Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΔΕ)

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 20 of 175
  • ItemOpen Access
    Μελέτη της σύνθεσης νανοράβδων χρυσού για βιοϊατρικές εφαρμογές
    (2024-07-11) Δουλγεράκη, Ευφροσύνη; Doulgeraki, Effrosyni
    Στην αιχμή της νανοτεχνολογίας, οι νανοράβδοι χρυσού ξεχωρίζουν για τις μοναδικές τους ιδιότητες και τις ποικίλες εφαρμογές τους σε πολλούς επιστημονικούς και τεχνολογικούς τομείς. Οι νανοράβδοι χρυσού, με τις εξαιρετικές οπτικές και ηλεκτρικές τους ιδιότητες, αποτελούν βασικό αντικείμενο έρευνας στη νανοεπιστήμη, γεφυρώνοντας τη χημεία, τη φυσική, τη βιολογία, τη φαρμακευτική και την ιατρική. Τα χρυσά νανοσωματίδια (AuNPs), με διάμετρο που κυμαίνεται από 1 έως 100 νανόμετρα, έχουν ήδη δείξει την αξία τους στον τομέα της βιοϊατρικής, από την ιστορική τους χρήση στην τέχνη έως τις σύγχρονες εφαρμογές τους στη διάγνωση και θεραπεία ασθενειών. Οι νανοράβδοι χρυσού, ειδικότερα, παρουσιάζουν αξιοσημείωτες ιδιότητες λόγω των τοπικών επιφανειακών πλασμονικών αντηχήσεων (LSPRs), οι οποίες μπορούν να ρυθμιστούν για να εκπέμπουν και να απορροφούν φως σε διαφορετικές περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η διαμήκης LSPR λειτουργία, που συμβαίνει κατά μήκος του μακρύ άξονα των νανοράβδων και βρίσκεται στην εγγύς υπέρυθρη (NIR) περιοχή, και η εγκάρσια LSPR λειτουργία, που συμβαίνει κατά μήκος του βραχύ άξονα και βρίσκεται στην ορατή περιοχή, παρέχουν εξαιρετικές δυνατότητες για απεικόνιση, διάγνωση και θεραπεία. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν τις νανοράβδους χρυσού ιδανικές για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών που μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα των βιοϊατρικών εφαρμογών. Η παρούσα εργασία στοχεύει στην ανάπτυξη και τον χαρακτηρισμό νανοράβδων χρυσού (GNRs) με σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων τους για βιοϊατρικές χρήσεις. Συγκεκριμένα, η έρευνα εστιάζει στην ανάλυση της επίδρασης τριών παραμέτρων στις φυσικοχημικές ιδιότητες των GNRs: της συγκέντρωσης νιτρικού αργύρου (AgNO3), της συγκέντρωσης CTAB (βρωμιούχο κετυλοτριμεθυλαμμώνιο), και του όγκου των σπόρων (seeds). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με φασματοσκοπία UV-vis, DLS (Dynamic Light Scattering), και ELS (Electrophoretic Light Scattering). Στο πρώτο σύνολο πειραμάτων, οι μετρήσεις έδειξαν ότι με την αύξηση της συγκέντρωσης του AgNO3, παρουσιάζεται μέγιστο μήκος κύματος απορρόφησης (λmax) για 3 mM AgNO3 και άνω, με το μέγιστο μήκος κύματος να φτάνει τα 745 nm για συγκέντρωση AgNO3 10 mM. Για το μήκος των GNRs καταγράφηκαν τιμές από 21.067 ± 0.537 nm έως 25.067 ± 0.223 nm και οι μετρήσεις ζ-δυναμικού έδειξαν σχετική σταθερότητα. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του CTAB, παρατηρήθηκε ότι το μέγιστο μήκος κύματος απορ-ρόφησης (λmax) αυξήθηκε. Για παράδειγμα, με συγκέντρωση 0.02 M, το λmax ήταν 605 nm, ενώ με συγκέντρωση 0.2 M, το λmax αυξήθηκε στα 794 nm. Ο δείκτης πολυδιασποράς (PDI) κυμάνθηκε από 0.437 έως 0.731 και το ζ-δυναμικό κυμάνθηκε από 24.6 mV έως 38.1 mV, δείχνοντας ικανοποιητική σταθερότητα των νανοσωματιδίων. Ο όγκος των σπόρων επηρέασε επίσης τις φυσικοχημικές ιδιότητες των GNRs. Το μήκος των GNRs κυμάνθηκε από 16.060 ± 0.560 nm έως 24.523 ± 0.212 nm, με τον δείκτη πολυδιασποράς να λαμβάνει τιμές από 0.302 έως 0.731, υποδεικνύοντας διαφοροποιήσεις στην κατανομή μεγεθών. Τα αποτελέσματα ζ-δυναμικού δείχνουν τα νανοσωματίδια να έχουν καλή σταθερότητα, με τιμές ζ-δυναμικού να κυμαίνονται από 31.3 mV έως 40.2 mV. Συνολικά, τα ευρήματα της παρούσας έρευνας υποδεικνύουν ότι η προσεκτική ρύθμιση των πα-ραμέτρων σύνθεσης μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις φυσικοχημικές ιδιότητες των νανοράβδων χρυσού, βελτιώνοντας την σταθερότητα και την απόδοσή τους για βιοϊατρικές εφαρμογές. Αυτές οι γνώσεις μπορούν να συμβάλλουν στην ανάπτυξη πιο αποδοτικών και στοχευμένων νανοϋλικών για διάφορες ιατρικές χρήσεις.
  • ItemOpen Access
    Πειραματική μελέτη του οζονισμού ως μεθόδου απομάκρυνσης υπερφθοροαλκυλιωμένων συστατικών (Pfas) από το νερό
    (2024-07-12) Αθανασόπουλος, Δημήτριος; Athanasopoulos, Dimitrios
    Οι υπερφθοροαλκυλιωμένες (Per- and Polyfluoroalkyl Substances - PFAS) είναι μια μεγάλη κατηγορία συνθετικών χημικών ενώσεων που περιλαμβάνουν πάνω από 4.700 διαφορετικές ουσίες, χαρακτηριζόμενες από ισχυρούς δεσμούς άνθρακα-φθορίου (C-F) που τις καθιστούν εξαιρετικά ανθεκτικές στην αποδόμηση. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες εφαρμογές λόγω των υδρόφοβων και λιπόφοβων ιδιοτήτων τους, όπως σε αντικολλητικά σκεύη μαγειρικής (π.χ., τεφλόν), αδιάβροχα και ανθεκτικά στους λεκέδες υφάσματα, αφρούς πυρόσβεσης, συσκευασίες τροφίμων και ηλεκτρονικά προϊόντα. Ωστόσο, η ανθεκτικότητά τους οδηγεί στη συνεχή συσσώρευσή τους στο περιβάλλον και στους οργανισμούς, προκαλώντας ανησυχίες για την περιβαλλοντική μόλυνση και τις επιπτώσεις στην υγεία, όπως ενδοκρινικές διαταραχές, καρκίνος, διαταραχές του ανοσοποιητικού συστήματος και προβλήματα ανάπτυξης στα παιδιά. Η ανίχνευση PFAS σε υπόγεια και επιφανειακά νερά, καθώς και στο πόσιμο νερό, έχει εντείνει τις προσπάθειες για τη ρύθμιση της χρήσης τους και την ανάπτυξη τεχνολογιών καθαρισμού, με σκοπό την απομάκρυνσή τους από το περιβάλλον και τη μείωση των επιπτώσεών τους στην ανθρώπινη υγεία. Στην παρούσα μελέτη, πραγματοποιήθηκε μία συστηματική παραμετρική ανάλυση της απομάκρυνσης του υπερφθοροοκτανοϊκού οξέος (PFOA) από νερό με τη μέθοδο του οζονισμού. Διερευνήθηκε σε αντιδραστήρα ημι-διαλείπουσας λειτουργίας (semibatch reactor), ο βαθμός απομάκρυνσης PFOA από υδατικά διαλύματα ως προς τη συγκέντρωση του PFOA, τη συγκέντρωση όζοντος στο αέριο έκχυσης, το είδος του αερίου τροφοδοσίας και την παροχή αερίου. Κατά τη διάρκεια της διεργασίας γινόταν καταγραφή της συγκέντρωσης διαλυμένου όζοντος, του δυναμικού οξειδοαναγωγής, της θερμοκρασίας και του pH. Σε τακτά χρονικά διαστήματα λαμβάνονταν δείγματα νερού για τη μέτρηση της συγκέντρωσης του υπολειπόμενου PFOA με τη μέθοδο εκχύλισης της δραστικής ουσίας μπλε του μεθυλενίου σε συνδυασμό με τη φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού (UV-Vis spectroscopy). Η διεργασία του οζονισμού σε στήλη κρίνεται αποδοτική με ποσοστό απομάκρυνσης PFOA από την υδατική φάση πάνω από 40% στις περισσότερες περιπτώσεις. Είναι επιβεβαιωμένο πως όταν διοχετεύεται αέριο, χωρίς την παραγωγή όζοντος, δεν γίνεται κάποια αντίδραση αλλά επικρατεί το φαινόμενο του κλασματικού αφρισμού. Η βέλτιστη απόδοση επιτεύχθηκε διοχετεύοντας αέρα που παρήγαγε όζον (95% απομάκρυνση) χωρίς αυτό να σημαίνει πως καταστράφηκε το 95% του ρύπου. Όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας, είναι αρκετά πιο συμφέρον να οζονίζεται μία υδατική φάση υψηλότερης συγκέντρωσης PFOA σε σχέση με μία πιο αραιή, ενώ φάνηκε πως οριακά συμφέρει περισσότερο ο οζονισμός με αέρα μιας και η και η καταναλισκόμενη ενέργεια είναι λιγότερη.
