Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta

 

Recent Submissions

  • Blomqvist, Johnny (2017)
    Syftet med den här Pro gradu-avhandlingen är att presentera ett sätt för gymnasiestuderanden att lära sig kryssprodukten så att det är motiverat. Orsaken bakom avhandlingen är att kryssprodukten har haft en marginell roll i den finländska gymnasieundervisningen. Den här rollen har granskats i den här avhandlingen utgående från läroplaner och läroböcker i Finland från 70-talet till den läroplan och de läroböcker vi har idag. De centrala iakttagelserna från granskningen är att kryssprodukten har varit ett tilläggsmaterial i läroplanerna och att läroböckerna presenterat kryssprodukten som en formel utan motiveringar. Intresset för kryssprodukten ligger i att den tillämpas i gymnasiefysiken och är ett användbart verktyg för bland annat plan i rummet i matematiken. Den konstruktivistiska inlärningsmetoden som varit närvarande i lärarutbildningen handlar om att den studeranden ska bygga upp ny kunskap utgående från tidigare erhållen kunskap. Den här inlärningsmetoden tillämpas inte då kryssprodukten presenteras som en omotiverad räkneformel och därmed leder det till en dålig förståelse. För att motivera kryssprodukten presenteras en härledning som baserar sig på sådant som torde vara bekant för en studerande som läst vektorkursen i gymnasiet. Härledningen startar från arean av parallellogrammer som är uppspända av två planvektorer och slutar med en metod för att beräkna arean av parallellogrammer som är uppspända av rumsvektorer i komponentform. Den här metoden identifieras som kryssprodukten. Härledningen av kryssprodukten är omformat till ett undervisningspaket. Undervisningspaketets ändamål är att låta studeranden aktivt jobba fram den kunskapen som paketet vill förmedla. Strukturen för undervisningspaketet är likadan som för härledningen, med den skillnaden att en del av informationen är inbakat i övningsuppgifter för att aktivera studeranden. Då övningsuppgifterna innehåller viktig information för helheten är modellösningar också presenterade i avhandlingen. Undervisningspaketet kan vara för omfattande för att läggas till i ett tryckt läromedel men det skulle finnas potential att bifoga det till ett elektroniskt läromedel. Då uppgifter kommer efterhand i paketet skulle det finnas behov av ett interaktivt läromedel som skulle kräva en lösning efter vilket modellösningen skulle komma fram.
  • Eerola, Maiju (2017)
    Tutkielmassa käsitellään sitoumuksien suojausta ja etenkin sijoitussidonnaisten henkivakuutusten suojausta lokaalin riskin minimointiin perustuvalla menetelmällä diskreetissä ajassa. Sijoitussidonnaisen henkivakuutuksen tapauksessa vakuutuksenottaja sitoutuu maksamaan yhtiölle vakuutusmaksun yhdessä tai useammassa erässä ja vakuutusyhtiö vastaavasti sitoutuu maksamaan sovitulla hetkellä vakuutuksenottajalle korvauksen, jonka suuruus riippuu vakuutetun jäljellä olevasta elinajasta ja arvopaperimarkkinoiden kehityksestä. Markkinoilla oletetaan aina olevan yksi niin sanottu riskitön arvopaperi, jonka hinta on positiivinen jokaisella hetkellä. Muita arvopapereita kutsutaan riskillisiksi. Korvauksen määräämisperuste päätetään osapuolten välisessä sopimuksessa. Korvaus voisi esimerkiksi olla jonkin tietyn arvopaperin hinta korvaushetkellä, jos vakuutettu on tällöin elossa. Yhtiön tavoitteena on suojata tämä maksusitoumus sijoittamalla sopivasti markkinoilla oleviin arvopapereihin, jotka