Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
Item Open Access Mελέτη και χαρακτηρισμός πολυμερικών υλικών υψηλής αντοχής(2024-08-29) Ρούφας, Στυλιανός; Roufas, StylianosΗ ανάπτυξη και η χρήση των θωράκων προστασίας στον στρατιωτικό τομέα αποτελεί ένα σημαντικό αντικείμενο έρευνας και τεχνολογικής προόδου. Οι συμβατικοί θώρακες προστασίας αμυντικού εξοπλισμού είναι σχεδιασμένοι να απορροφούν και να διαχέουν την ενέργεια από επιθέσεις, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο τραυματισμού των ατόμων που τους φοράνε. Αυτοί κυρίως κατασκευάζονται από υλικά υψηλής αντοχής, όπως Kevlar, κεραμικά και πολυαιθυλένιο υψηλού μοριακού βάρους (UHMWPE), τα οποία προσφέρουν διαφορετικά επίπεδα προστασίας ανάλογα με την απειλή. Τα μη εύκαμπτα πάνελ (hard panels) είναι σχεδιασμένα να αντιμετωπίζουν βλήματα υψηλής ταχύτητας, ενώ τα εύκαμπτα πάνελ (soft panels) είναι αποτελεσματικά έναντι μικρότερου διαμετρήματος βλήματα και επιθέσεων με μαχαίρι. Μία από τις κύριες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα πάνελ προστασίας σ’ αυτές τις εφαρμογές είναι η επίτευξη ενός ισορροπημένου συνδυασμού μεταξύ βάρους και επιπέδου προστασίας. Τα υλικά που προσφέρουν υψηλή αντοχή και προστασία συχνά είναι βαριά, κάτι που μπορεί να περιορίσει την κινητικότητα και την άνεση των ατόμων που τα φοράνε, όταν κι αν τα φορέσουν λόγω του βάρους των. Στην παρούσα μελέτη παρέχεται μια εις βάθος ανάλυση χαρακτηρισμού καινοτόμων τροποποιημένων πάνελ προστασίας που βασίζονται στο Kevlar και το Tensylon και έχουν ως στόχο τη βελτιστοποίηση της σχέσης βάρους/αποτελεσματικότητας των πάνελ προστασίας. Τεχνικές όπως η φασματοσκοπία Raman, η περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) και η φασματοσκοπία υπερύθρου (ATR-FTIR) χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των τροποποιήσεων των πάνελ. Παράλληλα, κύριο μέρος της παρούσας μελέτης αποτελεί και η αξιολόγηση των ιδιοτήτων των καινοτόμων αυτών πάνελ προστασίας έναντι βαλλιστικών δοκιμών και δοκιμών με μαχαίρι. Στο πλαίσιο της μελέτης αυτής μελετήθηκαν διαφορετικά πάνελ προστασίας (εύκαμπτα και μη-εύκαμπτα) και αξιολογήθηκε η συμπεριφορά τους από το συνδυασμό των μεθόδων της πολωμένης φασματοσκοπίας Raman σε μοριακή κλίμακα και περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) στα διαφορετικά στρώματα. Σημειώνεται ότι ένα πάνελ προστασίας εμπεριέχει έναν αριθμό στρωμάτων, πολλές φορές κοντά στα 30. Στόχος της χρήσης αυτών των τεχνικών ήταν η κατανόηση μεταβολών στη μοριακή δομή. Η μεθοδολογία για την μελέτη αυτή βασίστηκε σε πρότερη γνώση της ερευνητικής ομάδας του ΙΤE/IΕΧΜΗ, του Εργαστηρίου Εφηρμοσμένης Μοριακής Φασματοσκοπίας, και στοχεύουν στη μελέτη τόσο απομονωμένων ινών (μέσω φασματοσκοπίας μRaman), όσο και πλήθους αυτών (μέσω περίθλασης ακτίνων-Χ). Αυτή η έρευνα στοχεύει στην αξιολόγηση καινοτόμων πάνελ προστασίας σε μοριακό επίπεδο, μετά από βαλλιστικά τεστ και τεστ με αιχμηρό αντικείμενο, με στόχο την ανατροφοδότηση για την κατάλληλη ανασχεδίαση και ανάπτυξη προηγμένων προστατευτικών πάνελ που πληρούν τα υψηλότερα πρότυπα ασφάλειας και απόδοσης, προσαρμοσμένα σε συγκεκριμένες χρήσεις, εξασφαλίζοντας αξιοπιστία υπό διαφορετικές συνθήκες. Με τον τρόπο αυτό μπορούν να δημιουργηθούν οι βάσεις για περαιτέρω βελτιωμένη προσαρμογή των τροποποιήσεων, συμβάλλοντας στην πρόοδο των τεχνολογιών θωράκων προστασίας επόμενης γενιάς.Item Embargo Study of damping behaviour of graphene based nano-composite materials(2024-07-11) Τσουλβατζή, Γεωργία Παρασκευή; Tsouvaltzi, Georgia ParaskeviVibration reduction is essential for many aspects of life. Structures, machines, and objects due to vibrations can succumb to defects or even complete destruction. These defects can be catastrophic when occurred while operating and can cause losses, even in human lives. To overcome that issue, scientists turn their research on damping materials. Elastomers can be extremely good damping agents but have weak mechanical properties and are used in some composite compositions but usually the enhancement is only in one or two dimensions of the material. In order to have a more isotropic effect, research has turned towards stronger polymers, like epoxy resin, with mediocre damping properties which can be however enhanced by incorporating nano-inclusions. This is a promising field of study that already has shown some good results in carbon nanotubes composites, so this study has turned to other carbon-based inclusions. Specifically epoxy composites were fabricated with the inclusion of graphene nanoplatelets (GNPs) and expanded graphite (EG) with three different mixing methods (sonication, three-roll-milling and shear mixing) and a broad inclusion concentration. The composites that were fabricated were mechanically tested with an MTS machine in a three-point-bending configuration. Then to test their damping properties the specimens were tested in a free oscillation arrangement and then for the materials with the better damping ratios also forced oscillation was tested with the use of a DMA machine. In essence, this study suggests that minimizing agglomerations, maintaining good flake aspect ratios, and maximizing strength without risking failure are the key for good results. Among the inclusion types tested, graphene nanoplatelets (GNP) yielded the most promising results. The epoxy composite containing 0.125% w/w GNP, produced via the three-roll milling method with an 80 μm final roll distance, exhibited significant improvements. This material demonstrated a 56.4% increase in damping ratio, along with enhanced flexural strength (9.3%) and flexural modulus (24%), while maintaining a similar strain at break compared to clear epoxy.Item Open Access Recycling GFRP composite materials using environmentally friendly solvolysis and thermolysis : mechanical characterization of the recycled reinforcements(2024-06-17) Rahnama Hezaveh, Mohammadhassan; Ραχναμά Χεζάβα, ΜοχαμαντχασάνGlass fiber reinforced polymer (GFRP) and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites find extensive application in industries, including aerospace, automotive and sports due to their superior strength-to-weight ratio, resistance to corrosion and various other advantageous characteristics. Nonetheless, managing these composite material wastes generated during production or end-of-life presents substantial environmental as well as economic hurdles since these materials are challenging to recycle given the robust bonding between the fibers and polymer matrix. The conventional approaches for recycling such as mechanical and thermal methods are restricted by their effectiveness and ecological consequences. Grinding GFRP and CFRP waste in mechanical recycling may result in small particle formation that can damage the fibers, diminishing their mechanics. In contrast, high-temperature heating involved in thermal treatment can