  • ItemOpen Access
    Επιλεκτική ρόφηση φαινολικών ουσιών σε πολυμερικές ρητίνες
    (2024-07-12) Ζαρκάδα, Βασιλική; Zarkada, Vasiliki
    Φαινολικές ουσίες ονομάζονται οι χημικές ενώσεις που χαρακτηρίζονται από το δεσμό ιόντος υδροξυλίου σε αρωματικό δακτύλιο. Τέτοιες ενώσεις συναντώνται σε φρούτα, λαχανικά, ελαιόλαδο, καφέ, τσάι, κρασί κ.α. Έχουν πολλές ιδιότητες με κυριότερη την αντιοξειδωτική τους δράση, προστατεύοντας τον ανθρώπινο οργανισμό από καρδιαγγειακά νοσήματα, καρκίνο καθώς και από φλεγμονές, θρόμβους και οξειδωτικό στρες. Η μεσογειακή διατροφή είναι υψηλής περιεκτικότητας σε φαινολικές ενώσεις. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία στοχεύει στην εξέταση πρότυπων διαλυμάτων γαλλικού οξέος και γλυκόζης καθώς και αποβλήτου φύλλων ελιάς ως προς την παρουσία φαινολών. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ποσοτική μελέτη της προσρόφησης φαινολικών ενώσεων και το πώς αυτή επηρεάζεται από διαφορετικές μεταβλητές. Ακόμη, μελετάται η προσρόφηση φαινολικών ενώσεων σε απόβλητο φύλλων ελιάς ποσοτικά αλλά και ποιοτικά. Πραγματοποιήθηκαν διάφορες σειρές πειραμάτων με σκοπό την απομόνωση των φαινολών σε στερεά κλίνη και πιο συγκεκριμένα τη μεταβολή του χρόνου ρόφησης καθώς και της τελικής συγκέντρωσης φαινολικών με τις μεταβλητές της αρχικής συγκέντρωσης φαινολικών και της παροχής να αλλάζουν σε κάθε πρότυπο πείραμα. Ως προσροφητικό μέσο χρησιμοποιήθηκε η πολυμερική ρητίνη XAD-16N. Αρχκά, πραγματοποιήθηκαν τέσσερα πειράματα με καθαρό γαλλικό οξύ και καθαρή γλυκόζη χρήση νερού και μείγματος νερού/αιθανόλης 1:1 ν/ν (όσο αφορά τον όγκο του διαλυτών) ως 1ο και 2ο διαλύτη αντίστοιχα αλλά και αντίστροφα για κάθε προσρόφημα με σκοπό να παρατηρηθεί ποιός διαλύτης είναι καλύτερο να χρησιμοποιηθεί ως 1ος και ποιός 2ος. Το νερό φάνηκε να είναι η πιο σωστή επιλογή για 1ο διαλύτη ώστε να εκροφηθούν πρώτα όλα τα σάκχαρα κι έπειτα το μείγμα που θα εκροφήσει τις επιθυμητές φαινόλες. Στην πρώτη σειρά πειραμάτων, έγιναν πειράματα στη στερεά κλίνη. Αρχικά, έγιναν τα πρώτα τέσσερα πειράματα καθαρών συστατικών που προαναφέρθηκαν κι έπειτα μείγματα γαλλικού οξέος και γλυκόζης για διάφορες αρχικές συγκεντρώσεις και παροχές. Για παροχή 300 ml/h έγιναν πειράματα με αρχική συγκέντρωση γαλλικού οξέος 0,5 g/L, 1 g/L και 2 g/L και για αρχική συγκέντρωση 1 g/L έγιναν πειράματα παροχών 200 ml/h, 300 ml/h και 400 ml/h λαμβάνοντας δείγματα για το εκάστοτε πείραμα από την έξοδο της κλίνης ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Στη δεύτερη σειρά, έγινε το πείραμα του αποβλήτου φύλλων ελιάς το οποίο αποτελεί συμπυκνωμένο κλάσμα που προήλθε από την μεμβράνη της νάνο-διήθησης (NF) έπειτα απο επεξεργασία αγροτικού υποπροϊόντος φύλλων ελιάς. Το πείραμα έγινε σε στερεά κλίνη με παροχή 300 ml/h και η αρχική του συγκέντρωση έπειτα απο διήθηση υπό κενό μετρήθηκε η συγκέντρωση ολικών φαινολικών 4.626 g/L. Η δειγματοληψία γινόταν ξανά ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Στην τρίτη σειρά, πραγματοποιήθηκε προσαρμογή των δεδομένων των πειραμάτων στο μοντέλο κινητικής Thomas κατασκευάζοντας τις αντίστοιχες θεωρητικές καμπύλες αδιάστατων συγκεντρώσεων φαινολικών και ρυθμού μεταβολής των συγκεντρώσεων φαινολικών συγκριτικά με τις αντίστοιχες πειραματικές που λήφθηκαν από την πρώτη και την δεύτερη σειρά πειραμάτων καθώς και σύγκριση των σταθερών του μοντέλου Thomas με τις σταθερές των μοντέλων κινητικής Yoon-Nelson και BDST. Στην τέταρτη σειρά, έγινε ποιοτική ανάλυση κάποιων δειγμάτων του πειράματος αποβλήτου φύλλων ελιάς μέσω υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (High-Pressure Liquid Chromatography - HPLC). Τα δείγματα προσρόφησης που αναλύθηκαν ήταν το δείγμα της τροφοδοσίας του αποβλήτου και τα δείγματα μισής ώρας, 1 ώρας, 2, 5, 7 και 9 ωρών ρόφησης. Ακόμη, αναλύθηκαν τα δείγματα 3 ωρών εκρόφησης με νερό, 17, 35, 41 λεπτών, 2, 5 και 7 ωρών εκρόφησης με μείγμα. Τα αποτελέσματα ήταν αναμενόμενα όσον αφορά την αύξηση της τελικής συγκέντρωσης φαινολικών η όποια αυξανόταν με την αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης εισόδου στην κλίνη όπως και η μείωση του χρόνου ρόφησης με αύξηση της παροχής ενώ το η ρόφηση του αποβλήτου δεν κατάφερε να πιάσει πλατό λόγω του αυξημένου ανταγωνισμού διαφορετικού τύπου φαινολικών ενώσεων. Η κινητική του μοντέλου Thomas φαίνεται πως ταιριάζει στην κινητική ρόφησης των πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν, καθώς επίσης και σε σύγκριση με την κινητική Yoon – Nelson η ομοιότητα είναι μεγάλη. Τέλος, από την ποιοτική HPLC ανάλυση φάνηκε πως η ελευρωπαΐνη προσροφάται πλήρως αφού δε φάνηκε να υπάρχει σε κανένα από τα δείγματα ρόφησης που αναλύθηκαν, κάτι πολύ θετικό για κάποιον που μπορεί να θέλει να την απομονώσει.