voivat olla esimerkiksi osakkeita tai valuuttoja. Tutkielmassa lähdetään tarkastelemaan sitoumuksen suojaamista lokaalin riskin minimointiin perustuvalla menetelmällä. Lokaalin riskin minimoinnilla tarkoitetaan tässä sijoitusvirheen keskineliöpoikkeaman minimointia, missä sijoitusvirhe on toiminnassa syntynyt kustannus kun sivukustannuksia kuten käsittelykustannuksia ei ole. Myös monia muita menetelmiä on olemassa, joten suojausmenetelmän valinnasta puhutaan lyhyesti. Tämän lisäksi esitellään lyhyesti myös muutama läheinen menetelmä muodostaa optimaalinen strategia sitoumukselle. Kaikki esiteltävät menetelmät ovat niin sanottuja kvadraattisia eli neliöllisiä suojausmenetelmiä. Työn päälähteenä on Hans Föllmerin ja Alexander Schiedin Stochastic Finance (2011), josta löytyy lisää tietoa kyseisistä menetelmistä ja sitoumuksien suojaamisesta. Ensimmäisessä luvussa esitellään arvopaperimarkkinamalli ja käydään läpi kyseessä olevan mallin oletukset sekä muutamia todennäköisyysteorian ja matriisilaskennan tietoja, joita tarvitaan myöhemmin toisessa luvussa, kun esitetään ja todistetaan lause, joka antaa samalla sekä riittävän että välttämättömän ehdon lokaalin riskin minimoivalle strategialle. Tämän lauseen avulla löydetään kaikki mahdolliset optimaaliset strategiat, kun optimaalisuuskriteeri on lokaalin riskin minimoiminen. Osoittautuu, että optimaalinen strategia on odotusarvoltaan omavarainen ja sen kustannusprosessi on vahvasti ortogonaalinen diskontatun hintaprosessin kanssa. Diskonttaustekijänä käytetään riskittömän arvopaperin hintaa. Kolmannessa luvussa esitellään sijoitussidonnaiset henkivakuutukset ja ratkaistaan lokaalin riskin minimoiva strategia sijoitussidonnaiselle elämänvaravakuutukselle siinä tapauksessa, että markkinoilla on vain yksi riskillinen arvopaperi. Viimeisessä luvussa käydään läpi yleinen tilanne, missä riskillisiä arvopapereita on mielivaltainen määrä ja suojattava sitoumus on sijoitussidonnainen henkivakuutus. Optimaalinen strategia saadaan tällöin helposti esitettävään muotoon.
  • Juvonen, Markus (2017)
    This thesis strives to familiarize the ideas behind the success of patch-based image representations in image processing applications in recent years. Furthermore we show how to restore images using the idea of patch-based dictionary learning and the k-means clustering algorithm. In chapter 1 we introduce the notion of patch-based image processing and take a look at why dictionary learning using sparsity is a hot topic and useful in processing natural images. The second chapter aims to formulate the different methods and approaches used in this thesis mathematically. Dictionary learning, the k-means algorithm and the Structural similarity index (SSIM) are in the main focus. Chapter 3 goes into the details of the experiments. We present and discuss the results as well. The fourth and final chapter summarizes the main ideas of the thesis and introduces development suggestions for further investigation based on the methods used. Using a fairly simplistic patch-based image processing method we manage to reconstruct images from a set of similar images to a reasonable extent. As the main result we see how the size of the patches as well as the size of the learned dictionary effects the quality of the restored image. We also detect the limitations and problems of this approach such as the appearance of patch artifacts which is an issue to attack and resolve in following studies.
