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
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.
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: 23.1.2024