Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta

 

Recent Submissions

  • Vilen, Heli (2015)
    Orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktiot ovat yksi keskeisimmistä reaktiotyypeistä orgaanisessa kemiassa. Nämä reaktiot ovat tärkeä orgaanisen kemian sisältö myös lukion opetussuunnitelman perusteissa. Kokeellisuus on kemialle luonteenomainen tiedonhankintamenetelmä, ja lukion opetussuunnitelman perusteiden mukaan sen tulee olla luonteenomaista myös kemian opetukselle. Laboratorio on hyvin uniikki oppimisympäristö, joka mahdollistaa abstraktien käsitteiden havainnollistamisen ja tätä kautta niiden oppimisen. Varsinaisten opetettavien sisältöjen lisäksi laboratoriosta voi parhaimmillaan oppia muun muassa ongelmanratkaisukykyä, luovuutta, kriittisyyttä ja ryhmätyöskentelyn taitoja. Kaikki nämä taidot ovat osa lukion opetussuunnitelman perusteiden arvopohjaa sekä kriittisen ja vastuullisen kansalaisen kasvatusta. Tässä kehittämistutkimuksessa tutkittiin sitä, millaista kokeellisuutta orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioiden opetuksessa käytetään. Ongelma-analyysi jaettiin kahteen osaan: teoreettiseen ja empiiriseen. Teoreettinen ongelma-analyysi suoritettiin perehtymällä orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioihin, kokeellisen kemian opetuksen sekä orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioiden oppimisen ja opettamisen tutkimuskirjallisuuteen. Empiirinen ongelma-analyysi toteutettiin tarveanalyysinä valituista lukion oppikirjoista. Oppikirja-analyysista huomattiin, että orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioiden kokeelliset työt keskittyivät täysin hapettumiseen, josta vielä suurelta osin alkoholien hapettumiseen. Suurimmassa osassa hapetustöitä reagenssina käytettiin karsinogeenisuutensa vuoksi kouluissa kiellettyä reagenssia. Oppikirjoissa ei ollut yhtään työtä, joka olisi liittynyt orgaanisten yhdisteiden pelkistymiseen. Lisäksi kaikki työt olivat luonteeltaan keittokirjamaisia. Teoreettisen ongelma-analyysin perusteella kokeellista työskentelyä voi harjoittaa neljän eri laboratoriopedagogian mukaan. Näistä selvästi suosituin on keittokirjamainen tyyli, jossa opiskelija suorittaa työn reseptinomaisesti. Tämä ei kuitenkaan mahdollista lainkaan opiskelijan omien ideoiden kehittelyä tai testausta eivätkä työt näin tue mielekästä oppimista. Ne eivätkä myöskään ole nykyisen konstruktivistisen oppimiskäsityksen mukaisia, jonka mukaan oppiminen vaatii aktiivista tiedonkäsittelyä ja tulkintaa. Tutkijat ovat ehdottaneet yhdeksi mahdolliseksi ratkaisuksi tutkimuksellista lähestymistapaa. Ongelma-analyysien tuottamien tulosten pohjalta syntyi kolme tutkimuksellista, kokeellista työtä ja niihin työohjeet. Yhdessä työssä tutkitaan avoimen tutkimuksellisuuden avulla hedelmien tummumista, toisessa suunnitellaan oma tutkimus alkoholien hapettumisesta annetun materiaalin pohjalta ja kolmannessa tehdään orgaaninen synteesi, jossa bentsaldehydi hapetetaan bentsoehapoksi uuden, turvallisemman hapettimen avulla. Teorian haastavuuden sekä tutkimuksellisuuden aste vaihtelee töiden välillä. Lukion uuden opetussuunnitelman perusteiden myötä opiskelijaa osallistavan ja mielekästä oppimista edistävän tutkimuksellisen kokeellisuuden rooli tulee yhä keskeisemmäksi, joten sen periaatteita noudattavien töiden kehittäminen on kemian opetuksen tulevaisuuden kannalta tärkeää.