  • Tikka, Sauli (2017)
    Tutkielmassa pyritään vastaamaan kysymykseen siitä, minkä ulottuvuuden euklidiseen avaruuteen voidaan määritellä bilineaarinen binäärioperaatio siten, että euklidinen avaruus varustettuna tällä laskutoimituksella on jakoalgebra. Työssä ei pyritä täydelliseen vastaukseen vaan päätavoitteena on antaa kysymykseen välttämätön ehto: avaruuden ulottuvuuden täytyy olla luvun kaksi potenssi. Tutkielman johdannossa esitellään ongelma ja annetaan esimerkki siitä, että kolmiulotteisessa avaruudessa ei jakoalgebran rakennetta voida saavuttaa. Työn ensimmäisessä varsinaisessa luvussa esitellään tarpeellinen määrä kategoriateoriaa, jotta algebralliselle topologialle tyypilliset kategorioihin ja funktoreihin liittyvät argumentit joita tutkielmassa käytetään, ovat perusteltuja. Lisäksi määritellään niin kutsuttu Hom-funktori ja esitellään sen perusominaisuuksia. Kyseisen funktorin soveltaminen, dualisointi, johtaa yksinkertaisella tavalla yleisen ketjukompleksin kohomologiaryhmiin. Tässä kohtaa työtä tulee selväksi, että dualisaatio säilyttää lukuisia homologiateoriasta tunnettuja ominaisuuksia ja konstruktioita. Luvun työläin ja tärkein osuus on universaalin kerrointeoreeman todistus. Kyseinen lause selvittää yhteyden kohomologia- ja homologiaryhmien välille ja antaa tavan laskea ketjukompleksin kohomologia- ryhmät sen homologiaryhmien avulla. Luvun loppupuolella esitellään yleisen kohomologiateorian aksiomaattinen määritelmä, jota tarvitaan myöhemmin tutkielmassa sekä tutustutaan tavallisim- piin kohomologiateorioihin. Näitä ovat muun muassa singulaarinen kohomologia ja solukohomologia. Kohomologiaryhmien perustietoihin tutustumisen jälkeen tutkielman neljännessä luvussa aletaan käsittelemään kohomologiaryhmille määriteltyä uutta laskutoimitusta, kuppituloa. Tämä on keskeinen käsite kohomologiateorian kannalta sillä se on varsinaisesti ensimmäinen täysin uusi asia verrattuna homologiateoriaan. Osoitetaan, että kuppitulo määrittelee kohomologiaryhmien porrastettun kertolaskun ja että varustamalla kohomologiaryhmistä muodostettu suora summa tällä laskutoimituksella lopputuloksena on porrastettu rengas, avaruuden kohomologiarengas. Muutaman valottavan esimerkin ja kuppitulon luonnolliseksi toteamisen jälkeen, näytetään että kuppitulo on antikommutatiivinen laskutoimitus jos kerroinrengas on kommutatiivinen. Tutkielman viimeisessä luvussa on kenties työn raskaimmat laskut. Luvun alkupuoli painottuu kahden avaruuden muodostaman tulojoukon kohomologiarenkaan laskemiseen. Künnethin kaava näyttää, että tietyin oletuksin kahden avaruuden kohomologiarenkaiden tensoritulolta tuloavaruuden kohomologiarenkaalle määritelty ristitulokuvaus on rengasisomorfismi. Lopulta laskemme projektiivisen avaruuden kohomologiarenkaan. Soveltamalla tätä tietoa ja Künnethin kaavaa jakoalgebran määräävän bilineaarisen binäärioperaation indusoimaan kohomologiakuvaukseen, saadaan vastaus johdannossa esitettyyn kysymykseen.