  • ItemOpen Access
    A model of neurovascular coupling : the neurovascular unit and the effect of the endothelial cells’ mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes
    (2024-07-11) Κυριακού, Θεοδώρα; Kyriakou, Theodora
    The neurovascular unit consists of neurons (NEs), astrocytes (ACs), vasculature (endothelial cells (ECs) and mural cells), the vasomotor apparatus (smooth muscle cells (SMCs) and pericytes) and mi-croglia. Together, these function in the homeostatic haeomodynamic response of cerebral hyperae-mia, a central nervous system homeostatic mechanism that increases blood supply to neural tissue when necessary. A better understanding of functional hyperaemia is important not only for the field of neuroscience but for the medical one as well, as neuroimaging techniques, such as fMRI, fNRIS and PET scans monitor cerebral blood flow and can, subsequently, measure and locate brain activity. More specifically, an fMRI detects the blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal which reflects changes in deoxyhemoglobin triggered by alterations in brain blood flow and blood oxygenation. fNIRS is a non-invasive, portable method employing near-infrared light propagating diffusely through the scalp and brain, for functional monitoring and imaging of human brain hemodynamics, while a PET scan uses injected radioactive material to visualise active areas of the brain. This thesis reports the development of a lumped-element model of a neurovascular unit (NVU). The cells involved in this model are a neuron, an astrocyte, an endothelial cell and a smooth muscle cell. The pathways that affect the radius of a blood capillary in the brain after the creation of a neural pulse were investigated. These are the potassium pathway, the astrocytic calcium pathway in combi-nation with a transient receptor potential cation channel in the astrocytic endfoot and the nitric oxide pathway. A computational model was built that includes the three pathways, which can be turned on and off with suitable switches. We first analysed the model's results when it contains solely the po-tassium pathway. The same procedure was followed for the astrocytic calcium pathway with the TRPV4 channel and the nitric oxide pathway. The results of the above were compared with each other but also with the model which includes all the pathways mentioned. To compare the results, diagrams were created for various system vari-ables. The graph depicting the radius of the vessel over time was the most important among them. We presented the response of the vessel’s radius to the neural pulse for each pathway alone and for all three together. What emerged from this analysis were the following: • The potassium pathway is responsible for the rapid response of the vessel to neuronal activity. • The nitric oxide pathway is responsible for the longer dilation of the blood vessel after the onset of the pulse. • The astrocytic calcium pathway strengthens, to a small extent, the dilation of the blood vessel. Also, the mathematical model by Moshkforoush et al. was incorporated. This one focuses on the inositol triphosphate (IP3)-induced Ca2+ mobilisation in the endothelial cell that accounts for all major subcellular Ca2+ compartments (i.e., cyt, ER, Mt), their respective Ca2+ channels and buffering, and considers explicitly the ER-Mt Ca2+ microdomains as a distinct Ca2+ pool (μd). Mitochondria can up-take and store significant amounts of Ca2+. Their buffering potential allows them to modulate Ca2+ mobilisation in the cytosol including oscillatory dynamics. It was postulated that the presence of the ER-Mt μd may shape the [Ca2+]cyt oscillatory dynamics. A mathematical model by Penny et al. previ-ously explored the role of the ER-lysosome μd in driving [Ca2+]cyt dynamics in stimulated fibroblasts by varying the distribution of two-pore Ca2+ channels on lysosomes. They showed that the distribution and density of the Ca2+ channels on lysosomes that face the ER-lysosome μd regulate the IP3R-de-pendent [Ca2+]cyt oscillations. A mathematical study that has explored the role of the ER-Mt μd prior to the one by Moshkforoush et al. is the model by Qi et al., where Ca2+ diffusion from a point source, a cluster of IP3Rs to the MCU, was assumed and the distance between the ER and Mt compartments was varied (MCU activity de-pended on the local [Ca2+], while JIP3R (J represents flux) was only a function of [Ca2+]cyt). In contrast, in the Moshkforoush et al. model, an explicit μd compartment with a variable volume which depended on the ER-Mt distance was incorporated. This approach allowed the separation of IP3Rs, as well as MCU, SERCA, and mNCX channels, into two distinct pools; one pool of IP3Rs facing the μd and, thus, their activity depends on [Ca2+]μd, and another pool of IP3Rs facing the cytosol and are exposed to [Ca2+]cyt. This resulted in identifying conditions where the μd and the Mt play a regu-latory role, aside from their modulatory role, in [Ca2+] oscillatory dynamics. More specifically, the incorporation of the μd and the channel connectivity coefficients for the above four channels led to the emergence of two distinct oscillatory regions at low and intermediate [IP3]. In the thesis, the focus was on the oscillatory regions at low [IP3], where the series of events that result in initiation and maintenance of [Ca2+]cyt oscillations is as follows: The [IP3] causes an increased efflux from cyt-facing IP3Rs, which brings the [Ca2+]cyt to sufficient levels for the initiation of Ca2+ bursting. High [Ca2+]μd, on the other hand, inactivates the μd-facing IP3Rs at high levels of stimulation. Thus, in this region, periodic opening of cyt-facing IP3Rs governs the oscillations of [Ca+2]cyt. Overall, the incorporation of the microdomains led to oscillations in the graphs of various molecules included in the model.
  • ItemOpen Access
    Μαθηματική ανάλυση της ισοθερμικής θερμιδομετρίας για αναγνώριση κινητικών παραμέτρων
    (2024-07-12) Μηναδάκη, Σοφία; Minadaki, Sofia
    Η Ισοθερμική Τιτλοδότηση Θερμιδομετρίας (Isothermal Titration Calorimetry ITC) αποτελεί ένα σημαντικό αναλυτικό εργαλείο για την κατανόηση των δεσμευτικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ δύο μορίων, με το ένα να δρα ως σύνδεσμός και το άλλο ως δέκτης. Ιδιαίτερα στον τομέα της βιολογίας, η ITC έχει αναδειχθεί ως μια καθοριστική τεχνική για την εξερεύνηση διαδικασιών σύνδεσης που αφορούν λιπιδικές μεμβράνες, πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και μακρομόρια. Μέσω της ITC, οι ερευ νητές μπορούν να προσδιορίσουν θεμελιώδεις θερμοδυναμικές παραμέτρους σύνδεσης—όπως ε λεύθερη ενέργεια (Δ𝐺), ενθαλπία (Δ𝐻) και εντροπία (Δ𝐻)—καθώς και στοιχειομετρία σύνδεσης (𝑛), όλα μέσα από ένα μόνο πείραμα. Το πείραμα διεξάγεται με την έγχυση του συνδέσμου στο κελί που περιέχει τον υποδοχέα. Στην παραδοσιακή προσέγγιση ή σταδιακή έγχυση ( Incremental Injec tion Approach -ITC), ο σύνδεσμος εισάγεται σταδιακά στο κελί που περιέχει τον δέκτη σε καθορι σμένα διαστήματα, ενώ η θερμότητα συνεχώς παρέχεται ή απορροφάται. Κατά τη διάρκεια της α ντίδρασης, η ισχύς που προσφέρεται ώστε να διατηρηθεί σταθερή θερμοκρασία καταγράφεται και χρησιμοποιείται για την κατασκευή του θερμογραφήματος . Ο υπολογισμός των θερμοδυναμικών παραμέτρων—όπως ενθαλπία (ΔH), εντροπία (ΔS), στοιχειομετρική αναλογία (n) και σταθερά ισορ ροπίας (K)—απαιτεί την ολοκλήρωση της περιοχής κάτω από την κορυφή που δημιουργείται μετά την έγχυση του συνδέτη για να σχηματιστεί το θερμογράφημα. Τα Θερμοδυναμικά δεδομένα υπο λογίζονται στο σημείο καμπής της σιγμοειδούς καμπύλης του θερμογραφήματος. Επιπλέον, η ITC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό κινητικών