Materiaalitutkimuksissa

Materiaalitutkimuksissa tutkitaan materiaalien koostumus, rakenne, valmistusprosessit sekä näiden ominaisuuksien muuttuminen käytön aikana. Tavoitteena on ymmärtää perusilmiöitä, kehittää uusia materiaaleja sekä optimoida olemassa olevien ominaisuuksien ja tuotantoteknologioiden suorituskykyä, kestävyyttä ja kustannustehokkuutta. Alue on laaja ja kattaa metalliset, polymeeriset, keraamiset, komposiitit sekä nanomateriaalit ja biomateriaalit koskevat tutkimukset.

Materiaalitutkimuksessa yhdistetään perustutkimus ja soveltava kehitys. Tyypillinen projekti alkaa ongelman määrittämisellä, materiaalin valinnalla tai suunnittelulla, valmistuksella, ominaisuuksien karakterisoinnilla ja testauksella sekä laskennallisella mallintamisella ja simulaatioilla.

Kokeelliseen tutkimukseen kuuluvat mikroskopia (SEM, TEM, AFM), diffraktiot (XRD), sekä spektroskioita (Raman, FTIR) sekä kemiallinen analyysi (XPS, EDS) ja mekaaniset testit kuten lujuus- ja kestävyyystestit. Laskennallisessa tutkimuksessa hyödynnetään DFT-mallinnusta, molekyylimallinnusta, molekyylidynamiikkaa sekä rakenne- ja ominaisuussimulointeja kuten FEA.

Sovellukset ulottuvat elektroniikasta ja energiatekniikasta rakentamiseen, ilmailuun, biomedisiin sovelluksiin sekä ympäristö- ja kiertotalouden ratkaisuihin. Keskeisiä alasektoreita ovat metallimateriaalit, polymeerit ja komposiitit, keraamit, nanomateriaalit sekä biomateriaalit ja funktiomateriaalit.

Haasteina ovat tiedon standardointi, tietojen hallinta ja julkaisututkimuksen toistettavuus sekä tuotannon skaalautuvuus ja kestävän kehityksen kysymykset. Materiaalitutkimus hyödyntää yhä enemmän tietojohtamista ja materiaalin informatiikkaa nopeuttaakseen materiaalien löytämistä ja kiertotalouden ratkaisuja.