Ajankohtaista

Väitös: 22.2.2016 Kuiturakenteet selville spagettipinoilla (Ekman)

Alkamisaika: maanantai 22. helmikuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: maanantai 22. helmikuuta 2016, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, FYS1

Axel Ekman, kuvaaja: Tarja Vänskä-Kauhanen

FM Axel Ekmanin fysiikan alan väitöskirjan “The effect of steric hindrance on the packing of elongated objects” (Steerisen esteen vaikutus pitkulaisten esineiden satunnaispakkauksissa) tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Alex Hansen (Norwegian University of Science and Technology, Norja) ja kustoksena professori Markku Kataja(Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

Kuituverkoista koostuvia materiaaleja on runsaasti. Jokapäiväisiä esimerkkejä näistä ovat paperit, kosteuspyyhkeet, suodattimet ja monet eristysmateriaalit. Tällaisten materiaalien fysikaaliset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti verkon kuitujen välisistä kontakteista, ja tarkka tieto kontaktien määrästä ja jakautumisesta on keskeinen tekijä materiaalien ominaisuuksien ennustamisessa.

Väitöskirjatyössään Ekman on laajentanut nykyistä ymmärrystä epäjärjestäytyneistä kuiturakenteista. Ekman kehitti teoreettisen viitekehyksen, jolla kuitujen geometriset tekijät voidaan ottaa huomioon verkon kuitukontakteja ennustettaessa. Matemaattisesti rakenteita on pitkään kuvattu satunnaisilla riippumattomilla viivaverkoilla. Näiden avulla voidaankin selittää monet määräävät tekijät ja käyttäytymiset. Nämä mallit ovat kuitenkin puutteellisesti kuvanneet kontaktien tilastollisia ominaisuuksia. Tutkimuksessa kehitetty malli ottaa huomioon kuidun paksuuden vaikutuksen kontaktien keskinäiseen sijaintiin ja selittää näin kokeellisesti havaittuja tuloksia aikaisempia malleja paremmin.

Mallin toimivuutta tarkasteltiin sekä kokeellisesti röntgenmikrotomografian avulla että numeerisesti simuloimalla vastaavia rakenteita. Röntgentomografiaa eli kolmiulotteista kuvantamismenetelmää sovellettiin kuvaamalla satunnaisia pinoja fideo-tyyppistä spagettia.  Syy hupaisan koemateriaalin käyttöön on siinä, että monissa käytössä olevissa materiaaleissa kuidut ovat liian hankalia tunnistaa. Pastapinossa yksittäiset spagetit voidaan kuitenkin tunnistaa riittävän luotettavasti, jotta niiden välisiä kontakteja pystyy tarkastelemaan. Tutkimusaineistoa täydennettiin numeerisella simulaatiomallilla tuottamalla verkkorakenteita, joille vastaava kokeellinen mittaus on hankala.

Työn tuloksilla on suora kytkös rakenteiden mekaanisiin ominaisuuksiin, ja niitä voidaan hyödyntää sekä teollisesti tuotettujen materiaalien, kuten paperin tai kuitukankaiden että biologisten materiaalien, kuten solukalvojen, mallintamisessa. Käsitys kontaktien muodostumisesta lisää ymmärrystä materiaalien ominaisuuksista.

Lisätietoja

Axel Ekman, axel.ekman@jyu.fi puh. 040 844 1622

Viestintäharjoittelija, Hanna Koskinen, hanna.ka.koskinen@jyu.fi, puh. 040 805 4483

Axel Ekman on kirjoittanut ylioppilaaksi Tampereen lyseon lukiosta vuonna 2004 ja valmistunut filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistossa vuonna 2011 pääaineena fysiikka. Valmistumisensa jälkeen hän on työskennellyt fysiikan laitoksella tohtorikoulutettavana.

Teos on julkaistu sarjassa University of Jyväskylä, Department of Physics, Research Report No. 3/2016, Jyväskylä 2016. Sähköinen versio on luettavissa osoitteessa http://www.jyu.fi/static/fysiikka/vaitoskirjat/2016/Ekman-Axel_2016 ISBN 978-951-39-6532-7. Painettua versiota voi tiedustella fysiikan laitokselta, ISBN 978-951-39-6531-0, ISSN 0075-465X

Abstract

The effect of steric hindrance on the packing of elongated objects

Fibres of various materials can be deposited to form planar mats of fibres. These kinds of structures have gained substantial attention owing to their direct relation to both large industrial fields, such as paper and nonwovens, and biological structures, such as natural networks of fibrin, actin or collagen. In addition, similar structures are important in new emerging fields such as flexible electronics and tissue engineering. The physical properties of these structures are directly related to the connectivity of the network, thus a thorough understanding of the contact formation of the system is of great importance in both a scientific viewpoint as well as for its application in the engineering of such structures.

In this Thesis we extend on the work regarding the structure of such random networks by considering, in more detail, the effect of the steric hindrance between the constituents. Most notably, we find that even if the effect on averaged properties in many cases can be negligible, its effect on statistical properties of the contact formation remain substantial even for dilute systems.

 

 

Lisätietoja

Tohtorikoulutettava Axel Ekman
axel.ekman@jyu.fi
+358408054058
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,