Growth Kinetics and Stability of Self-Assembled Alkylsilane Monolayers on Cellulose Nanofibril Films

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorArcot, Lokanathan
dc.contributor.authorKämäräinen, Tero
dc.contributor.schoolSähkötekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorLipsanen, Harri
dc.date.accessioned2015-01-03T07:54:32Z
dc.date.available2015-01-03T07:54:32Z
dc.date.issued2014-12-15
dc.description.abstractPaper-based microfluidic sensors are becoming very popular in applications requiring chemical analysis. This thesis deals with preliminary surface chemistry studies which form the foundation for development of cellulosic microfluidic devices. Nanocellulose was chosen as the substrate and alkylsilanes were used to modify its wetting characteristics. The growth kinetics of alkylsilane self-assembled monolayers (SAMs) prepared on cellulose nanofibril (CNF) film was studied. The stability of the silane modification was tested in ambient environment, 50 and 100 % relative humidity, in alkaline and acidic vapour, and under 254 nm and 366 nm wavelength ultraviolet (UV) light irradiation. The SAMs were also exposed to UV light in conjunction with its associated ozone (O3). Protein and polyelectrolyte adsorption onto native and silane-modified CNF films was investigated. Water contact angle measurements were used to characterize the wetting properties of the films, while atomic force microscopy was used to probe their surface morphology. The chemical composition of the surfaces was analysed with X-ray photoelectron spectroscopy. The silane-modifications proved largely stable in the above environments with the exception of UV/O3 treatment. Hydrophilic-hydrophobic patterns were created on silane-modified CNF film using masked exposure to UV/O3, which degrades the alkyl chains of silanes at the mask opening. The patterned film wetting characteristics turned out not to be applicable for fluid flow.en
dc.description.abstractPaperipohjaista mikrofluidistiikkaa höydynnetään yhä enemmän kemiallista analyysia vaativissa sovelluksissa. Tämä diplomityö käsittelee alustavaa pintakemiatutkimusta, joka luo pohjaa mikrofluidistiselle selluloosapinnalle. Työn kohdepinnaksi valittiin nanoselluloosakalvo, jonka kastuvuutta muokattiin alkyylisilaaneilla. Työssä tutkittiin nanofibrilloidulle selluloosakalvolle (engl. cellulose nanofibril, CNF) valmistetun alkyylisilaaniyksikerroksen kasvukinetiikkaa ja stabiiliutta. Stabiiliutta tutkittiin säilyttämällä silaanikäsiteltyjä CNF kalvoja laboratorio-olosuhteissa, 50 ja 100 % suhteellisessa kosteudessa, emäksisessä ja happamassa höyryssä sekä altistamalla ne 254 nm ja 366 nm aallonpituiselle ultraviolettisäteilylle (UV-säteily). Myös UV-säteilyn ja otsonin yhteisvaikutusta tutkittiin. Lopuksi alkuperäisen ja silaanikäsitellyn CNF kalvon proteiinin ja polyelektrolyytin adsorptiokykyä analysoitiin. Veden kontaktikulmamittauksilla karakterisoitiin pinnan kastuvuutta. Atomivoimamikroskoopilla tutkittiin pinnan morfologiaa ja sen kemiallista koostumusta analysoitiin röntgenfotoelektronispektroskopian avulla. CNF:n silaanikäsittely oli enimmäkseen stabiili edellä mainituissa ympäristöissä. Silaanikäsitellyn CNF kalvon kastuvuus muutettiin osittain hydrofiiliseksi altistamalla se rajoitetusti UV-säteilylle ja otsonille, mikä hajottaa silaanien hydrofobiset alkyyliketjut maskin läpinäkyviltä kohdilta. Kuvioidun silaanikäsitellyn CNF kalvon kastuvuusominaisuudet eivät sallineet sen käyttöä nestevirtauskanavana.fi
dc.format.extent47
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/14839
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201501031001
dc.language.isoenen
dc.locationP1fi
dc.programmeEST - Elektroniikka ja sähkötekniikkafi
dc.programme.majorMikro- ja nanotekniikkafi
dc.programme.mcodeS3010fi
dc.rights.accesslevelopenAccess
dc.subject.keywordnanocelluloseen
dc.subject.keywordcellulose nanofibrilen
dc.subject.keywordsilaneen
dc.subject.keywordhydrophobic patternsen
dc.subject.keywordself-assembled monolayeren
dc.subject.keywordgrowth kineticsen
dc.subject.keywordstabilityen
dc.subject.keywordnanoselluloosafi
dc.subject.keywordnanofibrilloitu selluloosafi
dc.subject.keywordsilaanifi
dc.subject.keywordhydrofobinen kuviointifi
dc.subject.keyworditsejärjestyvä yksikerrosfi
dc.subject.keywordkasvukinetiikkafi
dc.subject.keywordstabiiliusfi
dc.titleGrowth Kinetics and Stability of Self-Assembled Alkylsilane Monolayers on Cellulose Nanofibril Filmsen
dc.titleNanofibrilloidulle selluloosakalvolle valmistetun itsejärjestyvän alkyylisilaaniyksikerroksen kasvukinetiikka ja stabiiliusfi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöen
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.digifolderAalto_07340
local.aalto.idinssi50386
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Kämäräinen_Tero_2014.pdf
Size:
4.73 MB
Format:
Adobe Portable Document Format