παραμέτρων (kinITC) μέσω μοντέλων με γνωστά κινητικά δεδομένα. Στα πειράματα IIA-ITC, ο υπολογισμός των κινητικών δεδομένων, όπως ο ρυθμός διάστασης της αντίδρασης (𝑘𝑜𝑓𝑓), επιτυγχάνεται με την προσαρμογή των προβλέψεων του μοντέλου στο σχήμα κάθε κορυφής στο θερμογράφημα, που προκύπτει από τη σταδιακή έγχυση του συνδέσμου στο κελί του θερμιδόμετρου. Ωστόσο, η IIA-ITC έχει μικρό α ριθμό πειραματικών σημείων λόγω του πεπερασμένου αριθμού εγχύσεων. Αυτός ο περιορισμός κα θιστά την σταδιακή προσέγγιση λιγότερο αξιόπιστη για θερμοδυναμική σύνδεση συστημάτων συν δέσμου-δέκτη με υψηλή σταθερά ισορροπίας (K). Η συνεχής έγχυση (CIA-ITC) είναι μια εναλλακτική μέθοδος στην παραδοσιακή προσέγγιση της σταδιακής έγχυσης. Σε αυτή την τεχνική, γίνεται συνεχής έγχυση του συνδέσμου στο κελί του θερμιδόμετρου. Αυτή η συνεχής έγχυση επιτρέπει την αύξηση της ποσότητας των δεδομένων, με αποτέλεσμα υψηλής πυκνότητας δεδομένα γύρω από το σημείο καμπής της σιγμοειδούς καμπύλης του θερμογραφήματος. Ο ευκολότερος προσδιορισμός του σημείου καμπής βοηθά στη μείωση του χρόνου του πειράματος και στη διατήρηση των αντιδρώντων, καθώς το πείραμα ολοκληρώνεται μετά την εκτίμηση των θερμοδυναμικών δεδομένων. Στην περίπτωση της CIA-ITC, η εφαρμογή του kinITC δεν είναι εφικτή, καθώς η συνεχής έγχυση του συνδέτη δεν οδηγεί στο σχηματισμό κορυφών στο θερμογράφημα. Δεδομένων των περιορισμών που συναντώνται στον υπολογισμό των κινητικών πα ραμέτρων μέσω της μεθόδου kinITC, έχει αναπτυχθεί μια νέα μεθοδολογία για των υπολογισμό των επιθυμητών δεδομένων χρησιμοποιώντας το θερμογράφημα που προκύπτει από την CIA-ITC. Αυτή η νέα μεθοδολογία έχει αναπτυχθεί για τρία διαφορετικά μοντέλα: το μοντέλο του ανεξάρ τητου σημείου σύνδεσης, το μοντέλο του ανταγωνιστικού σημείου σύνδεσης και το μοντέλο των δύο ανεξάρτητων σημείων σύνδεσης. Η μεθοδολογία για κάθε μοντέλο παραμένει ίδια, με τη μόνη διαφορά να είναι οι αλγεβρικές και οι διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν το δυναμικό μοντέλο. Στην περίπτωση των μοντέλων του ανεξάρτητου σημείου πρόσδεσης και των δύο ανεξάρτητων ση μείων πρόσδεσης, παρέχεται μόνο το θερμογράφημα που προκύπτει πειραματικά και μερικές αρχι κές υποθέσεις σχετικά με τις τιμές που πρέπει να υπολογιστούν. Ωστόσο, στην περίπτωση του αντα γωνιστικού μοντέλου, παρέχονται δεδομένα για τη δευτερεύουσα αντίδραση, η οποία είναι αντα γωνιστική με την υπό μελέτη αντίδραση. Αρχικά, πραγματοποιείται μια έρευνα του πεδίου τιμών του ρυθμού αντίδρασης σχηματισμού 𝑘𝑜𝑛, καθώς δεν υπάρχουν διαθέσιμες πληροφορίες για την τιμή της. Στη συνέχεια, οι θερμοδυναμικές παράμετροι συμπεριλαμβανομένων της ενθαλπίας, της σταθεράς διάστασης και της στοιχειομετρίας αναλογίας υπολογίζονται χρησιμοποιώντας την αλγε βρική εξίσωση. Αυτές οι παράμετροι υφίστανται διαδοχικές προσαρμογές έως ότου η πειραματική καμπύλη προσαρμοστεί σε αυτήν του μοντέλου. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από την αλγεβρική εξίσωση αποτελούν τη βάση για την επακόλουθη ανάλυση χρησιμοποιώντας το δυναμικό μοντέλο. Τόσο τα Θερμοδυναμικά όσο και τα κινητικά δεδομένα υπολογίζονται εκ νέου χρησιμοποιώντας το δυναμικό μοντέλο, με τις παραμέτρους να προσαρμόζονται διαδοχικά έως ότου η πειραματική κα μπύλη ταιριάζει με την καμπύλη που προκύπτει από το μοντέλο. Η παραπάνω μεθοδολογία χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό των κινητικών και θερμοδυνα μικών παραμέτρων για όλα τα τρία μοντέλα. Συγκεκριμένα, για το μοντέλο του ανεξάρτητου σημείου σύνδεσης, χρησιμοποιήθηκε το θερμογράφημα της σύνδεσης του άλφα-λιποϊκού οξέος (αLa) με την πρωτεΐνη Αβιδίνη, ενώ για τον ανταγωνιστικό δεσμό, χρησιμοποιήθηκε το θερμογράφημα που προ κύπτει από την έγχυση της βιοτίνης d-desthiobiotin (DTB) σε διάλυμα αLa και Αβιδίνης. Για το μο ντέλο των δύο ανεξάρτητων σημείων σύνδεσης, χρησιμοποιήθηκε η σύνδεση των ιόντων Ca+2 σε διάλυμα αιθυλενοδιαμινοτετραοξικού οξέος (EDTA) και 1,3-διαμινοπροπάνης-Ν,Ν,Ν',Ν'-τετραοξι κού οξέος (DPTA). Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από αυτή τη νέα μέθοδο συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα βιβλιογραφικά δεδομένα για να επαληθευτεί η ακρίβεια των υπολογισμών.
  • ItemOpen Access
    Επεξεργασία αποβλήτων λιθογραφείου της καπνοβιομηχανίας Παπαστράτος
    (2024-07-10) Μπαλταδούρου, Αιμιλία; Baltadourou, Aimilia
    Ένα κύριο πρόβλημα των βιομηχανιών αποτελεί η διάθεση των αποβλήτων τους είτε υγρών, είτε στερεών. Ιδιαίτερα τα υγρά απόβλητα, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν σημαντική ζημιά στα ύδατα, χρήζουν περαιτέρω επεξεργασίας. Τα απόβλητα από ένα λιθογραφειο περιέχουν χημικούς διαλυτές, βαφές και άλλες χημικές ουσίες, ρυπογόνες και βλαβερές για το περιβάλλον. Για αυτόν τον λόγο κρίνεται αναγκαίο να βρεθεί μια λύση για την αντιμετώπιση της υδάτινης ρύπανσης, που θα έχει θετικό πρόσημο σε αυτό το περιβαλλοντολογικό ζήτημα. Η εργασία αυτή καταπιάνεται με το υγρό απόβλητο από το λιθογραφείο της καπνοβιομηχανίας Παπαστράτος. Στο εργοστάσιο χρησιμοποιείται συνδυασμός δύο μεθόδων για την εκτυπωτική δια δικασία, η φλεξογραφία και η ψηφιακή εκτύπωση. Τα εν λόγω απόβλητα του λιθογραφείου χαρακτηρίζονται από υψηλό οργανικό φορτίου και έντονο χρώμα. Εκτός, από τα μελάνια μέσα στο απόβλητο υπάρχουν και καθαριστικές ουσίες οι οποίες διαφέρουν στον κάθε εξοπλισμό. Η συνύπαρξη αυτών των χαρακτηριστικών με την παρουσία τοξικών ουσιών, όπως βαρέα μέταλλα και πτητικές οργανικές ενώσεις, καθιστά αναγκαία την επεξεργασία τους πριν απορριφθούν στο περιβάλλον. Στο εργοστάσιο δεν γίνεται καμία προ-επεξεργασία των αποβλήτων αυτών σήμερα. Ανά τακτά χρονικά διαστήματα τα απόβλητα συλλέγονται από εξωτερικό συνεργάτη και επεξεργάζονται εκτός εταιρίας με πολύ υψηλό τίμημα. Παρόλο που οι κλασικές μέθοδοι επεξεργασίας όπως η χημική κρο κίδωση, η διήθηση και η προσρόφηση θα μπορούσαν να είναι μία επιλογή αφού φαίνονται αποτελεσματικές, υπάρχουν προσπάθειες για την ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών που θα βελτιστοποιήσουν την απόδοση και θα μειώσουν το κόστος. Μια τέτοια νέα μέθοδος είναι η ηλεκτροκροκίδωση (Electrocoagulation, 'EC'), η οποία βασίζεται στην ηλεκτροχημική διάλυση μετάλλων στο διάλυμα του αποβλήτου για την κροκίδωση και τον διαχωρισμό των ρύπων. Στην παρούσα εργασία, η ηλεκτροχημική κροκίδωση χρησιμοποιείται για την προ-επεξεργασία των πρωτογενών αποβλήτων της βιομηχανίας. Αξιολογείται η αποτελεσματικότητα της μεθόδου στην αφαίρεση οργανικού φορτίου και αποχρωματισμού υπό διάφορες λειτουργικές συνθήκες, ό πως η πυκνότητα ρεύματος και η επίδραση του pH. Ακόμα, εκτιμάται η ταχύτητα καθίζησης των κροκίδων που έχουν δημιουργηθεί μέσω της μεθόδου, αλλά και το κόστος λειτουργίας για τον χρόνο που θα λειτουργήσει η διεργασία. Τέλος, αναλύεται το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της διαδικασίας και προτείνονται βελτιώσεις για τη μέθοδο. H μέθοδος αυτή, κρίθηκε αποτελεσματική όσον αφορά τον αποχρωματισμό του αποβλήτου φτά νοντας σε αφαίρεση χρώματος σχεδόν 100% για όλες τις εξεταζόμενες πυκνότητες ρεύματος, ενώ με ρύθμιση pH και συνδυασμό των δύο μεθόδων η αφαίρεση χρώματος κυμάνθηκε 75%. Για την αφαίρεση του οργανικού φορτίου στα πειράματα με απλή ηλεκτροκροκίδωση η απόδοση ήταν ανά μεσα στο 12-15%. Για τα πειράματα με ρύθμιση pH η αφαίρεση χρώματος έπεσε στο 8-10%. H υψηλή απόδοση της μεθόδου, σε συνδυασμό με το χαμηλό οικονομικό κόστος και τις ελάχιστες περιβαλλοντικές συνέπειες, καθιστούν την ηλεκτροκροκίδωση μια εφικτή και πρακτική λύση για την προ-επεξεργασία των εν λόγω αποβλήτων σε επίπεδο βιομηχανικής κλίμακας. Το υποκείμενο υγρό στην συνέχεια επεξεργάζεται περαιτέρω στον βιολογικό καθαρισμό του εργοστασίου ενώ η εναπομένουσα ποσότητα λάσπης προτείνεται να λειτουργήσει ως κομπόστ ή να δοθεί σε εξωτερικό συνεργάτη.