  • Hietanen, Minna (Helsingin yliopisto, 2016)
    Helsinki is a densely built and populated Finnish city, which faces special land use management needs due to its capital status. The expected population growth causes pressure to the amount, quality and regionally equal distribution of the city´s recreation areas. The Recreation Opportunity Spectrum (ROS) method was developed to solve recreation areas´ management problems caused by a rapid increase of recreation areas´ users in United States. The ROS method developers believed that by offering diverse recreation possibilities the injurious environmental and recreational impacts caused by the increase of the users would be minimized. The method is based on an idea whereby a high quality recreation experience is best ensured by offering diverse recreation possibilities. According to the method´s theory, a recreation area´s physical features determine the recreation activities and experience possible. The purpose of the thesis is to explore the diversity of summertime outdoor recreation possibilities in Helsinki by using the ROS method. By examining the recreation conditions´ state of development or naturalness I will form a spectrum representing different recreation opportunities in Helsinki. I will also explore the main arguments for promoting diverse recreation possibilities according to the research literature. The materials of the analyzes consisted of open spatial data determining recreation areas´ physical environment, social and managerial settings. Variables of recreation areas´ physical environment consisted of the size of the area and the impacts of the surrounding land use. The social conditions of recreation areas were examined through their theoretical population pressure. The impression of naturalness, access to the recreation areas and their service facilities determined the managerial conditions. The variables were analyzed by GIS methods, most importantly by distance analyzes. The importance of diverse recreation possibilities is rationalized by three main arguments in the research literature. The diversity of recreation possibilities is justified most importantly by the high diversity of recreationists. Also the so called problem of relying on averages and the realization of environmental justice in recreation are key arguments to promote diverse recreation possibilities. The actual diversity of Helsinki´s recreation possibilities is low on a city level since most of the recreation areas´ land area has both natural and urban features according to the different variables. The edges of the ROS scale are strongly represented in the study area. The most natural recreation areas of Helsinki are located in Östersundom, Isosaari and Pikku Niinisaari. The most urban recreation possibilities of the city can be found from the southern parts of Central Park and from small and fragmented recreation areas typically close to the main roads and railway line. It is to be expected that the most developed recreation areas in Helsinki will face increasing population pressure in the near future. It is also likely that a considerable part of the current environments offering most natural recreation possibilities will develop more urban, when the remaining natural possibilities will centralize in to the archipelago. The decrease of environments offering natural recreation possibilities may increase the recreation use of surrounding cities´ natural recreation areas. There are already some references of the trend in Helsinki.
  • Lehtimäki, Sauli (2016)
    Ryhmien luokittelu on yksi ryhmäteorian keskeisiä kysymyksiä. Sanotaan, että kaksi ryhmää ovat isomorfiset, jos niiden välille löytyy bijektiivinen homomorfismi. Jos kaksi ryhmää ovat isomorfiset, niin niiden ominaisuudet ovat algebrallisessa mielessä samanlaiset. Arkikielellä selitettynä näiden ryhmien laskutoimitustaulut saadaan näyttämään samanlaisilta, jos vain osataan järjestää taulujen alkiot oikeaan järjestykseen. Tämän pro gradun keskeisimpänä tavoitteena on luokitella kaikki kertalukuja 1-15 olevat ryhmät. Työssä paljon käytettyjä työkaluja ovat esimerkiksi Lagrangen lause, Sylowin lause sekä Cauchyn ja Cayleyn lauseet. Jonkin verran myös lukuteoriaa tarvitaan. Luokittelun tuloksena saadaan kertalukuluokat: p, pp, 2p ja pq, missä p ja q ovat alkulukuja. Kertaluvut 8 ja 12 käsitellään omina tapauksinaan. Esimerkkinä mainittakoon kertalukua 10=2*5 olevat ryhmät, joita on kaksi erilaista: jäännösluokkaryhmä Z10 ja diedriryhmä D10. Työssä todistetaan, että jos valitaan mikä tahansa tätä kertalukua 10 oleva ryhmä, niin tämä ryhmä on aina isomorfinen joko ryhmän Z10 tai ryhmän D10 kanssa ja muita vaihtoehtoja ei ole. Huomautettakoon, että tutkielmassa saatavien tulosten avulla saadaan paljon enemmänkin kuin ensimmäiset 15 kertalukua todistettua. Itse asiassa ääretön määrä, sillä alkulukuja on äärettömän paljon (Eukleides). Tutkielman lopussa käsitellään hieman myös suurempia kertalukuja ja äärellisten yksinkertaisten ryhmien luokittelua.