  • Iivanainen, Tatu (2015)
    Tässä tutkielmassa on perehdytty kirjallisuuskatsauksen avulla kiinteässä tilassa olevan selluloosan muokkaukseen kiinteitä, nestemäisiä ja kaasumaisia reagensseja käyttäen sekä erilaisiin selluloosan aktivointitapoihin mekaanisesta käsittelystä säteilytykseen. Tutkielman kokeellisessa osassa on selluloosan asylointireaktiota on parametrisoitu ionisissa nesteissä ja liuotinsysteemeissä. Selluloosa on uusiutuva raaka-aine – sitä voi olla jopa 90 prosenttia puun massasta – jonka käyttökohteet ovat jo nyt monipuolisia, mutta josta toivotaan öljypohjaisten tuotteiden osittaista korvaajaa lähitulevaisuudessa. Koska selluloosa on voimakkaasti vetysitoutunut luonnonpolymeeri, sen rakenne aiheuttaa useita haasteita muokkaukselle. Esimerkiksi sen liuottaminen onnistuu vain harvoihin liuottimiin. Selluloosasta voidaan kuitenkin tehdä käyttökelpoisia tuotteita myös ilman liuotusta. Kaasumaisilla ja nestemäisillä reagensseilla voidaan muokata kiinteän selluloosan pintaa ja jopa pintaa syvemmältä. Näin voidaan saavuttaa käyttötarkoitukseen sopiva tuote liuostilassa tehtyjä johdannaisia helpommin. Esimerkiksi paperin pintaa voidaan muokata hydrofobiseksi. Kiinteillä reagensseilla selluloosaa saadaan muokattua, kun sitä jauhetaan yhdessä reagenssien kanssa. Liuoksessa selluloosasta on tehty paljon tutkimusta ja julkaistu useita erilaisia johdannaisia eri liuottimissa. Eri reaktioparametrien vaikutusta tuotteisiin ei kuitenkaan ole julkaista laajemmalti, joten jokaisen uuden tuotteen kohdalla parametrisointi täytyy tehdä erikseen. Tässä tutkimuksessa tuotettiin heksanoyyliselluloosaa mikrokiteisestä selluloosasta liuotinsysteemissä (DMAc/LiCl) ja kahdessa ionisessa nesteessä ([amim]Cl ja [mmim]Me2PO4). Heksanoyyliselluloosan synteesiä muuteltiin liuottimen, reaktiossa käytetyn emäksen, reaktioajan ja selluloosan konsentraation suhteen. Tuotteet karakterisoitiin IR- ja NMR-spektroskopialla ja kokoeksluusiokromatografialla. Tutkimuksessa havaittiin käytetyn liuotinsysteemin olevan ionisia nesteitä parempi paitsi siksi, että sillä saatiin aikaiseksi substituoituneempia tuotteita, myös siksi, että se lyhensi selluloosan ketjua vähemmän kuin ioniset nesteet.
  • Nanna, Myllys (2015)
    Ilmakehässä tapahtuva hiukkasmuodostus on tärkeä tutkimuskohde, sillä muodostuvat sekundäärihiukkaset vaikuttavat ihmisten terveyteen ja maapallon säteilytasapainoon. Hiukkasmuodostuksen ensiaskeleista ei ole toistaiseksi tarkkaa tietoa, mutta laskennallisten ja kokeellisten tutkimusten avulla on selvitetty, että rikkihappo on keskeisessä roolissa uusien hiukkasten muodostumisessa. Se ei kuitenkaan yksin tai edes veden kanssa riitä selittämään kaikkia havaittuja muodostumistapahtumia. Ilmakehässä on useita erilaisia tiivistymiskykyisiä molekyylejä, joista tässä tutkielmassa keskityttiin ammoniakkiin ja dimetyyliamiiniin. Tutkimuksessa laskettiin kvanttikemiallisin menetelmin erilaisten rikkihappoa ja emästä sisältävien klustereiden Gibbsin vapaat muodostumisenergiat, joiden avulla muodostettiin klustereiden kokojakaumat ilmakehän klusteridynamiikkakoodilla (ACDC). Saatuja kokojakaumia verrattiin alemmalla kvanttikemiallisella menetelmällä laskettuihin tuloksiin ja havaittiin, että ACDC on herkkä käytetylle laskennalliselle tasolle. Tutkielmassa on esitelty myös kattavasti erilaiset likimääräismenetelmät Schrödingerin yhtälön ratkaisuun ja pohdittu, kuinka tutkittavalle ongelmalle valitaan sopiva menetelmän ja kantajoukon yhdistelmä. Tutkielman on tarkoitus tukea samankaltaisten laskennallisten systeemien ratkaisemista.
