Inorganic Nanostructures Prepared by Electrospinning and Atomic Layer Deposition

Nanostructures are structures where at least one dimension is in nanoscale which ranges typically from 1 to 100 nm. 1D nanostructure is an object where two dimensions are in the nanometer scale and one dimension in a larger scale, for example carbon nanotubes and electrospun fibers. Due to a very small size, nanostructured materials have different properties than what they have in bulk form, for example chemical reactivity is increased when the size comes smaller. Electrospinning is a very simple but versatile and scalable method for preparing micro- and nanosized fibers. In an electrospinning process an electrical charge is used to spin very fine fibers from a polymer solution or melt. By changing electrospinning parameters, for example voltage and spinneret-collector distance, fibers of different diameters can be obtained. With different electrospinning setups it is also possible to prepare hollow fibers, and even macroscopic objects with fiber walls can be obtained. This work was concentrated on A) constructing different electrospinning setups and verifying their operation by electrospinning various materials, and B) preparing 1D nanostructures like inorganic nanofibers directly by electrospinning and nanotubes by combining electrospinning and atomic layer deposition, ALD. This is so called Tubes by Fiber Template (TUFT) –process. The electrospinning setup was constructed successfully, and its operation was verified. Several materials were electrospun. Polymers (PVP, PVA, PVAc, PEO, PMMA and PVB, Chitosan) were electrospun directly from polymer/solvent solution, and ceramic materials like TiO2, BaTiO3, SnO2, CuO, IrO2, ZnO, Fe2O3, NiFe2O4, CoFe2O4, SiO2 and Al2O3 were electrospun from polymer solutions containing the corresponding metal precursor(s). In the case of the ceramic fibers, the electrospinning was followed by calcination to remove the polymer part of the fibers. Metallic fibers were obtained by a reduction treatment of the corresponding oxides, for example Ir fibers were prepared by reducing IrO2 fibers. Combination of electrospinning and ALD was used for TUFT processing of ceramic nanotubes. In the TUFT process, electrospun template fibers were coated with the desired material (Al2O3, TiO2, IrO2, Ir, PtOx and Pt) and after coating the template fibers were removed by calcination. The inner diameter of the resulting tubes was determined by the template fiber and the tube wall thickness by the thickness of the ALD deposited film. Promising results were obtained in searching for new applications for electrospun fibers. For the first time, by combining electrospinning and ALD, the TUFT process was used to prepare reusable magnetic photocatalyst fibers. These fibers have a magnetic core fiber and a photocatalytic shell around it. After a photocatalyst purification was completed, the fibers could be collected from the solution by a strong magnet and reused in cleaning the next solution. In this study, the most commercially and environmentally valuable application invented was to use electrospun ion selective sodium titanate nanofibers for purification of radioactive wastewater. These fibers were found to be more efficient than commercial granular products, and they need much less space in final disposal.Nanorakenteita tutkitaan maailmalla kiihtyvällä tahdilla. Nanorakenteeksi määritellään rakenne, jossa vähintään yksi ulottuvuus on nanomittakaavassa (1 - 100 nm). Kuitua, jonka halkaisija on nanomittakaavassa, kutsutaan nanokuiduksi ja kalvoa vastaavasti ohutkalvoksi. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin epäorgaanisten nanorakenteiden, kuten kuitujen ja putkien valmistusta sähkökehräys ja atomikerroskasvatusmenetelmillä (ALD, Atomic Layer Deposition) ja kehitettiin valmistetuille rakenteille mahdollisia sovelluskohteita. Sähkökehräys on menetelmä, jossa sähkökentän avulla polymeeriliuoksesta saadaan kehrättyä polymeerisiä ja keraamisia nanokuituja. ALD-menetelmä on puolestaan ohutkalvomenetelmä, jossa materiaali kasvatetaan kohdemateriaalin pinnalle atomikerroksittain, kun reagoivat kaasumaiset lähtöaineet tuodaan pinnalle vuorotellen yksi kerrallaan. Kalvon paksuus riippuu syklien määrästä. Väitöskirjatyön yhtenä tavoitteena oli kehittää erilaisia sähkökehräyslaitteistoja. Kehitettyjen laitteiden toiminta varmennettiin kehräämällä eri kuitumateriaaleja, kuten polymeerejä, keraameja ja metalleja. Tutkimuksessa valmistettiin myös nanoputkia yhdistämällä sähkökehräys- ja ALD-menetelmät. Menetelmässä kehrätyn polymeerikuidun pinnalle kasvatettiin ALD-ohutkalvo, jonka jälkeen mallina toiminut polymeerikuitu poistettiin. Putken sisähalkaisija määräytyy kuidun paksuuden mukaan ja putken seinämien paksuus puolestaan ALD-ohutkalvon paksuuden mukaan. Väitöskirjatyö osoitti, että sähkökehrättyjen kuitujen yksi mahdollisista ja ehkä tärkeimmistäkin sovelluskohteista on jätevesien puhdistus. Työn aikana kehitettyjä magneettisia fotokatalyyttikuituja voidaan käyttää useita kertoja. Kuidun ydin on sähkökehrätty magneettinen kuitu ja ulkokuori ALD:llä valmistettu fotokatalyyttinen ulkokuori. Kuidut voidaan kerätä liuoksesta magneetilla ja samoja kuituja voidaan käyttää uudelleen myös seuraavassa puhdistettavassa liuoksessa. Magneettisten fotokatalyyttikuitujen lisäksi tutkimuksen toinen merkittävä tulos on työn aikana kehitetty ioniselektiivinen ioninvaihtokuitu radioaktiivisten jätevesien puhdistamiseen. Valmistetut kuidut todettiin huomattavasti tehokkaammaksi kuin vastaavat kaupalliset raemaiset tuotteet. Sähkökehrätyn ioninvaihtokuidut ovat raemaisia materiaaleja tehokkaampia ja tarvitsevat tehokkuutensa ja pienemmän tilavuutensa vuoksi vähemmän tilaa ydinjätteiden loppusijoituksessa