  • Westerlund, Jonas (2016)
    In this thesis we prove the Hurewicz theorem which states that the n-th homology and homotopy groups are isomorphic for an (n-1)-connected topological space. There exists proofs of the Hurewicz theorem in which one constructs a concrete isomorphism between the spaces, but in this thesis we avoid the construction by transferring the problem to the realm of CW complexes and cellular structures by a technique known as cellular approximation. Combined with the cellular homology groups and related results this technique allows us to analyse the space on a cell-by-cell basis. This reduces the problem significantly and gives rise to many methods not applicable otherwise. To prove the theorem we lay out the foundations of homotopy theory and homology theory. The singular homology theory is introduced, which in turn is used together with the concept of degree to define the cellular homology groups suitable for the analysis of CW complexes. Since CW complexes are built out of homeomorphic copies of the open unit disk extending to its boundary, it became crucial to prove various properties of these subspaces in both homotopy and homology. Fibrations, fiber bundles, and the Freudenthal suspension theorem were introduced for the homotopical viewpoint, while long exact sequences and contractibility played a great role in the homological considerations. CW approximation then made it possible to apply all this machinery to the topological space in question. Finally, the boundary homomorphisms from the long exact sequence in both homotopy and cellular homology theory turn out to be the same which makes it possible to show the existence of an isomorphism between the groups.
  • Blom, Henri (2016)
    Älyliikenteen sovellukset ovat yleistymässä kaupunkiliikenteessä. Kaupunkiliikenne on perinteisesti menneiden vuosikymmenien aikana tukeutunut vahvasti yksityisautoiluun, jota liikennesuunnittelu ja liikennepoliittiset ratkaisut ovat tukeneet. Uudessa liikennepolitiikassa on alettu tavoittelemaan joukkoliikenteen ja kevyen liikenteen kulkutapaosuuksien kasvua. Käytännöt eivät kuitenkaan muutu nopeasti. Älyliikenneinnovaatiot muokkaavat asukkaiden mieltymyksiä eri liikkumistavoista ja niillä tavoitellaan muun muassa entistä turvallisempaa ja ympäristöystävällisempää kaupunkiliikennettä. Tarkastelen tässä tutkielmassa HSL:n vuosina 2012-2015 toteuttamaa Kutsuplus älyliikennepalvelua ja yleisemmin pääkaupunkiseudulla toteutuneita ja käytössä olevia älyliikenneinnovaatioita. Tutkimuskysymyksenä on voiko yksittäinen älyliikenneinnovaatio, tässä Kutsuplus vaikuttaa ihmisten kulkutapavalintoihin kaupunkitilassa ja kasvattaa siten joukkoliikenteen kilpailukykyä.
  • Meriläinen, Sonja (2016)
    Uudet opetussuunnitelman perusteet asettavat tavoitteeksi itseohjautuvan, tekemiensä havaintojen pohjalta kriittiseen ajatteluun kykenevän oppilaan. Jotta tähän päästäisiin, on opetuksessa pyrittävä siirtymään entistä enemmän oppilaskeskeiseen opetukseen. Erilaiset oppimisympäristöt, vaihtelevat työtavat ja digitaalisten välineiden käyttö opetuksessa ovat myös oleellisia. Tämän Pro gradu-työ pohjautuu näihin tarpeisiin. Tämä tutkimus on kehittämistutkimus, jossa kehitettiin mustikan ja puolukan kemiaa kontekstina käyttävä ja kokeellisiin kotitehtäviin nojaava verkkomateriaali. Mustikka ja puolukka ovat miltei jokaiselle suomalaiselle tuttuja, mutta niiden kemiaa käsitellään kouluissa suppeasti. Nämä marjat sisältävät runsaasti ravintoaineita sekä kemiallisia yhdisteitä, joiden terveysvaikutuksia on tutkittu runsaasti. Mustikka ja puolukka ovat raaka-aineina jokaisen saatavilla ja niiden käyttöä kokeellisissa kotitehtävissä tukee myös niiden vaarattomuus. Tämä kehittämistutkimus toteutettiin yhdessä kehittämissyklissä. Se sisältää teoreettisen ja empiirisen ongelma-analyysin, joiden pohjalta on kehitetty kehittämistuotos. Empiirinen ongelma-analyysi suoritettiin oppikirja-analyysillä ja opettajille suunnatulla lomaketutkimuksella. Toinen sykli kehittämistutkimuksessa olisi vaatinut kehittämistuotoksen testauksen oppilasryhmällä. Kehittämistuotos löytyy osoitteesta: https://marjojenkemia.wordpress.com/mustikan-ja-puolukan-kemiaa/