discharge noxious gases and deplete significant energy resources. Therefore, chemical recycling solvolysis has emerged as a viable alternative with improved efficiency levels while minimizing any detrimental impact on the environment to recycle GFRP/CFRP materials effectively. The method entails the utilization of Hydrogen Peroxide (H2O2) as solvent to selectively react with the polymer matrix of the reinforced polymer (RP) composite waste, resulting in its decomposition into liquid and gaseous products. Notably, this approach ensures that glass/carbon fibers remain undamaged and can be reused for manufacturing new composite materials. The benefits associated with utilizing Hydrogen Peroxide (H2O2) in solvolysis and thermolysis include a high yield of glass/carbon fibers, low energy consumption levels, low costs, as well as minimal generation of toxic byproducts. Additionally, the process is amenable to continuous and scalable operations making it viable for use in industrial settings. Recent research has highlighted the potential of utilizing Hydrogen Peroxide (H2O2) in solvolysis and thermolysis as a means of recycling GFRP/CFRP. However, it is necessary to conduct additional studies in order to optimize the process parameters and assess the mechanical properties of the recycled fibers. Ultimately, through reducing waste and promoting resource reuse in various industries, this technique holds promise for contributing towards achieving circular economy objectives.Item Open Access Επίδραση του ποσοστού της ενίσχυσης, στην υποβάθμιση της θερμικής και βισκοελαστικής συμπεριφοράς κοκκωδών συνθέτων υλικών Epoxy-Al που υπόκεινται σε θερμική κόπωση(2024-06-28) Τσάκωνα, Αλεξάνδρα; Tsakona, AlexandraΣκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης του ποσοστού της ενίσχυσης στην υποβάθμιση της θερμικής και βισκοελαστικής συμπεριφοράς κοκκωδών συνθέτων υλικών Epoxy-Al που υπόκεινται σε θερμική κόπωση. Τα σύνθετα υλικά που κατασκευάστηκαν μελετήθηκαν πειραματικά και τα αποτελέσματα αναλύθηκαν και εν συνεχεία προβλέφθηκαν με κατάλληλο θεωρητικό μοντέλο. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η κατασκευή των σύνθετων υλικών σε διαφορετικές κατ’ όγκο περιεκτικότητες σε κόκκους αλουμινίου. Από τον θερμικό χαρακτηρισμό των δοκιμίων με χρήση της τεχνικής DSC μελετήθηκε η επίδραση τόσο της περιεκτικότητας σε κόκκους όσο και του αριθμού των κύκλων θερμικής διέγερσης στην τελική θερμική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών που κατασκευάστηκαν. Τέλος, για την πρόβλεψη της μεταβολής της Tg των συνθέτων τόσο με την κ.ο. περιεκτικότητα σε κόκκους όσο και με τους κύκλους θερμικής διέγερσης, εφαρμόσαμε το μοντέλο PPM (Property Prediction Model). Η σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τις αντίστοιχες θεωρητικές προβλέψεις έδειξε ότι το θεωρητικό μοντέλο που εφαρμόσαμε έδωσε πολύ καλές προβλέψειςItem Open Access Ανάπτυξη pH/θερμο-ευαίσθητων σύνθετων συστημάτων πηκτώματος αλγινικού με πολυμερικά μικκύλια(2024-05-23) Ηλιοπούλου, Αμαλία; Iliopoulou, AmaliaΤα τελευταία χρόνια, η επιστήμη έχει επικεντρωθεί όλο και περισσότερο, σε υδροπηκτώματα που προέρχονται από φυσικά πολυμερή, που παρουσιάζουν ορισμένες ιδιότητες, παρόμοιες με αυτές των συστατικών που εμφανίζονται στο εξωκυττάριο περιβάλλον του ανθρώπινου οργανισμού. Τα υλικά αυτά, έχουν, σπουδαία εφαρμογή σε ποικίλες φαρμακευτικές, ιατρικές, βιολογικές εφαρμογές, καθώς εμφανίζουν τις ιδιότητες που χαρακτηρίζουν ένα βιοϋλικό. Δηλαδή, σαν φυσικής προέλευσης υλικά, δεν εμφανίζουν τοξικότητα, είναι βιοαποικοδομήσιμα και βιοσυμβατά, γεγονός που τα καθιστά υποψήφια συστήματα για την μεταφορά και την ελεγχόμενη χορήγηση φαρμάκων στον ανθρώπινο οργανισμό. Σπουδαίο ενδιαφέρον, επίσης, εμφανίζουν τα υδροπηκτώματα που ανταποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα, γνωστά και ως «έξυπνα» υλικά, τα οποία παρουσιάζουν αναστρέψιμες αλλαγές στις φυσικοχημικές ιδιότητες τους ή στα δομικά τους χαρακτηριστικά, όταν δεχτούν κάποιο εξωτερικό ερέθισμα, όπως είναι η θερμοκρασία, το pH, η ιοντική ισχύς, το φως κ.α. Τα υλικά αυτά, μπορεί να προέρχονται τόσο από συνθετικούς, όσο και από φυσικούς πόρους (π.χ. πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες). Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα υδροπηκτώματα από παράγωγα του αλγινικού οξέος, ενός φυσικού πολυσακχαρίτη, όπου αρκετές έρευνες έχουν ασχοληθεί με την αποκρισιμότητα τους, όταν τους ασκηθεί κάποιο εξωτερικό ερέθισμα, προκειμένου να μελετήσουν τις ιδιότητες τους, που θα τα καθιστούν ιδανικά υλικά για ποικίλες βιοϊατρικές εφαρμογές. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, σκοπός ήταν η μελέτη ενός συστήματος πηκτώματος/μικκυλίων ως προς την καταλληλόλητα του (π.χ. ιξωδοελαστικότητα, ενεσιμότητα, ελεγχόμενη αποδέσμευση φαρμάκων) για βιοϊατρικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε ένα «έξυπνο» σύνθετο ενέσιμο υδροπήκτωματα, το οποίο αποτελούταν από ένα διπλά εμβολιασμένο συμπολυμερές, τύπου κτένας, με κεντρικό σκελετό το αλγινικό νάτριο (NaAlg), στο οποίο ήταν εμβολιασμένα δυο διαφορετικά είδη πλευρικών αλυσίδων και συγκεκριμένα το ομοπολυμερές πολυ(Ν-ισοπροπυλακρυλαμίδιο) (PNIPAM) και το τυχαίο συμπολυμερές πολυ [(N-ισοπροπυλακρυλαμίδιο)-co-(N-tert-βουτυλοακρυλαμίδιο)] P(NIPAM-co-NtBAM)), τα οποία εμφάνιζαν διαφορετική LCST (χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος), σε συνδυασμό με ένα δι-συσταδικό συμπολυμερές πολυ(2-βυνιλοπυριδίνη)-b-πολυ(αιθυλενοξείδιο) (P2VP-b-PEO), το οποίο εμφάνιζε pH αποκρισιμότητα, σχηματίζοντας πολυμερικά μικκύλια σε κατάλληλες συνθήκες pH. Το διπλά αυτό, εμβολιασμένο συμπολυμερές, λόγω των θερμοευαίσθητων πλευρικών του αλυσίδων, είχε την ικανότητα να αυτο-οργανώνεται σε υδροπήκτωμα, καθώς μετέβαινε από την κατάσταση sol στην gel, πάνω από μια κρίσιμη θερμοκρασία, η οποία ονομάζεται «θερμοκρασία σχηματισμού υδροπηκτώματος» (Tgel). Επίσης, εμφάνιζε pH-ευαισθησία, αφού σε όξινο περιβάλλον παρουσίαζε μια σημαντική αύξηση της ελαστικότητας του, η οποία ήταν πιο έντονη σε θερμοκρασίες πιο χαμηλές από την θερμοκρασία σχηματισμού υδροπηκτώματος (Tgel), γεγονός όπου η sol-gel μετάβαση, μετατράπηκε σε soft gel (μαλακό) – strong gel (ισχυρό), λόγω της ύπαρξης δευτερογενών φυσικών διασυνδέσεων. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκε ότι δημιουργήθηκαν διαμοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων PNIPAM με τον μη φορτισμένο αλγινικό σκελετό, πιθανότητα λόγω της δημιουργίας δεσμών υδρογόνου, συμπέρασμα που προέκυψε εξαιτίας της μετατόπισης της θερμοκρασίας θερμο-πάχυνσης (thermothickening) σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, ακολουθούμενη από διεύρυνση της ζώνης μετάβασης. Τα παραπάνω αποτελέσματα σε συνδυασμό με την ρεολογική συμπεριφορά (ρεολέπτυνση/shear-thinning) του μαλακού gel (soft gel) σε χαμηλές θερμοκρασίες, δίνει την δυνατότητα έγχυσης του υδροπηκτώματος, καθιστώντας το πιθανό υποψήφιο σύστημα για ποικίλες βιοϊατρικές εφαρμογές. Τελειώνοντας, το σύνθετο αυτό υδροπήκτωμα εμβολιασμένου συμπολυμερούς/ νανοσωματιδίων, μελετήθηκε σε διαφορετικά pH, ως προς την ικανότητα του να χρησιμοποιηθεί ως σύστημα για ελεγχόμενη χορήγηση και μεταφορά φαρμάκων.Item Open Access Production and characterization of nano composite laminates based on PC and reduced graphene oxide by marangoni technique(2024) Naderi, Hossein; Ναντερί, ΧοσεΐνDue to its remarkable mechanical, electrical, and thermal properties, graphene is an exceptional candidate for strengthening lightweight composite materials. Until now, the primary use of graphene has been in the form of discontinuous flakes such as Graphene Nanoplatelets (GNPs); however, the downside of these types of conventional composites is the inefficient stress transfer between the graphene filler and the matrix which results in lower mechanical properties than as expected. In this master’s thesis, another approach to composite production is proposed by the cooperation of self-assembled GNPs in polymer thin films. Applying Self-assembled GNPs in a fish scale morphological continuous arrangement in this method allows bridging of discontinuous flakes offering them higher conductivity, mechanical strength, and ease of integration compared to randomly dispersed GNP nanoparticles, making them ideal for various applications requiring superior performance and durability. The new method is described as the production of self-assembled GNPs/polymer nanolaminates based on rGO ultra-thin film produced through the Marangoni technique and ultra-film polymer films which are considered as the nanolaminate building blocks. By fabricating thin polymer films, it is possible to have nanolaminates with different graphene volume fractions having outstanding mechanical, electrical, and thermal properties compared with the GNP composites and other functionalities such as the Joule heating effect which surpasses the conventional graphene composites. Marangoni rGO/PC nanolaminates were fabricated with the number of layers of 2 to 11 and graphene volume fraction ranging from zero to 2.5%. The results from uniaxial tensile tests have illustrated the considerable enhancement in both Young’s modulus (with an effective modulus 31.0 GPa) and strength increasing rate (up to 9.24 MPa/%), demonstrating a successful reinforcement achieved through incorporating graphene into this nanolaminate structure with multiple layers. In addition, the Marangoni rGO/PC nanolaminates exhibited excellent electrical thermal conductivity compared to randomly dispersed composites. It has been observed that the inplane electrical conductivity of the material rises as graphene content increases. Specifically, having a 2.5% graphene volume fraction, the conductivity reaches up to 19.08 S/m. Furthermore, the nanolaminate shows great functionality regarding the Joule effect; an outstanding thermal power coefficient has been observed for this material.Item Open Access Σύνθετα υλικά φιλικής προς το περιβάλλον εποξειδικής ρητίνης/σωματιδίων οξειδίου του ψευδαργύρου : ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και λειτουργική συμπεριφορά(2024-02-19) Γεωργοπούλου, Βασιλική; Georgopoulou, VasilikiΤα σύνθετα υλικά απαρτίζονται από δυο ή και περισσότερα υλικά συνδεδεμένα μακροσκοπικά μεταξύ τους, έτσι ώστε να προκύπτει ένα πολυφασικό σύστημα με φυσικές ιδιότητες διαφορετικές και καλύτερες από αυτές των αρχικών υλικών. Τα επιμέρους υλικά είναι μη διαλυτά το ένα στο άλλο και μπορούν να αναμιχθούν μεταξύ τους με ελεγχόμενο τρόπο και με καθορισμένες αναλογίες, ενώ είναι και μηχανικά διαχωρίσιμα. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από δυο φάσεις, τη μητρική και την ενισχυτική. Η μήτρα περικλείει τα εγκλείσματα και αποτελεί τη φάση του συστήματος, η οποία δίνει στο σύνθετο την εξωτερική του μορφή. Ο ρόλος της είναι να μεταφέρει τις μηχανικές τάσεις μέσα στο σύνθετο υλικό, να τις κατανέμει ομοιόμορφα ανάμεσα στα εγκλείσματα αλλά και να τα προστατεύει από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα διάφορα εγκλείσματα αποτελούν την ενισχυτική φάση του σύνθετου συστήματος και ποικίλουν σε μέγεθος, γεωμετρία και σύσταση. Στην παρούσα εργασία ως ενισχυτική φάση χρησιμοποιήθηκε το ZnO. Το ZnO είναι ένας ημιαγωγός ευρέως χάσματος με μια μη κεντρική συμμετρική δομή κρυστάλλου Βουρτσίτη (Wurtzite) εξαγωνικού πλέγματος Bravais. Ως προπολυμερές (μήτρα) για την παρασκευή των δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκε ρητίνη φιλική προς το περιβάλλον. Η συγκεκριμένη ρητίνη είναι ένα πολυμερές το οποίο έχει φυτική προέλευση, είναι βιοαποικοδομήσιμο και έχει παραχθεί μέσω ενώσεων οι οποίες περιέχουν φυτικά έλαια, λιγνίνη, τανίνες, ζάχαρη, με σκοπό της αντικατάσταση της δισφαινόλης-Α (BPA), μιας αρκετά επιβλαβής ουσίας που βρίσκεται στα πλαστικά. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός υλικών καθαρής ρητίνης και σύνθετων συστημάτων ρητίνης/κεραμικού ZnO σε διάφορες συγκεντρώσεις, από 1 phr έως 15 phr. Για τον ηλεκτρικό χαρακτηρισμό των σύνθετων αυτών, εφαρμόστηκε η τεχνική της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (BDS-Broadband Dielectric Spectroscopy) στην περιοχή συχνοτήτων από 0.1 Hz έως 1 ΜHz, με χρήση της γέφυρας εναλλασσόμενου Alpha-N της εταιρίας Novocontrol. Τα δείγματα μελετήθηκαν σε θερμοκρασίες από 30 ºC έως 160 ºC. Η ανάλυση των δοκιμίων συνεχίζεται με την τεχνική DMA (Dynamic Mechanical Analysis) , όπου μέσω αυτής προσδιορίζονται τα θερμομηχανικά χαρακτηριστικά των επιμέρους συστημάτων καθώς και της καθαρής «πράσινης» ρητίνης. Μέσω αυτής της τεχνικής περιγράφονται οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες των υλικών ως συναρτήσεις της ημιτονοειδούς συχνότητας, της δύναμης που ασκείται, και της θερμοκρασίας. Προσδιορίζονται τα εξής μεγέθη: μέτρο αποθήκευσης, μέτρο απωλειών και tanδ. Τέλος, παρουσιάζονται τα στατικά χαρακτηριστικά των δοκιμίων που προσδιορίστηκαν μέσω της τεχνικής εφελκυσμού. Η δοκιμή του εφελκυσμού είναι μια από τις σημαντικότερες μηχανολογικές διαδικασίες. Μέσω αυτής, μελετήσαμε χαρακτηριστικές σταθερές του εξεταζόμενων δοκιμίων, όπως είναι το μέτρο ελαστικότητας, η τάση θραύσης, το όριο διαρροής και η δυσθραυστότητα.Item Open Access Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και λειτουργικότητα νανοσύνθετων "πράσινης" εποξειδικής ρητίνης / νανοσωματιδίων ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3)(2024-02-21) Δούκας, Ανδρέας; Doukas, AndreasΑπό την πρώτη τους κιόλας εμφάνιση, τα σύνθετα υλικά παραμένουν στο επίκεντρο της επιστημονικής κοινότητας. Τα τελευταία χρόνια, το περιβαλλοντικό ζήτημα που σχετίζεται με τα πολυμερή υλικά έχει απασχολήσει σημαντικά την σύγχρονη κοινωνία. Έτσι, ένας από τους βασικούς στόχους των επιστημόνων αποτελεί η έρευνα και ανάπτυξη νέων, φιλικών προς το περιβάλλον υλικών, με πολλές έρευνες να επικεντρώνονται στον τομέα των σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από δύο ή περισσότερα διαφορετικά υλικά και σχεδιάζονται με απώτερο στόχο τις ανώτερες ιδιότητες από εκείνες των επιμέρους υλικών. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής διατριβής είναι η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός νανοσύνθετων υλικών με “πράσινη” εποξειδική ρητίνη ως μήτρα και νανοσωματίδια ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3), σε διάφορες περιεκτικότητες, ως ενισχυτική φάση. Για τον χαρακτηρισμό των νανοσύνθετων υλικών, χρησιμοποιήθηκε πληθώρα πειραματικών τεχνικών, μεταξύ των οποίων η διηλεκτρική φασματοσκοπία ευρέως φάσματος (BDS – Broadband Dielectric Spectroscopy), η δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA – Dynamic Mechanical Anlysis) και οι στατικές δοκιμές μονοαξονικού εφελκυσμού. Αρχικά, παρουσιάζεται το θεωρητικό μέρος της διατριβής, όπου παρουσιάζονται και αναλύονται βασικές έννοιες και ζητήματα που σχετίζονται με τα σύνθετα υλικά. Γίνεται εισαγωγή στην θεωρία των διηλεκτρικών υλικών, ενώ, στην συνέχεια επισημαίνονται οι συμπεριφορές των σύνθετων υλικών, η διηλεκτρική, η θερμομηχανική και η λειτουργική συμπεριφορά τους. Έπειτα, στο πειραματικό μέρος της παρούσας διατριβής, παρέχονται λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την διαδικασία παρασκευής των νανοσύνθετων δειγμάτων. Επιπλέον, διακρίνονται οι τεχνικές χαρακτηρισμού και αναλύονται τα δεδομένα που παρέχονται από αυτές. Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των νανοσύνθετων υλικών μελετήθηκαν μέσω της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (BDS) στο εύρος συχνοτήτων 10^(-1) – 10^6 Hz, και στην περιοχή θερμοκρασιών από 30 οC έως 160 οC. Η δε θερμομηχανική συμπεριφορά εξετάστηκε μέσω της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA – Dynamic Mechanical Analysis) με την μέθοδο της κάμψης τριών σημείων, στο εύρος θερμοκρασιών από 25 οC έως 120 οC. Περαιτέρω ανάλυση της μηχανικής συμπεριφοράς, επιτυγχάνεται με τις στατικές δοκιμές μονοαξονικού εφελκυσμού στην διάταξη Instron 5582, σε θερμοκρασία δωματίου και σε ρυθμό παραμόρφωσης 5 mm/min. Βέβαια, τα τελικά διαγράμματα είναι πλούσια σε διεργασίες και σημαντικά αποτελέσματα εξήχθησαν. Η διηλεκτρική φασματοσκοπία φανερώνει διεργασίες χαλάρωσης, όπως η α-χαλάρωση (υαλώδης μετάπτωση) και η β-χαλάρωση (επαναδιευθέτηση των πλευρικών πολικών ομάδων) που αφορούν την πολυμερική μήτρα, και το φαινόμενο της διεπιφανειακής πόλωσης (IP) που αφορά τα νανοεγκλείσματα. Η λειτουργική συμπεριφορά των δοκιμίων εξετάζεται στη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας, μέσω του φορμαλισμού της πυκνότητας ενέργειας, όπου επιβεβαιώνεται ότι η αύξηση της ενισχυτικής φάσης σε CaCO3, αυξάνει σημαντικά την ικανότητα του συστήματος να αποθηκεύει ενέργεια. Τέλος, ο θερμομηχανικός και μηχανικός χαρακτηρισμός των δοκιμίων αποκαλύπτει και επιβεβαιώνει την ύπαρξη της α-χαλάρωσης, και παρουσιάζει την συμπεριφορά μηχανικών μεγεθών όπως το μέτρο αποθήκευσης (E΄), το μέτρο ελαστικότητας (Young Modulus), το όριο διαρροής (σ_y) και την μέγιστη τάση (σ_max).Item Open Access Μελέτη της επίδρασης προσανατολισμού επίστρωσης και θερμοκρασίας έγχυσης στη δυναμική συμπεριφορά πλακών πολυγαλακτικού οξεος εκτυπωμένων με 3D- εκτυπωτή(2024-02-20) Γεωργαλή-Φίκελ, Αλιόνα; Georgali-Fickel, AlionaΤο πολυγαλακτικό οξύ ή πολυλακτίδιο (PLA) είναι ένας βιοδιασπόμενος και βιοδραστικός θερμοπλαστικός αλειφατικός πολυεστέρας που προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές, όπως το άμυλο καλαμποκιού. Το PLA χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές ταχείας προτυποποίησης και προσθετικής κατασκευής. Στην προτεινόμενη εργασία θα πραγματοποιηθεί μελέτη κατασκευαστικών παραμέτρων που επηρεάζουν τη μηχανική συμπεριφορά προϊόντων από PLA τα οποία μορφοποιούνται με χρήση της τεχνικής της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Συγκεκριμένα, θα επιχειρηθεί η μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας έγχυσης του ακροφυσίου του τρισδιάστατου εκτυπωτή στις τιμές των δυναμικών μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού κατά την εναπόθεση του σε αλλεπάλληλες στρώσεις στην κλίνη του τρισδιάστατου εκτυπωτή. Επίσης, θα πραγματοποιηθεί μελέτη της επίδρασης του προσανατολισμού της εκτύπωσης στις δυναμικές μηχανικές ιδιότητες του υλικού. Η κατασκευή των προτύπων δοκιμίων θα πραγματοποιηθεί με τρισδιάστατο εκτυπωτή τύπου ελεγχόμενης εναπόθεσης τήγματος νημάτων υλικού (Fused Filament Fabrication). Από την παρούσα μελέτη αναμένεται η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων σχετικά με την επίδραση της θερμοκρασίας του ακροφυσίου καθώς και του προσανατολισμού επίστρωσης στις τιμές της Tg και του μέτρου αποθήκευσης Ε’ όπως αυτές προκύπτουν από πειράματα DMA (Dynamic Mechanical Analysis).Item Open Access Επίδραση της περιεκτικότητας σε κόκκους αλουμινίου στην υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων κοκκωδών συνθέτων υλικών Epoxy-Al που υπόκεινται σε θερμική κόπωση(2024-02-15) Τζαφέρη, Γαρυφαλλιά; Tzaferi, GaryfalliaΣκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της περιεκτικότητας σε κόκκους καθώς και του αριθμού των κύκλων φόρτισης στη μηχανική συμπεριφορά σύνθετων υλικών εποξειδικής ρητίνης ενισχυμένων με σωματίδια αλουμινίου που υπόκεινται σε θερμική κόπωση. Αρχικά, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές των σύνθετων υλικών και η θεωρία της θερμικής κόπωσης, καθώς και της κάμψης. Στη συνέχεια, παρατίθεται ο τρόπος κατασκευής των σύνθετων υλικών σε διάφορες περιεκτικότητες σε κόκκους αλουμινίου. Τα δοκίμια αυτά υποβλήθηκαν σε θερμικούς κύκλους φόρτισης. Για τον μηχανικό τους χαρακτηρισμό πραγματοποιήθηκαν πειράματα κάμψης τριών σημείων, από τα αποτελέσματα των οποίων προέκυψαν συμπεράσματα της μηχανικής συμπεριφοράς των υλικών αυτών συναρτήσει της περιεκτικότητας σε κόκκους καθώς και των κύκλων φόρτισης. Τέλος, εφαρμόστηκαν τα μοντέλα Residual Property Model (RPM) και Property Prediction Model (PPM), που έχουν αναπτυχθεί από τον καθηγητή κ. Γ. Παπανικολάου, ώστε να γίνει η σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τις αντίστοιχες προβλέψεις. Τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα περιγράφονται στο τελευταίο κεφάλαιο.Item Open Access Sedimentation of a spherical particle in an electrolyte viscoelastic solution(2023-10-19) Κουνή, Ελένη; Kouni, EleniWhen a charged particle translates through an electrolyte solution, the Electric Double Layer (EDL) around it deforms in response to the fluid motion and creates an electric force opposite to the direction of motion, decreasing the settling velocity. This is a multidisciplinary phenomenon that combines fluid mechanics and electrodynamics, differentiating it from the classical problem of an uncharged, sedimenting particle. It has many applications varying from mechanical