  • ItemOpen Access
    Ανάλυση σχέσεων δομής-λειτουργίας υδατανθρακικών εστερασών με χρήση κρυσταλλογραφίας ακτινών Χ
    (2024-07-12) Σταυροπούλου, Αθηνά; Stavropoulou, Athina
    Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στη μελέτη των σχέσεων μεταξύ της δομής-λειτουργίας των υδατανθρακικών εστερασών της οικογένειας 16 μέσω Κρυσταλλογραφίας Ακτίνων Χ. Αναλυτικό-τερα, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν εστίασαν σε μία εστεράση οξικού οξέος με δράση στην ξυλάνη, που προέρχεται από το θερμόφιλο μύκητα Thermothelomyces thermophilus, με τον όνομα TtCE16B, και την τροποιημένη μορφή αυτής (TtCE16B-S19A). H TtCE16B κατατάσσεται στις εστεράσες οξικού οξέος (Carbohydrate Esterase family 16) που κα-ταλύουν την απομάκρυνση των υποκαταστατών από τις αλυσίδες των πολυσακχαριτών και συγκε-κριμένα της ξυλάνης. Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη ανήκει στη οικογένεια CE16 ακετυλοεστερασων από τον θερμόφιλο μύκητα T. thermophilus και εμφανίζει δραστικότητα εξω-αποακετυλάσης. Πρόσφατες μελέτες υποδεικνύουν συνεργιστική δράση του συγκεκριμένου ενζύμου με διάφορες ξυλανάσες και εστεράσες με σκοπό την αποτελεσματικότερη αποικοδόμηση της φυτικής βιομάζας. Για τον δομικό προσδιορισμό των ενζύμων, εφαρμόστηκε η διαδικασία της κρυστάλλωσης πρωτε-ϊνών με την τεχνική διάχυσης ατμών κρεμάμενης σταγόνας (hanging drop vapour diffusion) για τη δη-μιουργία μονοκρυστάλλων. Χρησιμοποιήθηκαν τόσο φυσικά υδρολύματα ξυλάνης όσο και χημικά συντεθιμένα μόρια για εμβάπτιση των κρυστάλλων για ποικίλα χρονικά διαστήματα και έπειτα αξιο-ποιήθηκε η τεχνική της κρυσταλλογραφίας με περίθλαση ακτίνων Χ ώστε να επιλυθούν οι μοριακές δομές. Υστέρα από την επιλογή κατάλληλων κρυστάλλων, πραγματοποιήθηκε η εξ αποστάσεως συλ-λογή δεδομένων περίθλασης ακτίνων Χ στο σταθμό συχροτρονικής ακτινοβολίας Ρ13 (PETRA III, DESY) στο Αμβούργο (Γερμανίας). Τα δεδομένα που προέκυψαν από την περίθλαση χαρακτηρίζονται από μεγάλη ευκρίνεια, έως και 1.37Å, γεγονός που επέτρεψε την επίλυση της δομής της TtCE16B-S19A και τον προσδιορισμό ύπαρξης συμπλόκου ενζύμου προσδέτη. Με την επίλυση των δομών βρέθηκε ότι δεν εντοπίζεται κάποιος από τους προσδέτες που είχαν χρησιμοποιηθεί για εμβάπτιση των κρυστάλλων. Αντίθετα στις περισσότερες περιπτώσεις βρέθηκε σύμπλοκο οξικού ανιόντος και του ενζύμου, δηλαδή σύμπλοκο του προϊόντος της κατάλυσης και του ενζύμου. Στόχος αυτής της εργασίας ήταν να κατανοηθούν βαθύτερα οι σχέσεις μεταξύ της δομής και της λειτουργίας του συγκεκριμένου ενζύμου, ώστε να γίνουν καλύτερα κατανοητοί οι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης με τα υποστρώματα του για την αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον αποικοδόμηση της λιγνοκυτταρινούχας βιομάζας. Παρόλο που τελικά δεν βρέθηκε μοριακή δομή συ-μπλόκου ενζύμου προσδέτη αντλήθηκαν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την δομή και λειτουρ-γία του ενζύμου
  • ItemOpen Access
    Μελέτη μηχανικής ένθεσης γραφενικών υλικών σε πολύ(υδροξυαλκανοϊκούς) εστέρες
    (2024-07-10) Σμαρνάκης, Θεοφάνης-Ηρακλής; Smarnakis, Theofanis-Iraklis
    Ερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα της μεθόδου solvent casting για σύνθεση λειτουργικών βιοϋλικών, συγκεκριμένα βιοπλαστικών, τα οποία παράγονται από μικρόβια μέσω εκμετάλλευσης οργανικών αποβλήτων, με προσθήκη γραφενικών υλικών. Ακολούθως, εκτελέστηκε ανάλυση θερμι-κών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων των σύνθετων υλικών καθώς, έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η εκτίμη-ση της δυναμικής της τεχνικής για την απόδοση τελικών προϊόντων τα οποία μπορούν να χρησιμο-ποιηθούν σε εφαρμογές. Μια εκ των σημαντικότερων παραμέτρων που χρειάζονται να εξεταστούν, είναι επιτευξιμότητα δημιουργίας ομογενών σύνθετων πολυμερών τα οποία έχουν καλή διασπορά και διεπιφανειακές αλ-ληλεπιδράσεις του νανοϋλικού εντός της πολυμερικής μήτρας. Λόγω της έλλειψης συγγένειας του γραφενίου με τα περισσότερα πολυμερή, εξαιτίας της χημικής αδράνειας των επιφανειών, η ομογενής κατανομή του στις πολυμερικές μήτρες είναι δύσκολη. Στη δεδομένη μελέτη η ένθεση γραφενικών υλικών στις πολυμερικές μήτρες γίνεται διερευνητικά, μέσω δοκιμής και σφάλματος, με τη μέθοδο του solvent casting, σχεδόν στο όλον της με τη χρήση shear mixer, στοχεύοντας ταυτόχρονα στην επίτευξη καλής διασποράς καθώς και περαιτέρω αποφλοίωσης των νανοϋλικών. Οι δοκιμές έγιναν με χρήση τριών διαφορετικών βιοπολυμερών, συγκεκριμένα εμπορικού πολυ(3-υδροξυβουτυρικού-3-υδροξυβαλερικού) (PHBV) της Sigma Aldrich, με αναλογία μονομερών 88:12 (mol:mol), εμπορικού πολύ(3-υδροξυβουτυρικού) (PHB) με εμπορική ταμπέλα BIOMER P209, και εργαστηριακής παραγωγής εμπορικού πολυ(3-υδροξυβουτυρικού-3-υδροξυβαλερικού) (PHBV), με αναλογία μονομερών 97:3 (mol:mol). Τα γραφενικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είναι γραφίτης, γραφένιο, οξείδιο του γραφενίου (GO) και ανηγμένο οξείδιο του γραφενίου (rGO). Οι παράγοντες που εξετάστηκαν για την επίτευξη δημιουργίας ενός ομογενούς δείγματος με τη χρήση solvent casting ήταν η ταχύτητα και η θερμοκρασία της ανάμιξης, η θερμοκρασία κατά την εξάτμιση του διαλύτη, ο τύπος του διαλύτη (χλωροφόρμιο και ισοπροπυλική αλκοόλη, χρή-ση ως μέσο διασποράς του νανοϋλικού), το υλικό του δοχείου που χρησιμοποιήθηκε ως καλούπι για το casting (γυαλί, teflon), η αναλογία όγκο διαλύματος σε σχέση με τον υλικό (v/w) και η αναλογία νανοϋλικού προς βιοπολυμερές (w/w). Σε κάθε δοκιμή, τα δείγματα εξετάστηκαν οπτικά ως προς την επιτυχία της ανάμιξης και της ομογένεια της διασποράς του νανοϋλικού στο βιοπολυμερές, εν συνεχεία με ανάλυση SEM, ανάλυση θερμικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων , και φασματοσκοπία RAMAN. Βάσει των ανωτέρω αναπτύχθηκε ένα βελτιωμένο πρωτόκολλο για την δημιουργία σύνθετων βιοπολυμερών μέσω solvent casting.
