with cin-namaldehyde (CIN). Chitosan- and lignin-based coatings also proved effective in enhancing hydrophobicity. All the studied bio-based internal sizes significantly increased the material's hydrophobicity. The findings suggest that while signifi-cant progress has been made in the field of biobased hydrophobization, challenges such as high costs, low scalability and issues in land use remain. This literature review provides a foundation for further research into potential materials.
  • Menetelmät kartonkipakkausten puhtauden tutkimiseen
    (2025-06-06) Toivonen, Roosa
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Kandidaatintyössä tarkastellaan kartonkisten elintarvikepakkausten puhtauden analysointimenetelmiä kirjallisuuskatsauksen muodossa. Työssä perehdytään kartongin käyttöön elintarvikepakkausmateriaalina, sen rakenteellisiin ominaisuuksiin ja turvallisuusvaatimuksiin. Tarkastelun kohteena ovat pakkausmateriaalien kontaminaatioriskit, kuten kemiallinen migraatio, kaasujen permeaatio ja mikrobiologinen saastuminen, jotka voivat vaarantaa elintarvikkeiden turvallisuuden ja laadun. Työssä käsitellään teknisiä ratkaisuja, kuten barrier-pinnoitteita, sisäpussiratkaisuja ja funktionaalisia adsorbentteja, joilla pyritään vähentämään kontaminaatioriskiä. Työssä esitetään keskeisiä analyysimenetelmiä, kuten kaasukromatografiaa ja nestekromatografiaa yhdistettynä massaspektrometriaan, migraatiotestejä sekä mikrobiologisia analyysejä ISO-standardeihin pohjautuen. Vaikka nykyiset analyysimenetelmät mahdollistavat tarkkojen tulosten saavuttamisen, niiden hajanaisuus ja erityisesti ei-tarkoituksella lisättyjen aineiden (NIAS) arvioinnin haasteet osoittavat tarpeen kokonaisvaltaisemmalle lähestymistavalle ja menetelmien yhtenäistämiselle. Työssä tuodaan esiin myös kestävän kehityksen merkitys kartonkipakkausten tulevaisuudessa. Kierrätysmateriaalit ja biopohjaiset ratkaisut tarjoavat ympäristöhyötyjä, mutta niiden käyttö edellyttää tehokasta riskinhallintaa. Lisäksi tarkastellaan nanoteknologian mahdollisuuksia pakkausmateriaalien suojaominaisuuksien parantamisessa. Kartonkipakkausten turvallisuuden kehittäminen edellyttää tiivistä vuorovaikutusta ja tiedonsiirtoa tutkimuksen, viranomaisten ja teollisuuden välillä.
  • Lisäaineet hiusten vaalennuksessa
    (2025-05-16) Laitila, Julia
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan hiusten vaalennuksen lisäaineita ja niiden vaikutuksia hiuksen rakenteeseen ja vaalennuksen lopputulokseen. Lisäksi tutustutaan kehitteillä oleviin uusiin lisäaineisiin ja tutkitaan hiusten vaalennuksen ympäristö- ja terveysvaikutuksiin. Hiusten vaalennusreaktio on hapetusreaktio, jossa vetyperoksidi hapettaa hiuksen luonnollisia pigmenttimolekyylejä värittömiksi. Jotta vaalennusreaktiota saadaan nopeutettua ja lopputuloksesta tasainen, käytetään vaalennusaineissa lisäaineita. Yleisimpiä lisäaineita ovat persulfaatit, jotka ovat myös hapettimia ja edistävät vetyperoksidin ja melaniinipigmenttien välistä hapetusreaktiota. Toinen yleinen lisäaine on ammoniakki, joka toimii reaktiossa alkalointiaineena eli se nostaa pH- arvon 9–10:een, jotta hiuksen suomukerros avautuu ja hapettimet pääsevät tunkeutumaan hiuksen kuorikerrokseen, jossa melaniinipigmentit sijaitsevat. Hiusten vaalennuksessa tärkeää roolia näyttelevät myös hiusta suojaavat lisäaineet, kuten keratiini, kreatiini, hiusöljyt ja jälkihoitotuotteet, esimerkiksi Olaplex. Suojaavien lisäaineiden tarkoituksena on vahvistaa ja korjata hiuksen proteiinirakennetta hapetusreaktion vaurioilta. Lisäaineiden oikeanlaisella säätelyllä lopputuloksesta saadaan optimaalinen sekä vaalennuksen tasaisuuden ja värin että hiuksen kunnon kannalta. Ympäristön ja terveyden kannalta myös uusien luonnollisempien lisäaineiden kehittäminen on tärkeää, jotta haitat ihmisille ja ekosysteemeille voidaan minimoida.