  • Välimäki, Salla (2015)
    The aim of this work was to synthesize cationic dendrimer with a thermoresponsive polymer tail and complex the dendrimer with negatively charged apoferritin protein nanocage. These kind of systems are developed, for example, for biomedical applications. Spermine dendron with atom transfer radical polymerization initiator in focal point was synthesized successfully. Thermoresponsive poly(di(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) was in situ polymerized to the dendron to form the thermoresponsive dendrimer. All products were characterized with 1H NMR. Cloud point of the final product was determined with DLS, and it was shown to be between 25 and 35 °C. Complexation of dendrimer and apoferritin was observed with DLS, SAXS and TEM. Complexation was not temperature dependent but complexes had slight thermoresponsive characteristics. Size and zeta potential of the complexes were dendrimer concentration dependent. In defined salt concentration apoferritin and dendrimer formed also crystallline structures. To improve thermoresponsive properties of the dendrimer and especially of the complexes, further development should be done in the polymerization of the dendron since longer polymer tail could improve thermoresponsiveness. Also other dendrimer generations, dendrimers and protein cages could be tested to enhance electrostatic interactions between the protein cage and the dendrimer.
  • Haikal, Rana (2015)
    O-Desmethylangolensin (O-DMA) is a product of anaerobic intestinal bacterial metabolism of the isoflavone daidzein, which is found mainly in soy foods. Because of its structural similarity to natural estrogen, it was found to have a strong binding affinity to human estrogen receptor β, thus explaining its anticarcinogenic activity among other biological actions. Because of its biological importance, the main aim of this study is to propose a synthetic route using (R,R)-(-)-Pseudoephedrine as chiral auxiliary to synthesize enantiopure (R)-(-)-O-DMA. Pseudoephedrine has been previously found to be an excellent chiral auxiliary; its amide is stable, easily prepared and its enolate is highly reactive and can undergo many useful transformations including alkylation reactions. 4-Hydroxyphenylacetic acid was used as starting material. Diastereoselective α-methylation of the pseudoephedrine amide was done using LDA in THF with subsequent addition of methyl iodide. The method was found successful; however, the yield (55%) and %ee (4.5%) were low, thus further adjustments are needed.
  • Jeskanen, Emmi (2015)
    Eheyttävässä eli integroivassa opetuksessa aiheita käsitellään oppilaan kokemusmaailman näkökulmasta. Se voi olla vertikaalista tai horisontaalista. Sisältöalueet valitaan niin, että ne ovat oppilaan kannalta merkittäviä, ajankohtaisia ja yhteiskunnallisia. Kiertotalous on hyvä aihe eheyttävään opetukseen. Se on aiheena ajankohtainen ja sen avulla voidaan välittää oppilaille tietoa myös nykypäivän kemian tutkimuksesta ja sovelluksista. EU:ssa ja Suomessa on tehty kansallisia päätöksiä, joiden tarkoituksena on edistää kiertotalouden syntymistä ja biotalouden osaamisen kehittymistä. Aiheesta on tarpeellista saada tutkimuspohjaisesti kehitettyä opetusmateriaalia. Kestävä kehitys ja oppiaineiden välisen yhteistyön lisääminen on teemana uudessa valtakunnallisessa perusopetuksen opetussuunnitelmien perusteissa. Lisäksi oppilaiden laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tulee tukea jokaisessa oppiaineessa ja kehittää heidän elinikäisen oppimisen edellytyksiä. Yhtenä kemian opetuksen tavoitteena on, että oppilas oppii luomaan merkityksen kemian ilmiöiden ja sovellusten sekä ihmisen ja yhteiskunnan välille. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tukea eheyttävän kontekstuaalisen opetuksen avulla oppilaiden kiinnostusta kemiaa kohtaan. Aikaisempien tutkimusten mukaan oppilaiden kiinnostus oppiainetta kohtaa parantaa heidän opiskelua ja syvällistä oppimista. Luonnontieteiden oppitunnilla käytetty kontekstipohjainen opetustapa myös motivoi oppilaita ja lisää useimmiten oppilaiden positiivista suhtautumista luonnontieteitä kohtaan. Tämä tutkimus on kehittämistutkimus, jonka tavoitteena on tuottaa opetuskokonaisuus yläkoulun kemian oppitunneille. Opetuskokonaisuuden kontekstina on kiertotalous puukemian näkökulmasta. Kehittämistutkimusta ohjaavat tutkimuskysymykset ovat: 1) Mikä on nykytilanne kemian opetuksessa kiertotalouden opetuksessa, erityisesti puukemian näkökulmasta? 