Electrospun sodium titanate fibres for fast and selective water purification

From the environmental and end-​users' viewpoints, electrospun ion exchange fibres provide highly efficient and sustainable material for separation of for example trace pollutants, such as radionuclides and heavy metals. This work aimed to reduce the amount of ion exchange material needed per unit volume of raw material subjected to an ion exchange process. We present a very simple process to electrospinning of sodium titanate fibres, but also test results of ion exchange kinetics measurements. Sodium titanate fibres are very promising material and it is possible that by exploiting electrospun inorganic sub-​micron fibres the ion exchanger mass required for a given capacity can be decreased significantly.Peer reviewe

Low-temperature magnetism of alabandite : Crucial role of surface oxidation

Manganese(II) monosulphide crystallizes into three different polymorphs (alpha-, beta-, and gamma-MnS). Out of these, alpha-MnS, also known as mineral alabandite, is considered the most stable and is widespread in terrestrial materials as well as in extraterrestrial objects such as meteorites. In this study, a low-temperature antiferromagnetic state of alpha-MnS was investigated using macroscopic magnetic measurements as induced and remanent field-cooled (FC) and zero-field-cooled (ZFC) magnetizations and magnetic hysteresis. Both natural alabandite and synthetic samples show (i) Néel temperatures in a narrow temperature range around 153 K and (ii) a rapid increase of the magnetization around 40 K. An anomalous magnetic behavior taking place at about 40 K was previously ascribed to the magnetic transition from a high-temperature antiferromagnetic to a low-temperature ferromagnetic state documented for non-stoichiometric alpha-MnS slightly enriched in manganese. However, our detailed microscopic observations and, in particular, oxidation experiments indicate that the anomalous magnetic behavior around 40 K is caused by a presence of oxide layer of ferrimagnetic hausmannite (Mn3O4) on the surface of alpha-MnS rather than being an intrinsic property of nearly stoichiometric alpha-MnS.Peer reviewe

