Sami Franssila: Aine. Materiaalitieteen perusteet (2025). 469 s.
Aalto-yliopiston professori Sami Franssilan tuore materiaalitieteen oppikirja on tapaus, josta on hyvät syyt kertoa MAL-lehdessä. Haastattelin Franssilaa teoksen tiimoilta.
Aine kuulostaa oppikirjan nimeksi melko kunnianhimoiselta, mutta kirjaa selatessa vaikuttaa siltä, että ”materiaalia” voi tosiaan olla jotakuinkin aine kuin aine, jos sitä tarkastellaan reaalisen tai potentiaalisen materiaalin roolissa: puhtaista alkuaineista kompleksisen rakenteen omaaviin luonnontuotteisiin ja edelleen teollisesti tai laboratorioissa valmistettuihin materiaaleihin. Franssila kertoi tämän olevan ensimmäinen suomenkielinen oppikirja, joka kattaa kaikki materiaalityypit: metallit, keraamit, polymeerit ja komposiitit.
Perinteisestä tämän alan peruskurssisisällöstä kirjan erottaa mm. nanomateriaalien mukanaolo. Sami Franssilan oma tutkimusalue onkin mikrovalmistus, jonka kohteita ovat puolijohdekomponenttien ja nanoteknisten ratkaisujen toteuttaminen. Hänen kirjastaan Introduction to Microfabrication (Wiley, 2010) on tullut kansainvälisesti laajalti käytetty perusteos.
Materiaalitieteen peruskurssia luennoidaan ensimmäisen vuoden teekkareille kolmessa Aalto-yliopiston korkeakoulussa, ja sen suorittaa noin vuosittain noin 600 opiskelijaa. Franssilan professuuri on Kemian tekniikan korkeakoulussa, jossa kemian ja materiaalitieteen kandipääaineesta valmistuu vuosittain noin 80 opiskelijaa.
Koska kirja on tarkoitettu ensimmäisen vuoden opiskelijoille, se on luettavissa lukion pohjatiedoilla. Franssila kertoi, että joissakin peruskurssilla aiemmin käytetyissä oppimateriaaleissa saatettiin tehdä yllättäviä syväsukelluksia joihinkin yksittäisiin kysymyksiin kuten erilaisten teräksien hyvinkin konstikkaiksi osoittautuviin ominaisuuksiin. Aineen esitystapa on sen sijaan tasalaatuista, ja lukijaystävällisyyteen ja kuvitukseen on panostettu kauttaaltaan.
Tekoälyä Franssila on käyttänyt sparraajana: vaikeina koettuja kohtia tekoäly on koelukenut ja kommentoinut, ja se on kysynyt muun muassa onko käsite varmasti opiskelijoille tuttu, ja saattanut ehdottaa, että se kannattaisi vielä selityksen alussa kerrata.
Kirjan lukurakenne on ohessa esitetty erillisessä laatikossa. Johdattelun jälkeen käsitellään materiaalien rakenteita eri tasoilla –materiaalin havaittava luonne perustuu viime kädessä alkeishiukkasten vuorovaikutuksiin ja kemiallisiin sidoksiin kuten kaikki muukin tässä maailmassa, mutta näiden mittakaavojen välissä myös monenlaisiin kide- ja mikrorakenteisiin. Tämän jälkeen tarkastellaan materiaalien ominaisuuksia eriteltyinä mekaanisiin, termisiin, sähköisiin, optisiin ja magneettisiin.
Seuraavaksi käsitellään omissa luvuissaan alussa mainitut materiaalien päätyypit ja sitten niiden erilaiset valmistus- ja käsittelytavat – takominen, ruiskuvalu, puristus, sintraus, hitsaus, liimaus ja niin edelleen. Nanomateriaaleista on vielä oma lukunsa. Loppupään luvuissa materiaaleja tarkastellaan elävien olentojen, ihmisen ja yhteiskunnan näkökulmista, mukaan lukien ekologinen kestävyys ja kierrätettävyys.
Meikäläisen maallikon, mutta varmasti myös opiskelijoiden ja eri spesialiteettien ammattilaistenkin näkökulmasta erityisen hauskaa kirjassa on vielä arkielämän esimerkkien lukuisuus. Miksi kristalli syöpyy tiskikoneessa? Mitä on silkki, ja miksi se on erinomainen materiaali? Hämähäkkien seitit kuuluvat muuten silkkeihin. Mitä tiedetään Finlandia-talon käyristyneistä ja tällä kolmannella kerralla toivon mukaan vähemmän käyristyvistä marmoreista? Millainen materiaali on huopa? Mistä tulee uuden auton haju? Tällaista asiaa on kirjassa höysteenä mukavasti siellä täällä, ja nämä on myös otettu mukaan laajaan asiahakemistoon, josta löytyvät niin autonrenkaat kuin simpukoiden liiman salaisuudet. Toisaalta Franssilan teos eroaa selvästi myös populaaritieteellisestä kirjallisuudesta: tieto on aina täsmällistä, ja tyypillisellä aukeamalla on tekstin ja kuvien lisäksi kaavoja ja taulukoita. Suosittelen kirjaa kaikille, jotka kuvailuni teki uteliaiksi. •
Aine. Materiaalitieteen perusteet
1. Materiaalien jaottelua
2. Materiaalitieteen mittakaavat
3. Sidos
4. Kiderakenne
5. Mikrorakenne
6. Mekaaniset ominaisuudet
7. Termiset ominaisuudet
8. Sähköiset ominaisuudet
9. Optiset ominaisuudet
10. Magneettiset ominaisuudet
11. Metallit
12. Keraamit ja lasit
13. Polymeerit
14. Komposiitit
15. Biopohjaiset materiaalit
16. Pinnat ja pinnoitteet
17. Lämpökäsittelyt
18. Materiaalien prosessointi
19. Materiaalit kontaktissa
20. Suorituskyky
21. Materiaalien biovuorovaikutukset
22. Nanomateriaalit
23. Aistimuksia
24. Materiaalit ja kestävä kehitys
Ilkka Norros