2) Miten kiertotalous kontekstina voidaan toteuttaa kouluopetuksessa mielekkäästi? Vastauksia ensimmäiseen kysymykseen on etsitty yläkoulun kemian oppikirjojen tarveanalyysillä. Tarveanalyysi osoitti, että oppikirjoissa puun kemia esitetään kapeasta näkökulmasta ja kirjojen sisällöistä puuttuu kokonaan kiertotalous. Kehittämistuotos on tuotettu kirjallisuudesta ja tarveanalyysista esiin tulleiden puutteiden ja tarpeiden perusteella. Kehittämistuotos on opetuskokonaisuus kiertotaloudesta, jossa hyödynnetään yhteisöllistä ja tutkivaa oppimista sekä kehitetään oppilaan tieto- ja viestintäteknillisiä taitoja. Opetuskokonaisuuden aikana oppilaat tekevät kiertotalouteen liittyvä tutkimuksen, jonka he julkaisevat valitulle internetalustalle. Kokonaisuuteen kuuluu myös ryhmän työn esittäminen, toisten töiden arvioiminen ja oman työskentelyn itsearviointi. Tässä tutkimuksessa tuotettua opetusmateriaalia voidaan käyttää opettajien työkaluna, sillä se vastaa uuden perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden mukaisia sisältöjä ja se paikkaa oppimateriaaleissa ilmenneitä puutteita. Lisäksi oppimateriaalien kirjoittajat voivat hyödyntää tutkimustulosten ja tuotetun materiaalin ideoita uusien oppimateriaalien kirjoittamisessa.
  • Liu, Yanhe (2015)
    Cellular networks are facing a data explosion posed by the increasing bandwidth demand of current mobile applications, and cellular operators are trying to leverage auxiliary networks and offload mobile data for relieving this challenge. However, traffic offloading without comprehensive controlling may result poor network utilization and undesirable user experience. In this thesis, we design and implement an integrated architecture for intelligent traffic offloading over collaborative WiFi-cellular networks. Motivated by our measurement, we formulate a mathematical model to estimate and evaluate potential offloading throughput based on various wireless context information, like AP signal strength and bandwidth. To efficiently manage traffic and collect information, we use a centralized SDN architecture in our design. The proposed system enables mobile devices to choose the most beneficial AP for offloading. The experimental evaluation of our prototype implementation demonstrates that this architecture can achieve optimal traffic offloading by considering different real factors instead of making naive decisions. This effort not only explores the feasibility of context-based traffic offloading, but also provides guidelines for designing and implementing a centralized SDN platform for wireless networks.
  • Koho, Mikko (2015)
    Biologisten havaintoaineistojen julkaiseminen linkitettynä datana mahdollistaa useiden aineistojen yhdistämisen toisiinsa. Yhdistämällä toisiinsa useita samaan asiaan liittyviä aineistoja, voidaan saavuttaa parempi ymmärrys kiinnostuksen kohteena olevasta ilmiöstä kuin tutkimalla aineistoja erikseen. Näin voidaan mahdollistaa tarkempien päätelmien tekeminen aineistojen pohjalta sekä etsiä odotettuja tai odottamattomia yhteyksiä aineistojen välillä. Linkitetyssä datassa käytetty RDF-tietomalli tuo aineistoihin koneluettavuuden ja helpon tavan viitata kaikkiin aineistojen osiin. Linkitettynä datana julkaistuja aineistoja voidaan helposti rikastaa yhä uusilla aineistoilla. Tässä tutkielmassa käsitellään Hangon lintuaseman havaintoaineiston sekä Ilmatieteenlaitoksen Hangon Russarön säähavaintoaineiston mallinnusta, käsittelyä ja hyödyntämistä linkitettynä datana. Aineistot on mallinnettu käyttäen RDF Data Cube -sanastoa, joka parantaa aineistojen yhteentoimivuutta. Lintuhavaintoaineistoon on annotoitu lajitietoa käyttäen ontologiaa Suomen linnuista, jota on rikastettu mm. lajien tuntomerkkiontologialla sekä uhanalaisuustiedoilla. Aineistot on julkaistu Linked Data Finland -alustalla, ja aineistojen välisten yhteyksien hahmottamiseksi on kehitetty visualisointipalvelun prototyyppi. Säätilan tiedetään olevan tärkeimpiä päivittäisen lintumuuton voimakkuuteen vaikuttavia tekijöitä. Visualisointipalvelulla pyritään näyttämään käyttäjälle, miten säätila vaikuttaa lintuhavaintomääriin ja erityisesti havaittuun lintumuuttoon. Aineistojen välisten suhteiden parempi tuntemus mahdollistaa tarkempien päätelmien tekemisen lintuhavaintoaineiston perusteella. Tutkielmassa esitetyt menetelmät ovat yleistettävissä lintu- ja säähavaintoaineistojen lisäksi muihin rakenteeltaan samankaltaisiin aineistoihin.