  • ItemOpen Access
    Μελέτη βιοαπανθρακωμάτων ως μέσο αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
    (2024-07-11) Κοττής, Θεόδωρος; Kottis, Theodoros
    Η ενέργεια διαδραματίζει πρωταγωνιστικό ρόλο στην καθημερινότητα των ανθρώπων σήμερα μιας και η κατανάλωση αυτής, σε οποιαδήποτε μορφή της, αποτελεί αναγκαία συνθήκη για την ικανοποίηση πολλαπλών αναγκών. Η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται κατά κύριο λόγο από την καύση ορυκτών καυσίμων με τις συνεπακόλουθες καταστρεπτικές περιβαλλοντικές συνέπειες να καθιστούν αναγκαία παγκοσμίως τη στροφή σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στην Ελλάδα το 2022 η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ανανεώσιμων πηγών, όπως η ηλιακή, η αιολική και η υδροηλεκτρική αποτέλεσε το 45.2% της συνολικής παραγωγής. Πέραν όμως από την καθαυτή παραγωγή πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας, φλέγον ζήτημα των καιρών αποτελεί η αποτελεσματική αποθήκευσή της. Τα φωτοηλεκτροχημικά κελία καυσίμου μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική καταναλώνοντας ταυτόχρονα μια οργανική ουσία-ρύπο. Πρόκειται για απλές ηλεκτροχημικές διατάξεις που απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολία στην φωτοκαταλυτική επιφάνεια της ανόδου, ενώ στο ηλεκτρόδιο καθόδου, που φέρει ηλεκτροκαταλύτη παρουσία Ο2, πραγματοποιούνται αντιδράσεις αναγωγής. Με την προσθήκη μάλιστα ενός κατάλληλου τρίτου ηλεκτροδίου στο μέσον του κελιού πα ρέχεται η δυνατότητα ταυτόχρονης αποθήκευσης της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της δημιουργίας ενός υπερπυκνωτή. Με βάση προηγούμενες μελέτες, επιλέγονται οργανικά φυτικά απόβλητα για να επιτελέσουν, κατόπιν επεξεργασίας, τον ρόλο των ηλεκτροκαταλυτών και υπερπυκνωτών πάνω σε ηλεκτρόδια υφάσματος άνθρακα. Τα βιοαπανθρακώματα που προκύπτουν από κοτσάνι καλαμποκιού, ξύλο ελιάς και απόβλητα ζυθοποιίας κατόπιν πυρόλυσης και χημικής ενεργοποίησης χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των ζητούμενων ηλεκτροδίων αέρα παρουσιάζοντας έτσι ένα διπλό περιβαλλοντικό ενδιαφέρον. Αντίστοιχα ηλεκτρόδια που φέρουν τα συγκεκριμένα βιοαπανθρακώματα ως ηλεκτροκαταλύτες χρησιμοποιούνται και σε εφαρμογές μπαταριών Zn-αέρα. Πρόκειται για διατάξεις που λειτουργούν ως κελία καυσίμου και στοχεύουν στην ηλεκτροχημική αποθήκευση ενέργειας εντός αυτών, έχοντας ταυτόχρονα την δυνατότητα επαναφόρτισης, αφού ο ψευδάργυρος καταναλώνεται κατά την εκφόρτιση και παράγεται κατά την φόρτιση της μπαταρίας. Τα τρία βιοαπανθρακώματα παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες μιας και διαφέρει η πρώτη ύλη άρα και η δομή τους. Το κοτσάνι καλαμποκιού παρουσιάζει την μικρότερη ειδική επιφάνεια μεταξύ των υλικών, SSA(CORNCOB)=92 m2/g, γεγονός που οφείλεται στην ύπαρξη μεγάλου ποσοστού κυτταρίνης και ημικυτταρίνες στο εσωτερικό του. Αντίθετα, τόσο στο ξύλο ελιάς όσο και στα απόβλητα ζυθοποιίας στα οποία κυριαρχεί η λιγνίνη, η χημική ενεργοποίηση με ΚΟΗ οδηγεί σε μεγάλες τιμές ειδικής επιφάνειας SSA(OTT)=1020 m2/g και SSA(SMR)=1140 m2/g αντίστοιχα. Η λειτουργία του ηλεκτροχημικού κελιού με άνοδο CdS/TiO2/FTO και κάθοδο CB/CC κρίνεται επι τυχημένη καθώς παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα παρουσία ηλιακής ακτινοβολίας. Το ηλεκτρόδιο υπερπυκνωτή Biochar/CC δίνει την δυνατότητα λειτουργίας του κελιού ακόμα και απουσία φωτός για σημαντικό χρονικό διάστημα. Τα βιοαπανθρακώματα καταφέρνουν να αποθηκεύσουν ενέργεια μέσα στο κελί δημιουργώντας στην διεπιφάνεια με τον ηλεκτρολύτη υπερπυκνωτή χωρητικότητας C(CORNCOB)=27.1 F/g , C(OTT)=23.0 F/g, C(SMR)=15.6 F/g. Τέλος, οι διαφορές μεταξύ των υλικών ως ηλεκτροκαταλύτες στις μπαταρίες Zn-αέρα δεν φαίνεται να είναι σημαντικές, προκηρύσσοντας την σημαντικότητα της κοινής διαδικασίας μετατροπής των οργανικών αποβλήτων σε βιοαπανθρακώματα έναντι της προέλευσης αυτών. Αποτελούν ωστόσο μια αποτελεσματική επιλογή για την ομαλή λειτουργία των μπαταριών αυτών στην πάροδο του χρόνου εξασφαλίζοντας διαδοχικούς κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης με μικρές διακυμάνσεις στην απόδοση.
  • ItemOpen Access
    Optimal sizing of a smart grid for the building of the Chemical Engineering department at the University of Patras
    (2024-07-11) Τσούλου, Αικατερίνη; Tsoulou, Aikaterini
    In this study, a mathemaNcal programming formulaNon is presented for the opNmal design of a renewable energy producNon system to cover the energy demand of the Chemical Engineering Department building at the University of Patras, Greece. The microgrid consists of a wind turbine, a solar panel system, a diesel generator, a ba[ery energy storage system, a PEM electrolyzer for hydrogen producNon from excess energy and a system for its compression and storage. The amount of hydrogen and oxygen produced can eventually be sold, providing income to the system. The microgrid can also draw power from the naNonal grid when needed. Two main case studies are conducted: one for the minimizaNon of the total annual cost and one for the minimizaNon of the carbon footprint. The economically opNmal structure of the energy producNon system exhibits an impressive reducNon not only in the total annual cost but also in the environmental footprint of the building, with CO2 emissions reduced by more than 40%. The case study focused on minimizing the carbon footprint shows a significant reducNon, approximately 150%, indicaNng that not only the lower emissions possible but surplus hydrogen producNon also helped replace diesel fuel, further reducing emissions. The current study provides theoreNcal and computaNonal evidence supporNng the installaNon and use of renewable energy sources, which contribute to energy security and cost reducNon of the building of the Chemical Engineering Department at the University of Patras. The use of a PEM electrolyzer for hydrogen producNon contributes to both low costs and reduced CO2 emissions. Additionally, this research highlights the importance of flexible energy strategies that can adapt to varying electricity costs and further reduce dependency on fossil fuels.
  • ItemOpen Access
    Dynamics analysis of storage processes in hydrogen refuelling units
    (2024-07-11) Χριστοδούλου, Κωνσταντίνος; Christodoulou, Konstantinos
    In the context of a rapidly evolving energy landscape, the modern economy increasingly demands alternative methods for energy production and storage. As the shift towards renewable energy sources gains momentum, hydrogen emerges as a key factor in the transition to a sustainable energy future. This thesis focuses on the modelling and simulation of hydrogen refuelling units for hydrogen-powered vehicles that utilize a compressed, hypercritical-state hydrogen storage system. The study involves optimizing an equation of state based on available experimental data to accurately depict hydrogen's properties under diverse conditions. Fundamental mass and energy balances are then applied to various components of a hydrogen refuelling station, facilitating a detailed simulation of the refuelling process. A thorough review of the literature was conducted to ensure a comprehensive understanding of the current technological and safety landscapes. The results of the simulation indicate a high level of precision in capturing the dynamics of hydrogen refuelling and confirm adherence to safety standards and regulatory requirements. The modelling was conducted using MATLAB, implementing a continuous-time dynamic model that utilizes ordinary differential equations (ODEs), differential-algebraic equations (DAEs), and spatial discretization methods to accurately simulate the system’s behaviour. Additionally, some empirical equations were incorporated, and the model's predictions were rigorously compared with experimental data to validate accuracy. These outcomes enhance our understanding of hydrogen refuelling mechanics and validate the model’s effectiveness in ensuring operational safety and efficiency. The findings underscore the potential for further improvements in hydrogen infrastructure and support the broader integration of hydrogen technologies into the renewable energy matrix.
  • ItemOpen Access
    Μελέτη των συνθηκών φόρτισης και εκφόρτισης μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα χρησιμοποιώντας ηλιακή ακτινοβολία
    (2024-07-10) Αντωνόπουλος, Αλέξιος; Antonopoulos, Alexios
    Στην σύγχρονη εποχή κυρίως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια τείνουν να καταλάβουν την θέση των παραδοσιακών μορφών ενέργειας από τα ορυκτά καύσιμα , με απώτερο σκοπό να μειωθεί το αποτύ-πωμα που αφήνεται στο περιβάλλον και τελικά στην προστασία της φύσης για τις επόμενες γενιές. Όμως για να γίνει αυτό απαραίτητη είναι η χρήση μπαταριών για την αποθήκευση αυτής της ενέρ-γειας και ειδικότερα μπαταριών μετάλλου - αέρα , που αποτελούν μια λύση με πολλές ελπίδες στο μέλλον και πολλά περιθώρια εξέλιξης στον ευρύ τομέα της ηλεκτροχημικής αποθήκευσης ενέργειας. Ειδικότερα τον ρόλο του μετάλλου κυρίως λαμβάνει ο ψευδάργυρος (Zn) , καθώς συμφέρει οικονομι-κά λόγω των μεγάλων αποθεμάτων που έχει στην Γη , και παράλληλα λόγω της υψηλής του ενερ-γειακής πυκνότητας , που τον κάνει ιδιαίτερα ελκυστικό και ενδιαφέρον στο ερευνητικό <<κομμάτι>> από τους επιστήμονες. Πρακτικά οι μπαταρίες Zn – air είναι κελιά καυσίμου , που ταυτόχρονα έχουν την δυνατότητα επαναφόρτισης , καθώς ο ψευδάργυρος παράγεται κατά την διάρκεια της φόρτισης της μπαταρίας και καταναλώνεται κατά την εκφόρτιση , και συνεπώς έχει την δυνατότητα να οριστεί ως μπαταρία. Η κύρια πειραματική συσκευή αποτελείται από ένα φωτοηλεκτρόδιο που λαμβάνει τις δέσμες φωτός της μία λάμπας και ένα φύλλο ψευδαργύρου , ενώ η βοηθητική συσκευή από ένα φωτοηλεκτρόδιο τις δέσμες φωτός της δεύτερης λάμπας και ένα κομμάτι ανθρακονήματος CC με πάστα άνθρακα CB. Ακόμη και οι δύο πειραματικές συσκευές έχουν ως ηλεκτρολύτη NaOH 1M με 10% αιθανόλη ενώ η άνοδος συνδέεται με το φωτοηλεκτρόδιο της βοηθητικής συσκευής και η κάθοδος με το φύλλο ψευ-δαργύρου της κύριας συσκευής , ενώ μέσω ενός καλωδίου μετακινούνται ηλεκτρόνια ανάμεσα στα άλλα δύο ηλεκτρόδια.