Suositukset hoitotyössä : Kyselytutkimus hoitajille

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää hoitosuositusten tunnettuutta sekä hoitajien ajatuksia ja asenteita hoitosuosituksia kohtaan. Opinnäytetyön aihe saatiin Pirkanmaan sairaanhoitopiirin erään toimialueen edustajan toiveesta tehdä kartoitus aiheesta. Tavoitteena oli tuottaa sairaanhoitopiirille tietoa aiheesta, jota he voivat hyödyntää kehitystyössään. Hoitosuosituksilla tässä työssä tarkoitetaan Käypä hoito -suosituksia sekä Hoitotyön tutkimussäätiön hoitotyön suosituksia. Opinnäytetyö toteutettiin kvantitatiivisella eli määrällisellä menetelmällä. Aineisto kerättiin strukturoidulla kyselylomakkeella. Aineisto analysoitiin SPSS– ohjelmalla. Kyselyyn vastasi 68 hoitajaa, joista lähes jokainen oli sairaanhoitaja. Tulokset on esitetty frekvenssijakaumina. Tulosten mukaan Käypä hoito -suositusten ja verrattain uusien hoitotyön suositusten tunnettuuden välillä on selkeä ero. Käypä hoito -suositukset olivat selvästi tunnetumpia ja käytetympiä. Hoitajista suurin osa oli sitä mieltä, että hoitosuosituksista on hyötyä heidän työnsä kannalta, mutta hoitosuositusten varsinainen käyttäminen omassa työssä oli vaihtelevaa. Jatkotutkimusaiheena voisi olla selvitys siitä, millaisia hoitosuosituksia hoitajat tarvitsisivat työssään. Ajan puute on tutkittu olevan suurimpana esteenä näyttöön perustuvan tiedon hankkimiselle ja käyttämiselle hoitotyössä. Tämän pohjalta voitaisiin tutkia hoitotyöntekijöiden työajan käyttöä suhteessa uuden tiedon hakuun ja opiskeluun. Lisäksi voitaisiin selvittää kenen vastuulla on tutkimustiedon tarjoaminen ja kuinka paljon siihen tulisi käyttää resursseja.The purpose of this thesis was to look into nurses’ awareness of available practice guidelines, and also to find out their attitudes towards the practice guidelines and thoughts about them. The subject of this thesis was requested by a representative of Pirkanmaa Hospital District, who wished for a study on the subject. The main goal was to provide information on the subject for the Hospital District to use in their development work. The term “practice guidelines” in this study refers to Current Care Guidelines and the Nursing Clinical Practice Guidelines by the Nursing Research Foundation. The thesis was carried out using a quantitative research method. The data were collected using a structured questionnaire. The data were analyzed using SPSS– analytics software. The questionnaires were responded by 68 nurses. The results are displayed as frequency distributions. According to the results there was a distinct difference in the visibility of Current Care Guidelines and the relatively new Nursing Clinical Practice Guidelines. Out of these two the Current Care Guidelines were clearly better known and more frequently used. The majority of nurses considered practice guidelines useful for their work, but the actual use of practice guidelines in their work varied. Further study topics could be a survey that finds out what kind of practice guidelines nurses need in their work. According to research lack of time is the biggest obstacle to requiring and using evidence-based knowledge in nursing. On this basis the use of working hours of the nursing staff compared to the amount of information retrieval and studying could also be studied. A further survey could also focus on whose responsibility it is to offer research information and how much resources should be spent on it

The preparation of reusable magnetic and photocatalytic composite nanofibers by electrospinning and atomic layer deposition

A versatile synthesis procedure for composite nanofibers, combining electrospinning and atomic layer deposition (ALD), is presented. Both solid core/sheath nanofibers and nanoparticle loaded nanotubes can be made, depending on the order of calcination of the electrospun fiber and the ALD process. Magnetic and photocatalytic nanofibers prepared this way can be recycled readily by collecting with a magnet

Photocatalytic Properties of WO3/TiO2 Core/Shell Nanofibers prepared by Electrospinning and Atomic Layer Deposition

Core WO3 nanofibers (140-300nm in diameter, several hundred mu m long) are made by a novel, water-based electrospinning process using ammonium metatungstate (AMT) and polyvinylpyrrolidone (PVP) as precursors. TiO2 shells (1.5-20nm) are grown by atomic layer deposition (ALD) using TiCl4 and water at 250 degrees C. The WO3/TiO2 composite fibers are analyzed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM)-energy dispersive X-ray (EDX), transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy (RS), UV-Vis spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The optimal photocatalytic conversion under visible light is reached by the WO3/1.5nm TiO2 nanofibers, which have higher activity compared to bare WO3 and Degussa TiO2. Thicker TiO2 layers fill the pores of the nanowires and reduce the specific surface area, weakening the photocatalytic activity