  • Vestberg, Matias Leo (2015)
    The thesis is mainly concerned with two concepts fundamental for microlocal analysis, namely the wave front set and oscillatory integrals. Many definitions and results are generalized to manifolds and vector bundles, and for this reason the generalization of classical distribution theory to these settings is presented in great detail in the first chapter. After this, the wave front set defined and its connection to singularities of distributions is explained. Among the most important results is the detailed proof of the fact that a distribution which is defined on the target space of a smooth map, and has a suitable wave front set, can be pulled back to a distribution on the domain. The pullback map is shown to be sequentially continuous but not topologically continuous in general. Aided by the pullback map we show how the product of two distributions can be defined when their wave front sets are compatible in a certain way. An application to the theory of PDEs is also given. Lastly, oscillatory integrals are defined and a description of their wave front sets is given.
  • Parkkinen, Katja (2015)
    Heavy fermion materials are intermetallic compounds whose electronic properties exhibit a variety of anomalous effects at low temperatures. These effects emerge from the interplay between strong magnetic moments of localized f-electrons and the conduction electrons of the compound. Due to complex many-body interactions, these electron systems are said to be strongly correlated. At low temperatures the wave functions of the conduction electrons and the f-electrons hybridize, giving rise to a 'heavy' charge carrier with an effective mass even a hundred or a thousand times the free electron mass. Magnetic interactions of the electrons create a stage of magnetic ordering or disordering, superconductivity in some compounds, quantum critical phase changes and experimentally observed deviations from the so-called Fermi liquid theory that describes strongly interacting fermions at low temperatures. In fact, deviations from the Fermi liquid theory have for long been an interest in solid state physics, since the underlying mechanism is not understood. One of the main motivators for understanding unconventional behaviour of fermionic ensembles has been the discovery of high-temperature superconductivity, as well as explaining electronic correlations and quantum critical behaviour emerging from magnetic interactions. Two heavy fermion compounds were examined in this thesis: CeCu6 and YbRh2Si2. CeCu6 is an archetypal heavy fermion metal with well-established Fermi liquid behaviour of its valence electrons. YbRh2Si2, on the other hand, exhibits quantum criticality between magnetic order and disorder, and pronounced deviations from the Fermi liquid characteristics have been shown to occur in the vicinity of the quantum critical region. The compounds were studied with optical spectroscopy, utilizing a superconducting stripline resonator in the GHz frequency range. The method addresses the skin effect of these materials, and in this manner information regarding scattering mechanisms can be obtained. A correction for the theory of skin effect in heavy fermion materials is suggested in this thesis, as these compounds can no longer be treated as conventional metals. In this thesis it is shown that correlation effects in heavy fermion compounds cause deviations to the description of the normal skin effect, and the method is used further to understand the connections between theoretical predictions and experimental observations. All in all, both the theoretically and experimentally conducted method for investigating scattering mechanisms in heavy fermion compounds via the skin effect offers a new approach for understanding correlated electronic transport and the physics behind it.