  • Mannisto, Jere (2016)
    Litteraturgranskningen i denna pro gradu behandlar oxidation av inerta C-H-bindningar med järnbaserade icke-hemkomplex. Naturligt förekommande enzymers aktiva centrum har använts som inspiration vid utveckling av katalytiska komplex. Forskningsområdet har attraherat stort intresse en längre tid eftersom kemiindustrins utgångsämnen är huvudsakligen ofunktionaliserade kolväten som utvinns ur råolja. Ett stort genombrott gjordes år 2001 då det syntetiserades ett järnkomplex vars katalytiska cykel involverade en metallcentrerad FeV=O-oxidant. Kolväten oxiderades avsevärt effektivare jämfört med tidigare komplex som oxiderade substrat via fria radikaler. Sedan dess har utvecklingen skett snabbt. Det har bevisats att ligandgeometrin påverkar kraftigt den katalytiska aktiviteten. Komplex med cis-α-geometri har den bästa aktiviteten. Oxidationsselektiviteten baserar sig på sterisk växelverkan mellan substrat och ligand, samt elektroniska och stereoelektoniska egenskaper hos substratet. Dessa faktorer kan överskridas om substratet har en dirigerande karboxylsyra. Steriskt hindrade ligander förlänger den katalytiska livstiden och förbättrar oxidationsselektiviteten. Det har nyligen föreslagits en alternativ katalytisk cykel som involverar en FeIV=O-intermediär för komplex med en trigonal bipyramidstruktur. I framtiden kommer det att vara relevant att indela icke-hemkomplex i två olika undergrupper på basen av geometri och oxidationstillståndet av järn. I den experimentella delen presenteras syntesen för nya ligander. Dessa jämfördes med kommersiella ligander vid järnkatalyserad oxidation av etylbensen och cyklohexan. Oxidation av C-H-bindningar skedde enbart i närvaro av järn. Utbytet förbättrades varken av de nya eller kommersiella liganderna. Produktprofilen tydde inte på en metallcentrerad oxidant. Sannolikt bildades det långlivade alkylradikaler såsom i Gif-kemi.
  • Kivi, Sami (2016)
    Termoelektriset materiaalit ovat yhä tärkeämpiä tulevaisuudessa pyrittäessä suurempaan energiatehokkuuteen. Hukkalämmön ja muilla keinoilla hyödyntämättömissä olevan lämmön talteenotto sähköenergian muodossa kasvattaa esimerkiksi hybridiautojen hyötysuhdetta ja rakennusten energiatehokkuutta. Tehokkaat termoelektriset laitteet ovat hyödyllisiä myös kaikissa sovelluksissa, joissa halutaan tuottaa tietty lämpötilaero tarkasti hankalissa paikoissa, missä resistiivinen lämmitys ei ole mahdollista. Erilaisilla nanokomposiittirakenteilla on pyritty pienentämään materiaalin lämmönjohtavuutta. Rajapinnat ja epäjatkuvuudet sirottavat hilavärähtelykvantteja eli fononeja, ja tuottamalla materiaaliin eri mittaluokkien kidevirheitä voidaan vaikuttaa lämmönjohtavuuteen merkittävästi. Tutkielman kirjallisuuskatsauksessa käsitellään dimensionaalisuuden vaikutusta materiaalin termoelektrisiin ominaisuuksiin ja eri rakenteiden hyödyntämistä termoelektrisissä sovelluksissa, sekä muutamia esimerkkejä termoelektrisistä nanokomposiittimateriaaleista. Kokeellisessa osassa tutkittiin erilaisia atomikerroskasvatuksella (ALD) valmistettuja Bi2Te3/Al2O3- ja Bi2Te3/polyimidi-nanorakenteita. Näytteiden koostumusta ja rakennetta analysoitiin eri menetelmillä: komposiittinäytteissä havaittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) Bi2Te3-ohutkalvoille ominaista morfologiaa ja kalvot olivat melko karkeita. XRD:llä havaittiin materiaalille ominaisia kidetasoja, joiden intensiteettisuhteet poikkesivat kirjallisuuden bulkkinäytteistä huomattavasti. Komposiittirakenteen tutkimisessa läpivalaisuelektronimikroskopia (TEM) oli välttämätön menetelmä. Termoelektrisiä ominaisuuksia tutkittiin TDTR-menetelmällä ja Seebeckin kertoimia mittaamalla. Kerrospaksuuksia säätelemällä pystyttiin kasvattamaan sekä nanolaminaatteja että nanodispersioita. Pienemmillä kerrospaksuuksilla kalvot olivat dispersiomaisia ja suuremmilla kerrospaksuuksilla laminaatteja. Nanokomposiittirakenteen havaittiin pienentävän kalvon lämmönjohtavuutta jopa kaksi kolmasosaa. Samalla tosin Seebeckin kerroin pieneni pelkkään Bi2Te3-kalvoon verrattuna.