to biomedical, such as in drug delivery in blood through charged microparticles. Related studies, so far, have focused on Newtonian fluids, but recent studies have proven that many biofluids, such as human blood plasma, have elastic properties. To this end, we perform a computational study of the steady sedimentation of a spherical, charged particle in human blood plasma due to centrifugal force. We use the Giesekus model to describe the rheological behavior of human blood plasma. Assuming axial symmetry, the governing equations include the momentum and mass balances, Poisson's equation for the electric field, and the species conservation. They are solved numerically using the finite element method. The finite size of the ions is considered through the LDA approach of Carnahan-Starling. We make a detailed parametric analysis, varying parameters such as the ζ potential, the size of the ions, and the centrifugal force exerted upon the particle. We observe that as the ζ potential increases, the settling velocity decreases due to a stronger electric force that slows down the particle. As a result, the stresses on the surface of the particle decrease. We also conduct a parametric analysis of the relaxation time of the material, to investigate what happens generally in viscoelastic electrolyte solutions and not only in human blood plasma. We conclude that elasticity plays a crucial role, and it should not be excluded from the study. Finally, we examine in which range of zeta potential and ratio of particle diameter to Debye length, the assumption of point-like ions gives different predictions from the Carnahan-Starling approach.Item Open Access Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και λειτουργική συμπεριφορά του σύνθετου υβριδικού συστήματος νανοσωματιδίων ζιρκονικού βαρίου/νανοσωλήνων άνθρακα/εποξειδικής ρητίνης(2023-06-28) Αναγνωστόπουλος, Γεώργιος; Anagnostopoulos, GeorgiosΤα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας που περιλαμβάνουν κεραμικά εγκλείσματα είναι μια ξεχωριστή κατηγορία υλικών που έχει ως αποτέλεσμα να μελετιούνται από την τεχνολογική και επιστημονική κοινότητα. Ως σύνθετο υλικό ορίζεται αυτό το οποίο αποτελείται από δύο ή περισσότερες διακριτές φάσεις. Οι διακριτές φάσεις είναι η μήτρα και η ενισχυτική φάση. Μάλιστα, μεταξύ αυτών των δύο φάσεων αναπτύσσεται και περιέχεται η διεπιφανειακή φάση όπου έχει τις ενδιάμεσες ιδιότητες από τις προηγούμενες φάσεις. Οι ιδιότητες των φάσεων συνδυάζονται που έχει ως αποτέλεσμα το τελικό υλικό να έχει διαφορετικές ιδιότητες από τις επερχόμενες φάσεις. Ακόμη, ορισμένα κεραμικά εγκλείσματα προσδίδουν λειτουργικές ιδιότητες στα σύνθετα υλικά. Επίσης, τα εγκλείσματα του άνθρακα συμβάλλουν στην αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των δοκιμίων. Σε αυτή την μεταπτυχιακή εργασία αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν σύνθετα υβριδικά συστήματα με παράμετρο την περιεκτικότητα των ενισχυτικών φάσεων. Ως μητρική φάση χρησιμοποιήθηκε η εποξειδική ρητίνη ενώ οι ενισχυτικές φάσεις που χρησιμοποιήθηκαν ήταν το ζιρκονικό βάριο (BaZrO3) και οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs). Τα περοβσκιτικά νανοεγκλείσματα ανάλογα με την κρυσταλλική τους δομή παρουσιάζουν διάφορες ιδιότητες όπως είναι ο πιεζοηλεκτρισμός. Τα CNTs αυξάνουν τα αγώγιμα ΄΄μονοπάτια΄΄ στο εσωτερικό της ατομικής δομής των δοκιμίων. Ωστόσο, η περιεκτικότητα των νανοεγκλεισμάτων χρειάζεται να είναι τέτοια ώστε να μην δημιουργούνται συσσωματώματα στο εσωτερικό της ατομικής δομής των δοκιμίων επειδή υπάρχει υποβάθμιση των ιδιοτήτων τους. Με την χρήση της Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος μελετήθηκε η ηλεκτρική συμπεριφορά των υβριδικών νανοσύνθετων υλικών. Αυτή μελετήθηκε με την ανίχνευση και την καταγραφή των αντίστοιχων διεργασιών χαλάρωσης. Ωστόσο, χρειάστηκε η εφαρμογή εναλλασσόμενου πεδίου και θερμοκρασίας μεγάλου εύρους. Η πολυμερική μήτρα εμφάνισε δύο διεργασίες χαλάρωσης. Η πρώτη διεργασία χαλάρωσης ήταν η α-χαλάρωση όπου σχετίζεται με την μετάπτωση της πολυμερικής μήτρας από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση. Η δεύτερη διεργασία χαλάρωσης ήταν η διεπιφανειακή πόλωση η οποία οφείλεται στην ύπαρξη πλαστικοποιητών και μονομερών. Ακόμη, αυτή η διεργασία χαλάρωσης παρατηρήθηκε και στα υβριδικά σύνθετα υλικά λόγω της ύπαρξης των νανοεγκλεισμάτων ζιρκονικού βαρίου και νανοσωλήνων άνθρακα. Ακόμη, με την προσθήκη των δύο ενισχυτικών φάσεων αυξάνεται η ηλεκτρική ετερογένεια που έχει ως αποτέλεσμα να εντείνεται και η διεπιφανειακή πόλωση των υλικών. Επίσης, σε αυτά παρατηρήθηκε η διεργασία της β-χαλάρωσης η οποία σχετίζεται με την επαναδιευθέτηση των πλευρικών πολικών ομάδων. Τέλος παρατηρήθηκαν κορυφές οι οποίες αντιστοιχούν στην μετάβαση του BaZrO3 από την αντισιδηροηλεκτρική στην σιδηροηλεκτρική φάση. Με την χρήση της Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης μελετήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων μέσω της εφαρμογής κυκλικής τάσης ή παραμόρφωσης με την ταυτόχρονη εφαρμογή θερμότητας στα δοκίμια. Αυτή η μέθοδος χαρακτηρισμού είναι μη καταστροφική. Μέσω αυτής μελετήθηκε η αναπτυσσόμενη διεπιφάνεια μεταξύ των φάσεων από την θερμοκρασία της υαλώδους μετάπτωσης Tg. Ακόμη, η Tg βρίσκεται από τα διαγράμματα της εφαπτομένης απωλειών (tanδ) καθώς περιέχει ως μέγεθος την αποθηκευμένη ενέργεια αλλά και την ενέργεια απωλειών. Η Tg βρίσκεται μέσο της κορυφής. Τέλος, μελετήθηκε και η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων και κατά πόσο επηρεαζόταν αυτή από την αύξηση της περιεκτικότητας των νανοεγκλεισμάτων. Μέσω της στατικής μηχανικής δοκιμής εφελκυσμού μελετήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων και υπολογίστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών μέσω των διαγραμμάτων της τάσης συναρτήσει επί της εκατό παραμόρφωσης των δοκιμίων. Τέλος, ήταν καταστροφική μέθοδος οπότε έγινε τελευταία. Αυτή η μεταπτυχιακή εργασία είχε ως σκοπό την μελέτη της αποθήκευσης ενέργειας από τα δοκίμια αλλά και την λειτουργική τους συμπεριφορά. Αυτή βασιζόταν στην παρουσία του BaZrO3 όπου μπορούσε μέσω της διαμόρφωσης της κρυσταλλικής του δομής να καθορίζει την πόλωσή του. Έτσι μπορούσε να συνεισφέρει στην συνολική πόλωση του υλικού.Item Open Access Υβριδικά νανοσύνθετα εποξειδικής ρητίνης, σωματιδίων χαλκού, νανοσωλήνων άνθρακα : ανάπτυξη, μελέτη και λειτουργική συμπεριφορά(2023-08-31) Μπόρα, Μαγδαληνή - Δήμητρα; Bora, Magdalini - DimitraΤα νανοσύνθετα υλικά έχουν προκαλέσει έντονο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια τόσο στην επιστημονική όσο και στην βιομηχανική κοινότητα, λόγω του ευρέως φάσματος των εφαρμογών τους. Μπορούν να συνδυάσουν την υψηλή διηλεκτρική αντοχή των πολυμερών καθώς και την υψηλή διηλεκτρική σταθερά των κεραμικών. Σύνθετο υλικό καλείται το υλικό που αποτελείται από τουλάχιστον δύο διακριτές φάσεις. Ο συνδυασμός των ιδιοτήτων των επιμέρους συστατικών δημιουργεί ένα υλικό με βελτιωμένες ιδιότητες.