  • Alila, Antti (2015)
    Tutkielmassa selvitetään tilastollisten menetelmien avulla ulkolämpötilan vaikutusta sydän- ja verisuonitautien kiireellistä hoitoa vaativien sairaustapausten määrään. Aiemmassa tutkimuksessa on todettu, että sydän- ja verisuonisairauksien kuolleisuus lisääntyy sekä kuumalla että kylmällä säällä. Sairaustapausten osalta tutkimusnäyttö ei sen sijaan ole yksiselitteistä, joten uudelle tiedolle on perusteltu tarve. Ilmiön tutkiminen auttaa suunnittelemaan toimenpiteitä kylmyyden tai kuumuuden aiheuttamien terveyshaittojen ehkäisemiseksi sekä ennakoimaan vaihteluja terveyspalveluiden tarpeessa. Sairaustapauksia kuvaavana aineistona on aikasarja päivystyksen kautta alkaneiden sydän- ja verisuonitautien (ICD-10 tautiluokituksen luokka I) hoitojaksojen vuorokausimäärästä Helsingin ja Uudenmaan sairaanhoitopiirissä. Aineisto saatiin Terveyden ja hyvinvoinnin laitokselta terveydenhuollon hoitoilmoitusrekisteristä. Lisäksi analyysissa käytetään European Climate Assessment & Dataset -palvelusta saatua aikasarjaa vuorokauden keskilämpötilasta sairaanhoitopiirin alueella. Molemmat aineistot kattavat vuodet 1987–2012. Lämpötilan ja hoitojaksojen määrän yhteyden selvittämiseksi aineistoon sovitetaan Poisson-regressiomalli. Estimoinnissa käytetään suurimman uskottavuuden estimaattoria ja mallinnuksessa huomioidaan mahdollisen ylihajonnan esiintyminen. Selitettävänä muuttujana on hoitojaksojen määrän logaritmi. Selittävinä tekijöinä ovat vuorokauden keskilämpötilan viivästetyt arvot 15 vuorokautta taaksepäin. Lämpötilan vaikutus oletetaan kahdessa osassa lineaariseksi. Koska vuorokausilämpötilojen aikasarja on voimakkaasti autokorreloitunut, tilastolliseen malliin asetetaan lämpötilan viivästettyjen arvojen regressioparametreille polynomirajoite. Näin malliyhtälöön jää vähemmän vapaita parametreja, ja lämpötilan viivästyneen vaikutuksen estimointi on helpompaa. Tilastollisen mallin muut selittävät tekijät ovat hoitojaksojen pitkän aikavälin trendiä kuvaava splinifunktio ja hoitojaksojen aikasarjan porraskohtia kuvaavat indikaattorimuuttujat sekä kuukautta, viikonpäivää ja vuosittain toistuvia juhlapäiviä kuvaavat indikaattorimuuttujat. Keskeinen tulos on, että sydän- ja verisuonitautien sairaustapausten määrä vähenee ulkolämpötilan noustessa. Esimerkiksi -20 asteen lämpötilassa hoitojaksojen määrän odotusarvo on 13,4 % suurempi kuin +20 asteessa. Paloittain lineaarisen mallin taitepisteen (16,5 astetta) alapuolella hoitojaksojen määrä laskee 0,23 % (95 %:n luottamusväli 0,11–0,35 %) lämpötilan noustessa yhdellä asteella. Taitepistettä korkeammissa lämpötiloissa yhden asteen nousu laskee sairaustapausten määrää 1,19 % (luottamusväli 0,68–1,72 %). Kylmyyden sairaustapauksia lisäävä vaikutus näyttää toteutuvan viivästyneesti vaikutuksen ollessa suurimmillaan 7–10 vuorokauden viiveellä. Tulosten perusteella ulkolämpötilan aleneminen lisää sairastavuutta ja terveyspalveluiden tarvetta sydän- ja verisuonisairauksissa. Toisaalta tulokset nostavat esiin ristiriidan, joka on havaittu muutamissa aiemmissakin tutkimuksissa: sydän- ja verisuonitautien hoitojaksojen määrä laskee kuumalla säällä, vaikka kuolleisuus samalla lisääntyy. Tämä saattaa viitata siihen, että kuumuus vaikuttaa ihmisen elimistöön eri tavoilla, joista osa on terveyden kannalta myönteisiä ja osa haitallisia. Tulokset antavat perusteen pyrkiä kylmään säähän liittyvien sairaustapausten ehkäisemiseen sekä selvittää kuumuuden terveysvaikutuksia tarkemmin.