  • ItemOpen Access
    Αξιολόγηση οινολογικών χαρακτηριστικών νέου στελέχους ζυμομύκητα απομονωμένου από τον Αχαϊκό αμπελώνα
    (2024-07-10) Μεσσήνης, Θεόδωρος; Messinis, Theodoros
    Η αλκοολική ζύμωση αποτελεί κρίσιμη διαδικασία στην οινοπαραγωγή, με τους ζυμομύκητες να παίζουν κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη των αρωματικών και γευστικών χαρακτηριστικών του οίνου. Στην οινοποίηση χρησιμοποιούνται τόσο οι Saccharomyces όσο και οι non-Saccharomyces ζυμομύκητες, ή άγριες ζύμες. Το ενδιαφέρον για την έρευνα των non-Saccharomyces ζυμομυκήτων έχει αυξηθεί, καθώς αυτοί οι ζυμομύκητες προσφέρουν μοναδικά χαρακτηριστικά που μπορούν να βελτιώσουν την ποιότητα των τελικών προϊόντων. Οι non-Saccharomyces ζυμομύκητες δείχνουν μεγάλη ανοχή σε ποικίλες περιβαλλοντικές συνθήκες και μπορούν να συμβάλουν στην ανάπτυξη σύνθετων αρωματικών προφίλ και να βελτιώσουν τη γευστική πολυπλοκότητα του τελικού προϊόντος καθώς μπορούν να παράγουν μια ποικιλία μεταβολιτών που δεν παράγονται συνήθως από τους Saccharomyces. Ένας από αυτούς, ο Lachancea thermotolerans, έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον λόγω της ικανότητάς του να αντέχει σε διαφορετικές συνθήκες ζύμωσης, ιδίως σε υψηλές θερμοκρασίες αλλά και της υψηλής παραγωγής γαλακτικού οξέος. Στην παρούσα εργασία, διερευνήθηκε η χρήση ενός νέου στελέχους ζυμομύκητα, απομονωμένου από τον Αχαϊκό αμπελώνα για την παραγωγή οίνων σε διαφορετικές συνθήκες ζύμωσης και συγκρίθηκαν οι ιδιότητές του με τον L. thermotolerans. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το νέο στέλεχος παρήγαγε υψηλές ποσότητες γαλακτικού οξέος σε συγκέντρωση 3.2-7,0 g/L. Η παραγωγή αιθανόλης από το νέο στέλεχος έφτασε κατά μέσο όρο περίπου 10% v/v, ενώ η παραγωγή μεθανόλης ήταν αμελητέα, κάτι που είναι σημαντικό για την ασφάλεια και την ποιότητα του οίνου. Η γλυκερόλη παρήχθη σε συγκεντρώσεις της τάξεως του 0,5% m/v. Η ολική οξύτητα (τιτλοδοτούμενη) του οίνου ήταν 8.6-10.2 g/L, ενώ η πτητική οξύτητα παρέμεινε σε χαμηλά επίπεδα κάτω από 1 g/L. Η κατανάλωση σακχάρων ήταν αποτελεσματική, με το στέλεχος να καταναλώνει σχεδόν πλήρως τα διαθέσιμα σάκχαρα, γεγονός που υποδεικνύει την υψηλή αποδοτικότητά του στην αλκοολική ζύμωση. Τέλος, το νέο στέλεχος παρουσίασε δυνατότητα αξιοποίησης/μετατροπής οργανικών οξέων, όπως το μηλικό οξύ και το τρυγικό οξύ. Το νέο στέλεχος επέδειξε επίσης πολύ υψηλή ικανότητα προσαρμογής σε διαφορετικές συνθήκες ζύμωσης. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το νέο στέλεχος πολλά υποσχόμενο για την παραγωγή οίνων με υψηλή ποιότητα και διαφοροποιημένο χαρακτήρα, προσφέροντας μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική επιλογή για οινοπαραγωγούς που αναζητούν νέες καινοτόμες λύσεις. Συγκρίνοντας το νέο στέλεχος με τον L. thermotolerans, παρατηρούνται παρόμοιες ιδιότητες στην παραγωγή γαλακτικού οξέος και αιθανόλης. Η ολική και πτητική οξύτητα, καθώς και η κατανάλωση των οργανικών οξέων και των σακχάρων ήταν επίσης συγκρίσιμες.
  • ItemOpen Access
    Φασματοσκοπία Raman καταλυτών VOx/TiO2(P25) για την εκλεκτική καταλυτική αναγωγή του ΝΟ με ΝΗ3
    (2024-03-15) Τσουβέλη, Μαρία; Tsouveli, Maria
    Η παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφει την εκλεκτική καταλυτική αναγωγή (SCR), των NOx από ΝΗ3, στοχεύοντας στη μελέτη των διαθέσιμων ενεργών κέντρων της διεσπαρμένης VOx φάσης, υποστηριγμένων σε TiO2 (P25) καταλυτών. Επιλέγονται καταλυτικές επιφανειακές φορτίσεις από 0.40 V/nm2 έως 4.0 V/nm2, κάτω του μονοστρώματος, ώστε να δίνεται η δυνατότητα απομόνωσης των διαθέσιμων VOx ειδών. Επίσης, ερευνάται ο μηχανισμός προσρόφησης της NH3, εξετάζοντας την αλληλεπίδρασή της με την διεσπαρμένη φάση και τον φορέα (P25), με στόχο την αποσαφήνιση ενός ενδιάμεσου σταδίου της SCR. Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιείται η Raman φασματοσκοπία με τις εξής δύο με θοδολογίες: α) υπό ελεγχόμενες συνθήκες (in situ) και β) υπό σταθερή ατμόσφαιρα NH3 και ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας (static), σε θερμοκρασίες 250 οC και 400 οC. Tα πιθανά ενεργά κέντρα VOx σε φορέα Degussa P25, που μπορεί να λάβει χώρα η αλληλεπίδραση της ΝΗ3 και του ΝΟ προς παραγωγή του Ν2 μέσω της SCR είναι τα μονομερή μονο-όξο είδη (Ι), (ΙΙ), με έναν τερματικό δεσμό και (ΙΙΙ), με δύο τερματικούς δεσμούς V=O (διόξο είδη) για χαμηλές φορτίσεις, ενώ αυξάνοντας τη φόρτιση εμφανίζονται πολυμερή, με βασικές δομικές μονάδες τα είδη (Ι) και (ΙΙ). Αρχικά, η έρευνα περιορίζεται στις φασματικές περιοχές που περιέχουν τις δονήσεις των V-O δεσμών, όπου ελέγχεται ξεχωριστά η αλληλεπίδραση διαδοχικών βημάτων του κύκλου οξειδωαναγωγής με τον φορέα TiO2. Στη συνέχεια, διεξάγεται εκτενέστερη μελέτη φασμάτων στις V-O, N-H, O-H περιοχές δόνησης, σε συνθήκες στατικής ισορροπίας, για την κατανόηση της πρόσδεσης της ΝΗ3 σε Bronsted και Lewis θέσεις των δομών των VOx και του φορέα. Η ανάλυση των φασμάτων υπογραμμίζει πως εντοπίζονται πιο έντονες δομικές αλλαγές, στους 250 οC, από την πρόσδεση της NH3 στα VOx είδη και στην ΤiΟ2, καθώς και υπό ροή SCR τροφοδοσίας, με την οποία δεν παρουσιάζεται, ιδίως στις μικρότερες φορτίσεις, πλήρης επανοξείδωση, όταν το δείγμα εκτεθεί σε αυτή μετά από αναγωγικές συνθήκες. Αντίθετα, σε αυτών της υψηλότερης φόρτισης υπό ροή SCR μετά τις αναγωγικές συνθήκες ΝΗ3+ΝΟ, παρατηρείται στον ίδιο χρόνο επανοξείδωση. Όσον αφορά, τους 400οC σε χαμηλές φορτίσεις οι αλληλεπιδράσεις μέσω της SCR με τη διεσπαρμένη φάση περιορίζονται, με αλληλεπίδραση κυρίως των ειδών (Ι) και των γεφυρωτικών. Στα δείγματα μεσαίας και υψηλής φόρτισης για τη θερμοκρασία των 400 οC η σύσταση της SCR τροφοδοσίας επαναφέρει τον καταλύτη στην αρχική του οξειδωμένη κατάσταση. Παρακολουθώντας, την αλληλεπίδραση των δειγμάτων με την ΝΗ3 στην πολύ χαμηλή φόρτιση προτιμάται η αλληλεπίδραση της NH3 με τον φορέα, στις υπόλοιπες η πρόσδεση της NH3 σε θέσεις των VOx ειδών, ενώ ανάμεσα σε μονομερείς έναντι πολυμερών διαμορφώσεων ευνοείται η αλληλεπίδραση της NH3 με τις γεφυρώσεις των πολυμερικών δομών. Τέλος, οι αλληλεπιδράσεις με την ΝΗ3 γίνονται αποκλειστικά μέσω Lewis θέσεων της επιφάνειας και των VOx στους 400 οC, αντίθετα, στους 250 οC ιδίως σε χαμηλές φορτίσεις εντοπίζεται και αλληλεπιδράσεις μέσω Brönsted προς σχηματισμού NH4+ σε V-OH-Ti, Ti-OH-Ti και Ti-OH θέσεις.