  • Epitaktiset menetelmät GaAs-ohutkalvojen kasvattamiselle teollisella mittakaavalla
    (2025-05-30) Nevalainen, Tatu
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä kandidaatintyössä vertaillaan epitaktisten menetelmien soveltuvuutta yhdistepuolijohteena toimivan galliumarsenidin (GaAs) teolliseen kasvattamiseen ohutkalvoina. Työ toteutettiin vertailevana tutkimuksena pohjautuen tieteellisiin artikkeleihin eri menetelmistä. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää epitaksiaalinen menetelmä, jossa GaAs:n epitaksian hinta, ohutkalvojen laatu sekä skaalautuvuus kohtaisivat toisensa mahdollisimman hyvin. Vertailtavia menetelmiä olivat Molecular Beam Epitaxy (MBE), Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE), Liquid Phase Epitaxy (LPE), Close Spaced Vapor Transport (CSVT) ja Hydride Vapor Phase Epi-taxy (HVPE). Epitaksialla tarkoitetaan kiderakenteen kasvattamista toisen kiderakenteen päälle. Kiderakenteen laatua voidaan perustella esimerkiksi kidevirhepitoisuuksien määrillä, rajapintojen tasaisuuksilla tai avoimen piirin jännitteillä. Samalla epitaktisen menetelmän kerrospaksuuskontrollin perusteella nähdään, mihin sovelluskohteisiin menetelmä soveltuu, sillä sovelluskohteet vaativat eri paksuisia ohutkalvoja. Epitaksian hinta perustuu laitteiston käyttökustannuksiin ja lähtöaineiden hintoihin. Näiden lisäksi skaalautuvuutta voidaan perustella epitaksian kasvunopeuksilla sekä ohutkalvojen kokojen ja kasvatusmäärien perusteella. Vertailevan tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan sanoa, että GaAs-ohutkalvojen kasvattamiselle ei ole täydellistä epitaktista menetelmää johtuen menetelmien yksilöllisistä epävarmuustekijöistä. Joka tapauksessa teknisesti ja taloudellisesti teollisuudessa olisi kannattavinta hyödyntää useaa menetelmää riippuen sovelluskohteesta ja tuotantomääristä.
  • Fermentointiliuosten haitta-aineiden käsittely kylmäplasmahapetuksella
    (2025-05-29) Hytönen, Samuli
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Lignoselluloosapohjaisten fermentointiliuoksien haitta-aineet, kuten fenoli- ja furaaniyhdisteet, vaikuttavat merkittävästi mikrobien kasvuun ja tuottavuu-teen sekä teollisen bioetanolin saantoon. Kylmäplasmahapetus on huomattu lupaavaksi ei-termiseksi ja ympäristöystävälliseksi menetelmäksi näiden hait-ta-aineiden hajottamiseen. Tämä kandidaatintyö toteutettiin kirjallisuuskatsauksena lignoselluloo-sapohjaisissa fermentointiliuoksissa esiintyviin haitta-aineisiin ja niiden muo-dostumiseen sekä kylmäplasmahapetuksen periaatteeseen ja toteutettuihin tutkimuksiin. Tarkoituksena oli erityisesti keskittyä käytettyihin laiteratkaisui-hin ja niiden toimivuuteen. Fermentointiliuoksien kylmäplasmahapetus hait-ta-aineiden hajottamiseen lignoselluloosasta on varsin nuori idea, koska tut-kimuksia on tähän mennessä tehty vain muutamia viimeisien viiden vuoden sisällä. Erityisesti furaanipohjaisten yhdisteiden, kuten furfuraalin ja hydrok-simetyylifurfuraalin (HMF), hajottamiseen tämä tekniikka toimii erittäin hyvin ja suurin osa tutkimuksista todistivat tämän. Rajallinen tutkimus fenolipohjai-siin yhdisteisiin toi esille vanilliinin merkittävän vaikutuksen fermentoinnin toimivuuteen. Fenolipohjaisien haitta-aineiden hajottaminen kylmäplasmaha-petuksella vaatii lisää tutkimusta.