  • Talka, Tuomas (2015)
    Kiinteän olomuodon kemialliset reaktiot ovat viime vuosina herättäneet paljon kiinnostusta, sillä ne tarjoavat ympäristöystävällisen vaihtoehdon liuotinpohjaiselle kemialle. Kiinteässä olomuodossa reaktiot riippuvat materiaalin kiderakenteesta ja atomien järjestyksestä molekyylissä. Reaktiot tapahtuvat tietyn suuntaisten kemiallisten sidosten muodostumisen ja murtumisen seurauksena. Lähtöaineiden kiinteä olomuoto mahdollistaa myös reaktiomekanismien yksityiskohtaisen tutkimisen. Tunnetuin orgaanisen kiinteän olomuodon reaktioista on [2 + 2]-fotodimerisaatio, jonka tunnetuin esimerkki on trans-kanelihapon fotodimerisaatio truksiilihapoksi. Kyseinen reaktio on valon indusoima sykloadditio, jossa kaksi tai useampi tyydyttymätöntä molekyyliä yhdistyy muodostaen rengasrakenteisen tyydyttyneemmän tuotteen. Kyseinen reaktio on myös topokemiallinen eli kiderakenne vaikuttaa reaktiotuotteisiin. Reaktio noudattaa myös niin kutsuttua topokemiallista periaatetta, eli etenee pienimmän atomaarisen ja molekulaarisen liikehdinnän kautta. Kemiallisten reaktioiden syvällinen ymmärtäminen vaatii atomiskaalan rakenteiden tarkastelua, joka onnistuu materiaalitieteissä laajalti käytetyn röntgensäteilyn avulla. Röntgensäteily sopii tähän erityisen hyvin, sillä sen aallonpituus on samaa suuruusluokaa atomien ja niiden välisten etäisyyksien kanssa. Röntgensäteilyn aallonpituusalueen synkrotronisäteilyn käyttö materiaalitutkimuksessa on jatkuvasti yleistynyt synkrotronien kehittyessä. Uusimmat synkrotronisäteilylaitokset mahdollistavat epäelastiseen röntgensirontaan pohjautuvien spektroskopiamenetelmien käytön elektronirakenteiden tutkimiseen. Ei-resonantti epäelastinen röntgensironta alimman kuoren elektroneista tunnetaan myös Röntgen-Raman-sirontana, joka mahdollistaa kevyiden alkuaineiden kemiallisten reaktioiden tarkastelun. Tässä tutkielmassa keskitytään kiteisen alfa-trans-kanelihapon ja alfa-truksiilihapon aikerotteisiin spektroskopiamittauksiin Röntgen-Raman-sironnalla ja sen tuottamaan röntgenindusoituun dimerisaatioon. Kokeet tehtiin kiteillä, jotka oli jäähdytetty 10 K lämpötilaan. Mittaus jåärjestettiin siten, että Röntgen-Raman-spektreissä tarkastellaan energiansiirtoja lähellä hiilen 1s-absorptioreunaa. Motivaationa oli seurata röntgenindusoitua dimerisaatiota näytteen absorboiman säteilyannoksen funktiona tarkastelemalla spektrien muutoksia. Tutkielmassa tutustutaan teoriaan molekyyliorbitaalien muodostumisesta, röntgensäteilyn vuorovaikutuksesta aineen kanssa sekä ei-resonantista röntgensironnasta, erityisesti Röntgen-Raman-sironnasta. Kokeellisessa osiossa kiteiden Röntgen-Raman-spektreistä määritetään dimerisaatioon osallistuvien aineiden spektrit sekä säteilylopputuotteiden spektrit. Näiden avulla tarkastellaan ja mallinnetaan reaktioiden kinetiikkaa.
  • Alonso, Pedro (2015)
    The purpose of this thesis is to compare different classification methods, on the basis of the results for accuracy, precision and recall. The methods used are Logistic Regression (LR), Support Vec- tor Machines (SVM), Neural Networks (NN), Naive Bayes(NB) and a full Bayesian network(BN). Each section describes one of the methods, including the main idea of the methods used, the explanation of each one, the intuition underpinning each method, and their application to simple data sets. The data used in this thesis comprises 3 different sets used previously when learning the Lo- gistic Regression model and the Support vector Machines one, then applied also to the Bayes counterparts, also to the Neural Networks model. The results show that the Bayesian methods are well suited to the classification task they are as good as their counterparts, some times better. While the Support Vectors Machine and Neural Networks are still the best all around, the Bayesian approach can have comparable performance, and, makes a good approximate to the traditional method’s power. The results were Logistic Regression has the lowest performance of the methods for classification, then Naive Bayes, next Bayesian networks, finally Support Vector Machines and Neural Networks are the best.
  • Ilmola, Roni (2015)
    Surface growth by using nanocluster deposition has attracted a lot of attention in recent years due to possibilities to affect electronic properties of the resulting thin films. Industry is interested in this method because with cluster deposition it is possible to manufacture thin films much faster than by using single atom deposition. In some cases, nanocluster deposition is the only method by which thin films have been able to be deposited successfully. I have studied Si20 cluster deposition on the Si(0 0 1) surface. I used molecular dynamics simulations to simulate epitaxial silicon growth at temperatures 300 K, 500 K, 700 K, 1000 K, 1300 K and 1600 K. I used two potential models to do this, the Tersoff and the Stillinger-Weber potentials. This work focuses on the differences in the results of these potential models at various temperatures. All the atoms in the cluster had 1 eV of energy. I observed that the growth is stronger with the Stillinger-Weber potential almost at every temperature. At 300 K no epitaxial growth was seen and at 1600 K the substrate melted. I observed almost complete epitaxial growth with the Stillinger-Weber potential, whereas with the Tersoff potential there was an amorphous layer on top of the crystalline region. The epitaxial growth didn’t originate from the diffusion as much as from the rearrangement of atoms at the amorphous-crystalline interface.
