Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
- ItemOpen AccessΠαρασκευή και χαρακτηρισμός νανοσύνθετων υλικών με βάση το γραφένιο για ηλεκτρομαγνητική θωράκιση(2023-05-25)Στην 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.
- ItemOpen AccessDevelopment and mechanical characterization of 3D-printed, short carbon fibre-reinforced PLA composite materials(2023-03)Additive 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.
- ItemOpen AccessDielectric barrier discharge plasma reactor construction and characterization(2022-11-24)The 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.
- ItemOpen AccessIn-silico rheometry of endothelial cells under start-up shear experimentsThe endothelium, a monolayer of endothelial cells (ECs), constitutes the inner cellular lining of the blood vessels (arteries, veins, and capillaries) and the lymphatic system, and therefore is in direct contact with the blood and the circulating cells. It is now recognized to be a main pillar in the control of blood fluidity, platelet aggregation and vascular tone, a predominant factor in the regulation of immunology, inflammation and angiogenesis, a metabolizing and endocrine organ. Therefore, the response of the endothelium in variations of the hemodynamic environment is of vital importance. This implies that we should quantify fundamental dynamic quantities such as the developing shear stresses, the effect of flowing conditions on Wall Shear Stress (WSS), in addition to recirculation zones, which are indicators of atherosclerosis. Because of the 𝑂(10 μ𝑚) length of the ECs and the invasive nature of hands-on techniques when referring to the human cardiovascular system, such an approach would be difficult to be pursued experimentally. Here, we propose an in-silico rheometric emulation based on start-up and pulsating shear experiments in a representative two-dimensional domain of endothelial monolayer that accounts for the interaction of the blood plasma and the deformable ECs. Moreover, we create a three-dimensional domain representing endothelial cells and nuclei and perform compressive tests in order to investigate the poroelastic nature of the EC’s cytoplasm and retrieve its elasticity depending on the volume fraction of the cytoskeletal network. We present quantitative predictions for the shear and normal stresses on each cell for blood flow under physiological conditions and conclude that the imposition of a uniform, mean stress value above the endothelium does not correspond to true conditions. Finally, we show that wall thinning is slightly more prominent at the locus of high WSS in the range of physiological velocities, but under extreme velocities wall thinning intensely prevails at the locus of flow separation.
- ItemOpen AccessΤρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας με οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO)(2021)Τα σύνθετα και τα πολυμερή υλικά αποτελούν εδώ και πολλά χρόνια κατηγορίες με μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον και ποικίλες εφαρμογές. Η έρευνα και η παραγωγή υλικών, πιο συγκεκριμένα στη κλίμακα των νανομέτρων, διεύρυνε τα πεδία εφαρμογών και βελτιστοποίησε τις χαρακτηριστικές ιδιότητες αυτών. Σε αυτόν τον κλάδο εντάσσεται και το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO), κατακτώντας εφαρμογές σε τομείς όπως η βιοϊατρική και η οπτοηλεκτρονική, λόγω των άριστων ιδιοτήτων του. Επιπλέον, η τεχνική της τρισδιάστατης εκτύπωσης αποτελεί τα τελευταία χρόνια ισχυρό εργαλείο στην κατασκευή δομών με συγκεκριμένη γεωμετρία. Η παρούσα Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται, μεταξύ άλλων, τη σύνθεση και τον χαρακτηρισμό νανοσωματιδίων ZnO και την παρασκευή υδρογελών, για τη δημιουργία 3D εκτυπωμένων δοκιμίων. Στο πρώτο κεφάλαιο, υπάρχει μια σύντομη εισαγωγή στον κλάδο της νανοτεχνολογίας και των τεχνικών σύνθεσης νανοδομών από μεταλλικά οξείδια. Έπειτα, το δεύτερο κεφάλαιο περιέχει γενικές πληροφορίες σχετικά με το οξείδιο του ψευδαργύρου, την κρυσταλλική και επιφανειακή του δομή, αλλά και τις διάφορες νανοδομές του. Το τρίτο κεφάλαιο σχετίζεται με τη σύσταση των σύνθετων υλικών, αλλά και των μεθόδων παρασκευής, των ιδιοτήτων και των εφαρμογών των σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας/ZnO. Στη συνέχεια, το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στην τρισδιάστατη εκτύπωση, τις διάφορες τεχνικές της και τα υλικά που χρησιμοποιούνται για αυτή και στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύονται οι πειραματικές τεχνικές, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία για τον χαρακτηρισμό των υλικών που παρασκευάστηκαν. Το έκτο κεφάλαιο περιλαμβάνει το πειραματικό μέρος της Διπλωματικής Εργασίας, τους χαρακτηρισμούς των ιδιοτήτων των παρασκευασμάτων και τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν. Οι σκόνες οξειδίου του ψευδαργύρου που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίστηκαν ως προς τη δομή και τις οπτικές τους ιδιότητες. Μέσω της περίθλασης ακτίνων Χ, βρέθηκε πως η μέση διάμετρος των σωματιδίων είναι ίση με 3.7 nm, γεγονός που επιβεβαιώθηκε και από την παρα-τήρηση με ηλεκτρονιακή μικροσκοπία TEM. Μέσω της φασματοσκοπίας UV-Vis υπολογίστηκε η τιμή του ενεργειακού χάσματος ίση με 3,235 eV (αρκετά κοντά στη βιβλιογραφική τιμή για το bulk ΖnO: Εg=3,36 eV) και με τη φασματοσκοπία PL παρατηρήθηκε σημαντική εκπομπή στο ορατό φάσμα. Έπειτα, οι υδρογέλες που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίστηκαν ως προς τις ρεολογικές τους ιδιότητες, ώστε να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν ως μελάνη εκτύπωσης. Κατόπιν, ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των εκτυπωμένων δοκιμίων ως προς τις οπτικές, δομικές, θερμικές και πιεζοηλεκτρικές τους ιδιότητες. Παρατηρήθηκε η επιτυχής εκτύπωση των δοκιμίων σχηματισμός, εφόσον διακρίθηκαν καλά καθορισμένοι τετραγωνικοί πόροι και μετρήθηκε το μέγεθος αυτών. Ο χαρακτηρισμός με XRD και PL έδειξε αποτελέσματα αναμενόμενα και συγκριτικά όμοια με αυτά των κόνεων. Με τη φασματοσκοπία FT-IR, αλλά και τις θερμικές μεθόδους DSC και TGA προέκυψε ο παραλληλισμός όλων των εκτυπωμένων δοκιμίων και των αρχικών υλικών που χρησιμοποιήθηκαν. Τέλος, οι πιεζοηλεκτρικές μετρήσεις υπέδειξαν ικανοποιητικές τιμές του συντελεστή d33 σε σύγκριση με τη βιβλιογραφία.