Η χρήση της εποξειδικής ρητίνης ως πολυμερική μήτρα λόγω των θερμομηχανικών ιδιοτήτων της, την προστασία από διάβρωση που προσφέρει κ.α είναι πλέον αρκετά διαδεδομένη. Η χρήση ενισχυτικών ινών προσδίδει βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες, καθώς και η ανάπτυξη υβριδικών σύνθετων υλικών με διαφορετικά εγκλείσματα μπορεί να προσδώσει διαφορετικά ευρήματα για τις ιδιότητες καθώς και την λειτουργικότητα τους. Στην παρούσα μεταπτυχική διατριβή έγινε η παρασκευή και μελέτη 9 δοκιμίων εποξειδικής ρητίνης με διαφορετικές περιεκτικότητες σε σωματίδια Cu (5 phr, 10 phr,20 phr ) και σωματίδια νανοσωλήνων άνθρακα (1 phr, 3 phr, 5 phr). Στη συνέχεια αυτά τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε διάφορες τεχνικές χαρακτηρισμού με σκοπό την μελέτη της θερμομηχανικής και διηλεκτρικής τους απόκρισης. Οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών εξετάστηκαν μέσω της Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης (DMA), ενώ η διηλεκτρική απόκρισή τους εξετάστικε μέσω της Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (BDS) .Τα αποτελέσματα των παραπάνω μετρήσεων έδειξαν την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης κατα την οποία το υλικό μεταβαίνει απο την υαλώδη στην ελαστομερική φάση. Καταγράφηκε ότι τα δείγματα παύουν να είναι διηλεκτρικά λόγω της περιεκτικότητας τους σε αγώγιμες φάσεις. Αυξάνοντας δηλαδή την περιεκτικότητα σε νανοσωματίδια αυξάνει παράλληλα και η ειδική αγωγιμότητα.Item Open Access Δισδιάστατα ανόργανα και υβριδικά υλικά με εφαρμογές στο διαχωρισμό αερίων : σύνθεση, δομή, φασματοσκοπικός και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός(2020-07-19) Μέτσος, Βασιλική; Metsos, VasilikiΤα μεταλλικά οργανικά δίκτυα (metal organic frameworks, MOFs) έχουν αναδειχθεί ως μια ελκυστική κατηγορία πορωδών κρυσταλλικών πολυμερικών υλικών τα τελευταία χρόνια, τα οποία συντίθενται από μεταλλοϊόντα και οργανικούς υποκαταστάτες με εξαιρετικά οργανωμένες διευθετήσεις στο χώρο, δημιουργώντας πόρους διαφόρων διαμέτρων. Σε σύγκριση με τα κοινά ογκώδη MOFs, τα νανόφυλλα MOFs δύο διαστάσεων (2D MNS) παρουσιάζουν εντυπωσιακές ιδιότητες, όπως το εξαιρετικά λεπτό τους πάχος και οι πιο προσιτές ενεργές τους θέσεις, και θεωρούνται σήμερα ως μια κατηγορία συναρπαστικών νέων υλικών δύο διαστάσεων. Η δομική ποικιλομορφία του δικτύου και η πολυλειτουργικότητα των πόρων καθιστούν αυτή την κατηγορία υλικών υποψήφια για μια πληθώρα περιβαλλοντικών εφαρμογών, όπως είναι ο διαχωρισμός αερίων, η μετατροπή και η αποθήκευση ενέργειας, καθώς επίσης και η χρήση τους ως καταλύτες, αισθητήρες, πιεζοηλεκτρικά και μαγνητικά υλικά. Η αυξανόμενη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει οδηγήσει στην αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη και στις κλιματικές αλλαγές. Έτσι, το ερευνητικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στην ανάπτυξη τεχνολογιών για τη δέσμευσή του. Η χρήση των μεμβρανών για το διαχωρισμό αερίων παρουσιάζει συνεχώς αυξανόμενο ενδιαφέρον, αφού συνδυάζει την απλότητα της εγκατάστασης και λειτουργίας με το χαμηλό κόστος και την χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Συγκεκριμένα, οι σύνθετες μεμβράνες πολυμερούς με ανόργανα πορώδη υλικά παρουσιάζονται ιδιαίτερα ελκυστικές αφού συνδυάζουν την ευκολία παρασκευής, την ευκαμψία και το χαμηλό κόστος επένδυσης των πολυμερών με τις εξαιρετικές ιδιότητες διαπερατότητας και εκλεκτικότητας των ανόργανων πορωδών υλικών. Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία, παρασκευάστηκε υπό αερόβιες συνθήκες αντίδρασης, και χαρακτηρίσθηκε δομικά, φασματοσκοπικά και φυσικοχημικά μια νέα πολυμερική ανόργανη ένωση με χημικό τύπο {[Tb2(NO3)2(atp)2(DMF)4](benzene)}n, που προέκυψε από τη χρήση του γεφυρωτικού υποκαταστάτη 2-αμινοτεραφθαλικό οξύ (atpΗ2). Το προκύπτον δισδιάστατο μοριακό πολυμερές εμφάνισε μεγάλο πορώδες με μέση διάμετρο πόρων ⁓1.2 Å. Επιπρόσθετα, συντέθηκε και χαρακτηρίσθηκε φασματοσκοπικά το συμπολυμερές P(IB-TFAPh), με χρήση του εμπορικά διαθέσιμου μονομερούς 2,2,2-τριφθοροακετοφαινόνης. Τέλος, παρασκευάσθηκε το υβριδικό υλικό συμπολυμερούς/ανόργανου πολυμερούς, το οποίο προέκυψε από την ενσωμάτωση του πορώδους ανόργανου μοριακού υλικού στην πολυμερική μήτρα, με σκοπό τη δημιουργία μεμβρανών για τη διεργασία διαχωρισμού αερίων. Αξίζει να αναφερθεί ότι η υβριδική μεμβράνη εμφανίζει υψηλότερες τιμές διαπερατότητας ως προς CO2, H2, CH4 και H2O, και εκλεκτικότητας ως προς τα μίγματα αερίων CO2/CH4 και H2O/CH4 σε σύγκριση με την αυτούσια πολυμερική μεμβράνη.Item Open Access Μέθοδοι σύνθεσης υπερελαφρών υλικών με βάση τις οργανικές ρητίνες(2023-07-11) Αθανασιάδη, Αθανασία; Athanasiadi, AthanasiaΤα κτίρια, μέσω των απαιτήσεων ψύξης και θέρμανσης τους, συμβάλλουν σημαντικά στην κατανάλωση ενέργειας παγκοσμίως. Υπολογίζεται ότι περίπου τα δύο τρίτα της ενέργειας χρησιμοποιούνται σε κτίρια. Tο κέλυφος του κτιρίου αποτελεί ένα πολύ σημαντικό δομικό στοιχείο για την παροχή θερμικής άνεσης στους κατοίκους καθώς και για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Σήμερα, τα περισσότερα από τα παραδοσιακά προϊόντα μόνωσης, που βασίζονται σε πολυστυρένιο και σύνθετα υλικά, έχουν χρησιμοποιηθεί στα κτίρια λόγω των προσιτών τιμών για τη μείωση του κόστους κατασκευής. Μερικά από τα μειονεκτήματα της συμβατικής μόνωσης όμως είναι η υποβάθμιση των μονωτικών τους επιδόσεων σε περίπτωση απορρόφησης νερού για μεγάλο χρονικό διάστημα καθώς και η απελευθέρωση τοξικών αερίων κατά τη διάρκεια πυρκαγιάς. Στην προσπάθεια να ξεπεραστούν αυτά τα προβλήματα έχουν δοκιμαστεί νέα υλικά προκειμένου να σχεδιαστούν και να παραχθούν κονιάματα με μονωτικές ιδιότητες που ενσωματώνουν τα υλικά αυτά. Τα αεροπηκτώματα είναι ένα συνθετικό υπερελαφρύ υλικό με υψηλό πορώδες (>80%) και αποτελούν ιδανικό υποψήφιο για την παραπάνω χρήση. Οι νανοδιαστάσεις των πόρων του υλικού, που περιέχουν αέρα, προσφέρουν εξαιρετικές θερμομονωτικές ιδιότητες στα αεροπηκτώματα. Μέχρι πρόσφατα, τα αεροπηκτώματα είχαν τη χαμηλότερη πυκνότητα που έχει επιτευχθεί ποτέ σε στερεό υλικό με τα αεροπηκτώματα σίλικας να είναι μόνο τρεις φορέςβαρύτερα από τον αέρα. Το βασικότερο μειονέκτημα των αερογελών ωστόσο έγκειται στο υψηλό κόστος παρασκευής τους λόγω της υπερκρίσιμης διαδικασίας ξήρανσης που απαιτείται για την παραγωγή τους. Εύλογα συνεπώς, το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στη σύνθεση υλικών που διαθέτουν παρόμοιες ιδιότητες με τις αερογέλες, όπως εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα και αξιοσημείωτες θερμομονωτικές επιδόσεις, τα οποία όμως παράγονται μέσω συμβατικής και όχι υπερκρίσιμης ξήρανσης ούτως ώστε να καθίσταται λιγότερο κοστοβόρα και περίπλοκη η διαδικασία παρασκευής τους. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρασκευή θερμομονωτικών υπερελαφρών υλικών με βάση οργανικές ρητίνες για την ενσωμάτωση τους σε τσιμεντοκονίαμα με δυνατότητα εφαρμογής τους στην ενεργειακή αναβάθμιση των κτιρίων. Ακριβέστερα, τα υλικά που θα μελετηθούν είναι «οιονεί-αερογέλες» με βάση τις οργανικές ρητίνες που αναπτύσσονται μέσω συμβατικών μεθόδων ξήρανσης του υγρού πηκτώματος. Επιπρόσθετα, στόχος είναι να επιδεικνύουν εξαιρετικά χαμηλή φαινόμενη πυκνότητα και κατά συνέπεια και θερμική αγωγιμότητα, τουλάχιστον υπό-τριπλάσια από τα συμβατικά αδρανή υλικά που χρησιμοποιούνται στα υπάρχοντα θερμομονωτικά επιχρίσματα. Πιο συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν δύο κατηγορίες αεροπηκτωμάτων: α) αεροπηκτώματα με πρόδρομη ένωση εμπορική φαινολική ρητίνη τύπου νεολάκης και β) αεροπηκτώματα ρεζορκινόλης-φορμαλδεΰδης. Το εύρος της συγκέντρωσης στερεών στο πρόδρομο διάλυμα διατηρήθηκε σε χαμηλά επίπεδα και στις δύο περιπτώσεις προκειμένου να επιτευχθούν χαμηλές τιμές φαινόμενης πυκνότητας του τελικού υλικού. Τόσο στα αεροπηκτώματα τύπου νεολάκης, όσο και στα αεροπηκτώματα ρεζορκινόλης-φορμαλδεΰδης ακολούθησε συμβατική ξήρανση για την απομάκρυνση του υπάρχοντος διαλύτη. Όσον αφορά τα αεροπηκτώματα με βάση τη νεολάκη, ο διαλύτης που χρησιμοποιήθηκε ήταν η 2- προπανόλη ενώ έγινε χρήση αυτόκλειστου δοχείου κατά τη διεξαγωγή του πολυμερισμού η οποία και μείωσε σημαντικά το ποσοστό συρρίκνωσης του τελικού αεροπηκτώματος καθώς και τον χρόνο παρασκευής. Αναφορικά με τα αεροπηκτώματα ρεζορκινόλης-φορμαλδεΰδης, ο διαλύτης που επιλέχθηκε δεν ήταν το νερό όπως συνηθίζεται αλλά το ακετονιτρίλιο και ακολουθήθηκε μία καινοτόμος διαδικασία σύνθεσης. Πιο συγκεκριμένα, αντί του ανθρακικού νατρίου ως καταλύτη, έγινε χρήση καρβαμικού αμμωνίου ως καταλύτη αλλά υπό μορφή κλίνης και ακολούθησε κατόπιν ξήρανση σε συμβατικό φούρνο. Τέλος, οι αερογέλες που παρασκευάσθηκαν κονιοποιήθηκαν (όποτε αυτό κρίθηκε αναγκαίο) και αναμείχθηκαν με κοινό κονίαμα. Τα δείγματα που παρασκευάσθηκαν τοποθετήθηκαν σε ειδικά καλούπια διαστάσεων 4cm×4cm×1cm και μετά το πέρας της ωρίμανσης τους, το οποίο ηματοδοτήθηκε από την παύση απώλειας μάζας τους, τοποθετήθηκαν σε ειδική ιδιοκατασκευή για την μέτρηση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητάς τους. Για την εξαγωγή της τελικής τιμής του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας των δειγμάτων προηγήθηκε βαθμονόμηση με θερμομονωτικά υλικά (όπως το πολυστυρένιο) που χρησιμοποιήθηκαν ως υλικά αναφοράς.Item Open Access Electrospun polymers/nanoparticle composites for energy harvesting applications exploiting the triboelectric effect(2023-06-22) Καμηνιώτης, Μάριος; Kaminiotis, MariosCurrent wearable electronics technology and its connection to the Internet of Things (IoT) is increasingly based on processes which transform low-level mechanical energy or friction, which is ubiquitously present in any moving part of mechanical systems, including the biomechanical energy, into electricity. Given the particular energy harvesting mechanism involved, materials optimization and proper device assembly are required for obtained applications high potential. In contrast to high energy harvesting technologies, i.e. wind and solar, ultra-low power devices typically used as wearables, deal with much smaller energy scales. Such miniature devices can offer significant mass and size reduction, increased flexibility, providing energy autonomous systems which can lead to a batteryless transition. Devices that exploit the coupled effect of contact electrification and electrostatic induction, called triboelectric nanogenerators (TENGs), can convert mechanical energy into electricity. TENGs can be employed to harvest ambient mechanical energy (human motion, rain drops, wind etc.) to achieve self-powered sensing or power-packs for low-power devices. In this thesis we explore certain polymeric materials, either pristine or composites, that can be used as effective energy harvesting layers. Polymers are frequently selected as tribomaterials for TENGs as they are flexible and lightweight. As tribo-electrification is a surface phenomenon, increasing contact area, i.e. due to roughness or micro/nano-structuring, results in enhanced charge generation and hence better performance. Electrospinning is a suitable technique which can be used to prepare polymeric films of sub-micron fibrous structures, with enhanced roughness in comparison to bulky continuous polymer films prepared by other methods. Electrospinning also offers versatility in incorporating nanoparticles within the spun fibers. Therefore, a home -made electrospinning setup was built for the purpose of the current thesis. Using this set-up, a thorough optimization of electrospun PVDF fibrous films took place. Various parameters were optimized to obtain the best set resulting in homogeneous, bead-free fibers. In addition, composite fibers of PVDF with various loadings of ZnO and TiO2 nanoparticles were prepared and characterized. A special construction allowing the easy operation of the contact-separation triboelectric mode took place. Using this construction, a large number of TENG devices was fabricated and evaluated in regard to its electrical response in open and short-circuit conditions. The results show that certain loading levels of the ZnO or TiO2 nanoparticles can appreciably enhance the peak output power of the devices.Item Open Access Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και λειτουργική συμπεριφορά του σύνθετου υβριδικού συστήματος νανοσωματιδίων βολφραμικού βαρίου/νανοσωματιδίων άνθρακα/εποξειδικής ρητίνης(2023-05-30) Σταμάτη, Ελένη Μαρία; Stamati, Eleni MariaΤις τελευταίες δεκαετίες υπάρχει μεγάλο επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον για τα νανοσύνθετα υλικά και κυρίως για τα σύνθετα πολυμερικής μήτρας με ενίσχυση αγώγιμων ή ημιαγώγιμων νανοεγκλεισμάτων. Λόγω των διηλεκτρικών ιδιοτήτων που παρουσιάζουν, χρησιμοποιούνται ευρέως σε τεχνολογικές εφαρμογές, αντικαθιστώντας τα προυπάρχοντα υλικά. Για την εκπόνηση της συγκεκριμένης εργασίας παρασκευάσθηκαν εννέα, προς μελέτη, δοκίμια. Ως πολυμερική μήτρα χρησιμοποιήθηκε η εποξειδική ρητίνη και ως ενισχυτική φάση, νανοσωματίδια οξειδίου του βολφραμικού βαρίου και νανοσωματίδια carbon black. Οι διηλεκτρικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με την χρήση της ευρυζωνικής διηλεκτρικής φασματοσκοπίας (BDS). Η μελέτη της διηλεκτρικής συμπεριφοράς των νανοσύνθετων πραγματοποιείται μέσω των διαγραμμάτων, του πραγματικού και φανταστικού μέρους της ηλεκτρικής διαπερατότητας, του πραγματικού και φανταστικού μέρους του ηλεκτρικού μέτρου, της ειδικής αγωγιμότητας, της εφαπτομένης των απωλειών και της πυκνότητας ενέργειας, συναρτήσει της συχνότητας, της θερμοκρασίας και της περιεκτικότητας. Στα παραπάνω διαγράμματα παρατηρούμε ότι τα δοκίμια εμφανίζουν τρείς μηχανισμούς διηλεκτρικών χαλαρώσεων. Στις υψηλές συχνότητες παρατηρείται η β-χαλάρωση που σχετίζεται με την επαναδιευθέτηση πολικών πλευρικών ομάδων της κύριας πολυμερικής αλυσίδας. Στις μεσαίες συχνότητες, εμφανίζεται η α-χαλάρωση, η οποία υποδεικνύει την μετάβαση της πολυμερικής μήτρας από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση, ενώ στις χαμηλές συχνότητες η κορυφή που σχηματίζεται αποδίδεται στο φαινόμενο της διεπιφανειακής πόλωσης. Επίσης, μελετήθηκε η απόκριση των νανοσύνθετων υλικών στην άσκηση εξωτερικού δυναμικού φορτίου με την μέθοδο της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA). Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της κάμψης 3 σημείων. Από τις συγκεκριμένες μετρήσεις κατασκευάσθηκαν δύο διαγράμματα, του μέτρου αποθήκευσης Ε' και του μέτρου απωλειών Ε'' συναρτήσει της θερμοκρασίας. Η διεργασία χαλάρωσης που παρατηρείται και στα δύο διαγράμματα σχετίζεται με την μετάβαση της πολυμερικής μήτρας από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση. Τέλος, αναλύεται η απόκριση των δοκιμίων στην άσκηση στατικής μηχανικής φόρτισης. Οι δοκιμές εφελκυσμού πραγματοποιήθηκαν με μονοαξονικό εφελκυσμό στην διάταξη Instron 5582, σε θερμοκρασία δωματίου και με ρυθμό παραμόρφωσης 5 mm/min. Από τα διαγράμματα τάσης-παραμόρφωσης που προέκυψαν, προσδιορίστηκαν το μέτρο ελαστικότητας, η αντοχή σε εφελκυσμό και η δυσθραυστότητα κάθε συστήματος. Οι τιμές του μέτρου ελαστικότητας, της αντοχής σε εφελκυσμό και η δυσθραυστότητα παρουσιάζονται σε διάγραμμα συναρτήσει της περιεκτικότητας σε ενισχυτική φάση για όλα τα δοκίμια που παρασκευάσθηκαν. Από την συνολική ανάλυση των αποτελεσμάτων φαίνεται πως η παρουσία των νανοεγκελισμάτων ενισχύει τόσο την ηλεκτρική, όσο και την μηχανική συμπεριφορά τους, ενώ παράλληλα στα συστήματα αυτά μπορεί να αποθηκευθεί ενέργεια. Η απόκριση των νανοσύνθετων στα εξωτερικά ερεθίσματα μπορεί να χαρακτηρισθεί ως πολυλειτουργική.Item Open Access Παρασκευή και χαρακτηρισμός νανοσύνθετων υλικών με βάση το γραφένιο για ηλεκτρομαγνητική θωράκιση(2023-05-25) Φραγκογιάννης, Χρίστος; Fragkogiannis, ChristosΣτην παρούσα εργασία παρουσιάζονται οι βασικές αρχές που αφορούν το φαινόμενα της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής, της ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης καθώς και των νανοσύνθετων υλικών με βάση το έγκλεισμα του γραφενίου. Στο πρώτο μέρος της εργασίας δίνεται το θεωρητικό υπόβαθρο για τα εγκλείσματα που χρησιμοποιήθηκαν, όπως οι ιδιότητες που έχουν αλλά και οι χαρακτηρισμοί τους. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής, αλλά και της ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης. Στόχος είναι να κατανοηθούν τα φαινόμενα και οι ιδιότητες που πρέπει να φέρουν τα σύνθετα υλικά χρησιμοποιώντας παραδείγματα συνθέτων υλικών που έχουν εφαρμογή στην ηλεκτρομαγνητική θωράκιση καθώς και αναλυτική επεξήγηση των συνθέτων υλικών. Στο πειραματικό μέρος παρασκευάστηκαν 2 εγκλείσματα με σκοπό την μελέτη της ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης, καθώς και 6 δείγματα χωρισμένα σε δυο δομές: σε επιστρώσεις και αφρώδεις δομές. Μελετήθηκε ιδιαίτερα ένα χημικό παράγωγο του γραφενίου εμπλουτισμένο σε ελεύθερες ρίζες αφού παρασκευάστηκε για πρώτη φορά και είχε ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Τα υλικά που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίστηκαν ως προς την δομή τους με την ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και ως προς την ηλεκτρομαγνητική τους θωράκιση.Item Open Access Development and mechanical characterization of 3D-printed, short carbon fibre-reinforced PLA composite materials(2023-03) Κακαρελίδης, Οδυσσεύς; Kakarelidis, OdysseasAdditive manufacturing technologies, also known as 3D printing, have successfully provided promising and cost-effective techniques for the fabrication of polymeric matrix composite materials. Fused deposition modeling (FDM), one of the most widely used methods to fabricate polymeric materials, has received great attention due to its low cost, minimal material waste, and the toolless realization of complex part geometries. However, due to the intrinsically limited mechanical performance of FDM-produced parts, it is crucial to develop parts with improved properties. One of the potential approaches to achieve that is by incorporating a reinforcing phase into the polymeric materials, such as carbon fibres, to essentially form carbon fibre-reinforced polymers, which are already feasting on a plethora of applications including aerospace, automotive, and aviation. The objective of this work is to delve deeper into the intricacies between the process parameters employed to fabricate 3D printed, carbon fibre-reinforced polymers and their mechanical response. The materials studied in this thesis are poly(lactic acid) and grades of both virgin and recycled, short carbon fibres, under 1 mm. The main fabrication techniques employed are filament extrusion and FDM-based 3D printing. In this study, the carbon fibres as well as their relationship with the final composite materials’ performance are studied with a range of characterization techniques including Raman spectroscopy, optical and scanning electron microscopy, X-ray photoelectron microscopy, and flexural tests.Item Open Access Dielectric barrier discharge plasma reactor construction and characterization(2022-11-24) Σταυρογιαννόπουλος, Σταύρος; Stavrogiannopoulos, StaurosThe scope of this thesis was the detection, recognition and recording of electrical characteristics of the dielectric barrier discharge in order to define the effect of external parameters on plasma efficiency. The procedure that was used for the definition of these parameters, is synopsized in the construction of a special arrangement that allows the generation of dielectric barrier discharge as well as the recording of data in a computer environment, which will result in their subsequent easy and efficient analysis. In particular, the dielectric barrier discharge was studied at the frequency of 60Hz, in or-der to evaluate and classify the importance of external parameters in plasma production. A complete new method of analysis of the electrical data was developed, the types of interference were presented and eliminated, electrical signals were simulated, characteristic curves of voltage and current electric pulses were derived, the effect of electrodes’ distance was approached, the number and the density of streamers were calculated in relation to the ap-plied power, and the effect of external parameters were studied with respect to the electrical characteristic of the electric pulse. The developed methodology can be a guide for similar measurements in any frequency range, with simple changes to the configuration of the experiment. The generality of the methodology lies in the analytical recording of all individual steps, from the protection of personnel and equipment to all the stages of conducting measurements and analyzing the results.