  • Lod, Patrik (2015)
    Digitaalisella kuvalla on resoluutio, joka määrittää sen koon. Resoluutiota voi suurentaa ja samalla parantaa kuvan laatua menetelmällä, jota kutsutaan superresoluutioksi. Superresoluutioalgoritmeja on useita ja ne toimivat eri tavalla. Tässä tutkielmassa käydään läpi kolmen eri superresoluutioalgoritmin toiminta läpi ja näytetään, miten nämä algoritmit toimivat kahdelle kuvalle sekä verrataan niitä keskenään. Tutkielmassa ensiksi käydään läpi tarvittavaa taustateoriaa. Luku kaksi alkaa määrittelemäll ä digitaalisen kuvan ja kuinka tietokone käsittelee kuvia. Samalla esitellään kuviin liittyvää perusk äsitteistöä kuten (R,G,B)-väriavaruus. Seuraava kappale kertoo, miten värikuva muunnetaan (R,G,B)-väriavaruudesta harmaasävykuvaksi, koska kaikki tässä työssä esiteltävät algoritmit suoritetaan harmaasävykuville. Tämän jälkeen luvussa kaksi esitellään tässä työssä käytettävät lähdekuvat ja kuinka ne on otettu. Ensiksi esitellään, millä kameralla kuvat on otettu, missä formaatissa ja missä tiloissa. Sitten kerrotaan hieman kuvattavista kohteista ja esitellään valitut kuvat, joille algoritmit suoritetaan. Luvussa kaksi esitellään kuvien jälkeen työssä käytettävät superresoluutioalgoritmit. Ensiksi esitellään kaksi yksinkertaisempaa menetelmää superresoluution saavuttamiseksi. Nämä molemmat ovat kaksiulotteisia interpolaatioita diskreetille datalle, joten niitä voi käyttää digitaalisille kuville. Ensiksi esitellään Bilineaarinen interpolaatio, joka yksinkertaisesti laskee painotetun keskiarvon interpoloitaville pikseleille lähimmästä neljästä pikselistä. Seuraavaksi esitellään bicubic-interpolaatio, joka on kaksiulotteinen jatke cubic-interpolaatiolle. Bicubic-interpolaatio toimii hyvin samankaltaisesti bilineaarisen interpolaation kanssa, mutta saa aikaan hieman tasaisempia tuloksia. Kolmantena algoritmina esitellään harvoihin esityksiin perustuva superresoluutioalgoritmi, joka hyödyntää opetettavia kirjastoja. Luvussa kaksi esitellään nopeasti, mitä ovat opetettavat kirjastot, harvat esitykset ja monet muut algoritmissa tarvittavat komponentit. Luvun kaksi lopussa esitetään SSIM samankaltaisuusmitta, jolla algoritmien tuloksia arvioidaan. Luvussa kolme esitellään algoritmeilla saadut tulokset luvussa kaksi esitetyille kuville. Luvussa kolme on myös kirjattu taulukkoon samankaltaisuusmitan antamat tulokset jokaiselle algoritmille. Luvussa neljä on analysoitu näitä tuloksia ja tehty johtopäätöksiä algoritmien paremmuusjärjestyksestä. Huomaamme, että perus interpolaatiot eivät yllä yhtä hyviin tuloksiin kuin viimeisenä esitelty algoritmi, jonka tulokset ovat yllättävän hyviä. Nopeudessa taas interpolaatiot, varsinkin bilineaarinen interpolaatio, todetaan olevan paljon nopeampia kuin harvoihin esityksiin perustuva superresoluutioalgoritmi. Huomioimme myös, mitä isommiksi kuvat suurennetaan sitä heikommin ne toimivat. Huomaamme myöskin sen, kuinka bilineaarinen interpolaatio toimi kaksinkertaisella suurennoksella paremmin kuin bicubic-interpolaatio, mutta nelinkertaisella suurennoksella taas bicubic-interpolaatio toimi paremmin näistä kahdesta.