  • Atomic Layer Deposition of Metal Sulfide Thin Films
    (2025-05-26) Jokelainen, Maisa
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Atomic Layer Deposition (ALD) is a thin-film deposition method where alternating pulses of gaseous precursors react with a solid surface, forming a thin film that is only one atomic layer thick during one ALD cycle. The method allows for the growth of smooth, uniform, and ultra-thin films even on complex surfaces. However, applying the method to growing metal sulfide thin films has posed challenges. Metal sulfide thin films have a wide range of applications, including energy production and storage, catalysts, water and air purification, and medical applications. This thesis examines the properties of metal sulfides and their thin films, the electronic applications they are used in, and the advantages and disadvantages of applying ALD to sulfides. The goal of the thesis was to investigate which factors hinder the use of ALD for sulfides and how the sulfide ALD process differs from that of metal oxides. The thesis was conducted as a literature review. Metal sulfides are ideal for electronic applications because they are typically semiconductors or conductors, absorb radiation efficiently in the visible, UV, and IR ranges, and have a high charge carrier mobility. Metal sulfides have a narrower bandgap, higher charge carrier mobility, and more versatile crystal structures than metal oxides. Due to the higher charge carrier mobility, surface reactions in sulfide ALD are less predictable than in oxide ALD. For the same reason, diffusion at the thin film layer interfaces is greater, which can affect the film’s properties and complicate the growth of subsequent layers. Excessive diffusion can also lead to unwanted ion exchange reactions that alter the film composition. A lack of suitable precursors has also limited research on metal sulfide ALD. Not all metal sulfides can be grown with ALD yet, as suitable metal precursors have not been discovered. Additionally, the most common sulfide precursor, H₂S, is highly toxic, corrosive, and flammable, and no safer yet equally effective alternative has been found. Despite these challenges, the future of ALD-grown metal sulfide thin films is promising, as research in the field has increased exponentially in the past decade. The potential of metal sulfides, especially in electronic applications, encourages researchers to further study the topic in the future.
  • Computational Modeling of Extraterrestrial Organic Molecules Using Density Functional Theory
    (2025-05-16) Näppi, Santeri
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Density Functional Theory (DFT) has become a cornerstone of modern quantum chemistry, providing an efficient and accurate framework for modeling molecular structures and properties. This bachelor's thesis presents a literature review on the fundamentals of DFT and its application in the spectroscopic analysis of extraterrestrial organic molecules. The first part of the study explores the theoretical foundation of DFT, including the Thomas-Fermi model, the Hohenberg-Kohn theorems, and the Kohn-Sham approach. The second part focuses on how DFT is applied to predict and interpret the vibrational and rotational spectra of organic molecules detected in interstellar space and planetary atmospheres. Special attention is given to the role of DFT in aiding astronomical observations by simulating the spectral signatures of complex molecules such as nitrogen-containing polycyclic aromatic hydrocarbons (N-PAHs) and pyridine cations. The review highlights both the strengths and limitations of DFT in astrochemistry and examines potential improvements in computational methodologies for future studies.
  • Typen talteenotto ammoniumioneja sisältävistä jätevesistä kalvoerotuksella ja absorptiolla
    (2025-05-24) Pihlajamäki, Luukas
    Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
    Tässä työssä tehtiin kirjallisuuskatsaus erilaisista hydrofobisista erotuskalvoista, joita voidaan käyttää typen talteenotossa ammoniumioneita sisältävistä jätevesistä ja käytiin lyhyesti läpi käytettävä absorbentti. Tämän lisäksi työssä simulointiin Visual MINTEQ -ohjelmistoa hyödyntäen ammoniumkloridia sisältävien jätevesiliuoksen kaasu–neste-tasapainoja. Kirjallisuuskatsauksen tavoitteena oli arvioida hydrofobisten kalvojen soveltuvuutta ammoniakin talteenottoon ja simulointi-osuudessa tavoitteena oli arvioida lämpötilan ja pH:n vaikutusta ammoniakin siirtymiseen kaasufaasiin. Kirjallisuuskatsauksessa havaittiin, että erilaiset hydrofobiset ontelokuitukalvot, jotka oli valmistettu polypropeenista (PP), polytetrafluorieteenistä (PTFE) ja poly-vinyylideenifluoridista (PVDF), soveltuvat kalvoerotusyksiköissä käytettäviksi erilaisten typpipitoisten jätevesien käsittelyyn, joiden kokonaistyppipitoisuus vaihteli noin 100–4700 mg/L välillä. Tämän lisäksi polymetyylipenteeni (PMP) ja muokatut kalvot, joiden haluttuja ominaisuuksia on parannettu, todettiin toimiviksi kalvomateriaaleiksi. Edelleen havaittiin, että kalvoerotusyksiköt ovat varteenotettavia vaihtoehtoja perinteisille haihdutin–strippaus-menetelmille. Haasteena on kalvojen likaantuminen, jota voidaan ennaltaehkäistä jätevesien esikäsittelyllä ja kalvojen happopesulla. Rikkihappo todettiin käytettäväksi absorbentiksi. Simuloinnin tuloksista havaittiin, että ammoniakin osapaine kasvoi pH:n ja lämpötilan noustessa, kun vastaavasti ammoniakin osuus nestefaasissa kasvoi ja ammoniumionien osuus nestefaasissa väheni. Tämän lisäksi havaittiin, että pH:n nostaminen 11:stä 12:een vaikutti marginaalisesti ammoniakin ja ammoniumionien konsentraatioon nestefaasissa ja ammoniakin osapaineeseen kaasufaasissa. Ammoniakki- ja ammoniumionikonsentraatio sekä ammoniakin osapaine kaasufaasissa muuttuivat likimain samassa suhteessa, vaikka ammoniumkloridipitoisuus kymmenkertaistui.