  • Borre, Katja (2016)
    The literature part goes over the discovery of frustrated Lewis pairs, and their use in catalysis to effect hydrogenation. It spans the road from simple hydrogen activation to asymmetric hydrogenation of substrates. The topic is limited to substrates with polar double bonds and amino- and phosphinoboranes as catalysts. The research comes in three parts. The first part was catalysis testing a newly found aminoborane in hydrogenation reactions in mild conditions. This entailed relatively normal laboratory glassware: Schlenk tubes and the Schlenk line to provide the inert gas atmosphere and of course the hydrogen gas itself. The second and third part are concerned with catalyst synthesis. The second was attempting to create Lewis acids in the image of the catalyst in the first part, to gain more insight of the effects of the structure of the acid. The third similarly was concerned with creating a new variant of an already existing catalyst to see whether minor tweaking of its structure might improve its performance. For the second and third parts however, the synthesis was quite difficult, and catalysis was never reached. Based on literature it was found that adduct formation did not necessarily exclude hydrogen activation, but that an equilibrium state was necessary for them to co-exist. However, sterically demanding environment was no longer a requirement for both the acid and base. For the reversible reaction to be feasible, the acid and base mustn't have too much affinity to their half of the hydrogen molecule. It seems that the acid has more impact on the reversibility of hydrogen activation, and it may be possible to modify an acid to make an irreversible activation reaction reversible. For enantioselective catalysis, the catalyst itself must introduce the element of chirality to the system, so that it may favour one orientation of the substrate over the other. Whether chiral or not, it seems clear that a hindered catalyst will prefer unhindered substrates and vice versa. This allows us to choose an appropriate catalyst for the substrate we have in mind. To that end, it is a good thing to have a spectrum of catalysts: specific tools for specific jobs. In designing new chiral catalysts, it seems one needs to consider how to implement the element of chirality to the structure, the electronic and steric conditions, and the acidity and basicity of the acid and base groups. Especially worth considering are the 4- and 6-membered rings that form in the catalyst before and after hydrogen activation. 6-membered rings in the salt are especially worth avoiding. The catalysis testing yielded preliminary results and guided the path to finding the most optimal conditions for each substrate tested. One of the catalysis syntheses suffered from straightforward difficulties in synthesis and purification, and larger, more complicated Lewis acids of similar structure have already been synthesized. Thus it doesn't seem likely that this particular branch of study is worth the effort, certainly not commercially. The other catalysis synthesis had the most difficulty in separating the diastereomers, which was time consuming. Therefore that branch doesn't seem very practical either.
  • Holmström, Axi (2016)
    Quantum Neural Networks (QNN) were used to predict both future steering wheel signals and upcoming lane departures for N=34 drivers undergoing 37 h of sleep deprivation. The drivers drove in a moving-base truck simulator for 55 min once every third hour, resulting in 31 200 km of highway driving, out of which 8432 km were on straights. Predicting the steering wheel signal one time step ahead, 0.1 s, was achieved with a 15-40-20-1 time-delayed feed-forward QNN with a root-mean-square error of RMSEtot=0.007 a.u. corresponding to a 0.4 % relative error. The best prediction of the number of lane departures during the subsequent 10 s was achieved using the maximum peak-to-peak amplitude of the steering wheel signal from the previous ten 1 s segments as inputs to a 10-15-5-1 time-delayed feed-forward QNN. A correct prediction was achieved in 55 % of cases and the overall sensitivity and specificity were 31 % and 80 %, respectively.
