19. juunil kell 12.15 kaitseb Maike Käärik doktoriväitekirja „Nanoporous carbon: the controlled nanostructure, and structure-property relationships“ („Nanopoorne süsinik: kontrollitud nanostruktuur ja struktuur-omadussõltuvused“) Doctor of Philosophy (PhD) kraadi saamiseks molekulaartehnoloogias.
Juhendajad:
vanemteadur Jaan Leis (PhD), TÜ keemia instituut
vanemteadur Uko Maran (PhD), TÜ keemia instituut
Oponent:
Prof Dr Elzbieta Frackowiak (PhD), Poznan University of Technology, Institute of Chemistry and Technical Electrochemistry (Poola)
Kokkuvõte
Keskkonnaprobleemid muutuvad iga aastaga üha aktuaalsemaks ja seetõttu on inimkond sunnitud pöörama järjest enam tähelepanu nn rohelistele materjalidele. Selliste materjalide hulka kuulub ka nanopoorne süsinik, mis on juba näidanud suurepäraseid tulemusi näiteks molekulaarsõeladena gaaside ja vedelike puhastamisel ning sidumisel, ioonide valikulisel eraldamisel ning ka katalüsaatorikandjana ja elektroodimaterjalidena alternatiivsetes energiaallikates. Loetletud rakendused vajavad süsinikmaterjali jaoks optimaalset nanostruktuuri või hoopis struktuuritust, mistõttu on ülioluline osata eesmärgipäraselt mõjutada nanostruktuuride ja poorsuse teket süsiniku sünteesil ja selle struktuursete omaduste modifitseerimisel. Seetõttu vajatakse üha rohkem ja täpsemat informatsiooni nanopoorse süsiniku struktuursete omaduste mõjude kohta erinevatele rakenduslikele mõõdikutele.
Doktoritöö keskendub seoste otsimisele karbiidset päritolu süsinikmaterjalide (i k carbide-derived carbon, CDC) rakenduslikku tähtsust omavate omaduste ja eksperimentaalselt mõõdetud struktuuritunnuste vahel ning vastavate statistiliste mitmeparameetriliste regressioonimudelite väljaarendamisele kasutades kvantitatiivset nano-struktuur-omadus sõltuvuste (QnSPR) meetodit. Selleks valmistati reaalselt üle 200 erineva mikro- ja makrostruktuuriga süsinikmaterjali, varieerides sealjuures lähtekarbiidi, sünteesitingimusi ning järeltöötlusemeetodeid, mille põhjal koostati unikaalne nanopoorsete süsinike andmebaas. Uurimus annab põhjaliku ülevaate N2 ja CO2 adsorptsioonanalüüsi abil mõõdetud pooride suuruse jaotuse mõjust elektrilise kaksikkihi mahtuvusele.
Uurimistöö tulemusena õnnestus esmakordselt eksperimendist tuletatud struktuuritunnuste abil konstrueerida mitmeparameetrilised matemaatilised mudelid poorse süsiniku rakenduslikult olulise füüsikalise omaduse kirjeldamiseks ja prognoosimiseks. Töös tuletatud QnSPR mudelid kirjeldavad nanopoorse süsiniku elektrilise kaksikkihi mahtuvust nii täielikult mikropoorset kui ka mikro-mesopoorset pooride jaotust omavate süsinikmaterjalide korral, peale selle võimaldavad nad täpselt ennustada elektrilise kaksikkihi mahtuvust alternatiivsetes energiaallikates.