  • Kivimäki, Ella (2016)
    Aerosol particles are one of the most studied phenomena of modern days because their concretion and chemical compositions affect, both directly and indirectly, many aspects of society, for example, human health. The source areas of the particles affects their chemical composition and concentration and thus it is important to know where aerosols originate. In addition to the source areas of particles, it is important to understand the processes that affect the particles during transport through the atmosphere, for example, wet deposition. The aims of the thesis were to find out the characteristics in the source areas (1) and the effect of wet deposition (2) on the particles detected at SMEAR II (Hyytiälä, Finland) measurement station. Both aims were studied with the FLEXPART model and to study the first aim also the Hysplit model was used. FLEXPART is a Lagrangian particle dispersion model and Hysplit is traditional trajectory model. The both aims were studied with 14 case studies and each case study was studied with 96 hour backward in time simulations. The Hysplit simulations were made for each case study once and the FLEXPART simulations were made for each case study three times. The 14 case studies were selected based on observation made at the measurement station SMEAR II during the time period between February and April 2014. The case studies were divided into two classes: cloud and aerosol cases and the general characteristics of the cloud and aerosol cases were compared to each other. The extent and location of the source areas between FLEXPART and Hysplit were compared to define to source areas of the particles. The effect of wet deposition in the FLEXPART simulations was studied by comparing two simulation types: with default and with modified wet deposition parameterizations. The results of the thesis suggest that the measurement altitude, i.e. the release altitude in backward in time simulation, has a significant effect on the source areas of particles. The results also indicates that in cloud cases the particles originate more wider area than in aerosol cases. In cloud cases most of the trajectories come from South or South-West whereas in the aerosol cases most of the trajectories come from North or North-West which indicates that the source area of the particles could be in the background causing different interesting observations. The results suggest that wet deposition has a major role both in the amount of the mass and in the source areas of the particles detected in SMEAR II (Hyytiälä, Finland), especially in low pressure and cyclone situations, i.e. in cloud cases. Also the result indicates that the amount of scavenged mass is much higher in-cloud than below-cloud.
  • Nourazar, Mehdi (2016)
    Nanowires made of semiconducting materials are of great relevance and significance in future nanotechnological applications. Irradiation of nanowires is a decisive method used to dope nanowires and tune their structural, mechanical and optical properties. In this study the effects of ion irradiation of an amorphus silicon-dioxide nanowire with a Si core and SiO 2 shell are studied utilizing classical molecular dynamics (MD) simulation. The groundwork is based on the analysis of structural properties and sputtering effects of nanowire or nanorod under irradiation. Here the term nanorod or nanowire refers to any cylindrical shape that has arbitrary length and the cross-sectional diameter ranging from 1 to 100 nanometers. At lengths starting from several times the diameter, it becomes possible to simulate the nanorods and their properties using MD methods. A single argon ion was used for the irradiation process and the properties of the nanowire and sputtering effects were analyzed. The argon ions used for the irradiation process range from 1 to 30 kilo-electron volts (keV). The incident argon atom is irradiated perpendicular to the nanowire surface on both edge and flat surfaces at the given energy range. MD simulation provides the circumstances to simulate and study the sputtering effects of the irradiation process with a resolution in the femtosecond range. This resolution is not possible with current experimental methods and MD simulation is one of the only methods available to study this phenomenon. We performed 200 random individual argon impacts on the nanowire and present the average over all simulation runs. The results obtained show that the highest amounts of defects are produced at the irradiation energy of 10 keV. The defects also appear to be predominantly in the shell region of the nanowire regardless of incident ion energies.