  • ItemOpen Access
    Επίδραση επιφανειοδραστικών ενώσεων στην καταβύθιση αλάτων σε μικροκανάλια κατά την ανάμιξη υπέρκορων διαλυμάτων
    (2024-03-20) Στεφάνου, Χρήστος; Stefanou, Christos
    Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η επίδραση δύο διαφορετικών επιφανειοδραστικών ου σιών στην καταβύθιση ανθρακικού ασβεστίου σε μικροκανάλια διαφορετικής διαβροχής. Ειδικό τερα, για την καταβύθιση του CaCO3 παρασκευάστηκαν υπέρκορα διαλύματα ΝαΗCO3 και CaCl2 σε τιμές υπερκορεσμού SR=10.5,30.2,50.7 παρουσία της ανιοντικής επιφανειοδραστικής ένωσης ΑΟΤ σε συγκεντρώσεις 20,40,50 ppm και παρουσία της κατιοντικής επιφανειοδραστικής ουσίας CTAB σε συγκέντρωση 20 ppm. Στην συνέχεια, τα ρευστά διοχετεύονταν στην είσοδο τύπου-Υ του μικροκα ναλιού μέσω μικρορροϊκών αντλιών και παρακολουθούνταν από οπτικό μικροσκόπιο με ενσωματω μένη βιντεοκάμερα συνδεδεμένο σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Ανά τακτά χρονικά διαστήματα λαμ βάνονταν στιγμιότυπα κατά μήκος του μικροκαναλιού ώστε να μελετηθούν σημαντικοί παράγοντες της κρυστάλλωσης όπως ο χρόνος παρατήρησης του πρώτου κρυστάλλου, η μορφολογία, το μέγεθος και ο ρυθμός ανάπτυξης των καταβυθιζόμενων κρυστάλλων. Σε όλα τα πειράματα διατηρήθηκαν σταθερές οι ακόλουθες συνθήκες: ογκομετρική παροχή Q=0.5 μL/min, T=250C, pΗ=7 και ιοντικής ισχύς 0.15 Μ. Τέλος, αυτή η εργασία αποτελεί συνέχεια της διδακτορικής διατριβής του Δρ. Ανδρέα Τζαχρήστα και της έρευνας που εκπονείται στο Εργαστήριο Φαινομένων Μεταφοράς και Φυσικοχη μικής Υδροδυναμικής του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Στην πρώτη σειρά πειραμάτων, η παρουσία ΑΟΤ (20 ppm) στο γυάλινο μικροκανάλι διευκόλυνε την πυρηνογένεση και την κρυσταλλική ανάπτυξη κατά μήκος του μικροκαναλιού καθώς καταβυθί στηκε μεγάλος αριθμός κρυστάλλων μικρού μεγέθους, μείωσε δραστικά τον χρόνο παρατήρησης του πρώτου κρυστάλλου και σταθεροποίησε την θερμοδυναμικά ασθενέστερη φάση του βατερίτη. Παρουσία μεγαλύτερης συγκέντρωσης ΑΟΤ (40 ppm), στην μεσαία τιμή υπερκορεσμού (SR=30.2), η κρυστάλλωση έλαβε χώρα κατά κύριο λόγο στην δεξιά πλευρά του γυάλινου μικροκαναλιού πιθανών λόγω της δυσκολίας διάχυσης των ιόντων σχηματισμού του CaCO3 ενώ στον υψηλότερο υπερκορε σμό (SR=50.7) παρατηρήθηκε μείωση του χρόνου εμφάνισης του πρώτου κρυστάλλου. Στο σιλανο ποιημένο μικροκανάλι, η επιφανειοδραστική ουσία ελάττωσε τον χρόνο παρατήρησης του πρώτου κρυστάλλου και προκάλεσε αναστολή της πυρηνογένεσης καθώς καταβυθίστηκε μικρότερος αριθ μός κρυστάλλων στους μικρούς (SR=10.5) και μεσαίους (SR=30.2) υπερκορεσμούς σε σχέση με την καταβύθιση CaCO3 απουσία ΑΟΤ. Ο σχηματισμός λιγότερων κρυστάλλων αποδίδεται στον προσανα τολισμό των υδρόφοβων αλυσίδων του ΑΟΤ στα σιλανοποιημένα τοιχώματα. Η αύξηση της συγκέ ντρωσης του ΑΟΤ στα 40 ppm μείωσε τον χρόνο παρατήρησης στον μεσαίο υπερκορεσμό (SR=30.2) ενώ στον υψηλότερο υπερκορεσμό (SR=50.7) η πυρηνογένεση δεν επηρεάστηκε σημαντικά. Ακόμα, η παρουσία ΑΟΤ στο σιλανοποιημένο μικροκανάλι σταθεροποίησε τον βατερίτη. Πλήρης αναστολή της κρυστάλλωσης παρατηρήθηκε στα πειράματα με SR=10.2 παρουσία ΑΟΤ συγκέντρωσης 40ppm και SR=30.2 παρουσία ΑΟΤ 50 ppm τόσο στο γυάλινο όσο και στο σιλανοποιημένο μικροκανάλι. Στην δεύτερη σειρά πειραμάτων, παρουσία CTAB συγκέντρωσης 20 ppm μειώθηκε ο χρόνος πα ρατήρησης του πρώτου κρυστάλλου και αυξήθηκε ο ρυθμός κρυσταλλικής ανάπτυξης σε σχέση με τα αντίστοιχα πειράματα παρουσία ΑΟΤ (20 ppm). Στο γυάλινο μικροκανάλι, παρουσία CTAB σταθε ροποιήθηκαν οι φάσεις του αραγωνίτη και του βατερίτη ενώ στον υψηλότερο υπερκορεσμό (SR=50.7) καταβυθίστηκαν λίγοι κρύσταλλοι που αναπτύχθηκαν σε μεγάλα συσσωματώματα κυρίως αραγωνίτη και ασβεστίτη. Στο σιλανοποιημένο μικροκανάλι, σε SR=30.2 αναπτύχθηκαν λιγότεροι κρύσταλλοι μεγαλύτερου μεγέθους (~60 μm) συγκριτικά με τα πειράματα παρουσία ΑΟΤ 20 ppm (~30 μm) στο σιλανοποιημένο μικροκανάλι και παρουσία CTAB (~35 μm) στο γυάλινο μικροκανάλι ενώ σε SR=50.7 σημειώθηκε ο μικρότερος χρόνος εντοπισμού μεταξύ όλων των πειραμάτων (5 min). Επιπλέον, στον υψηλότερο υπερκορεσμό (SR=50.7), οι αρχικοί κρύσταλλοι που σχηματίστηκαν, α φού αναπτύχθηκαν έως ένα κρίσιμο μέγεθος διευκόλυναν την δευτερογενή πυρηνογένεση ,καθώς καταβυθίστηκε μεγάλο πλήθος μικρών κρυστάλλων (κυρίως αραγωνίτες και βατερίτες).
  • ItemOpen Access
    Μέτρηση πτητικών οργανικών ενώσεων στην Αθήνα και προσδιορισμός των πηγών τους
    (2024-03-21) Σπυράτος, Χρήστος; Spyratos, Christos
    Η παρούσα εργασία ασχολείται με τη μέτρηση των συγκεντρώσεων πτητικών οργανικών ενώσεων σε ένα αστικό περιβάλλον, στο Θησείο, στο κέντρο των Αθηνών και επίσης γίνεται προσπάθεια για τον προσδιορισμό των πηγών τους. Τα VOCs είναι μια κατηγορία ενώσεων που επιβαρύνουν την ανθρώπινη υγεία άμεσα, αλλά και έμμεσα, καθώς συμμετέχουν σε αντιδράσεις που παράγουν σημαντικούς δευτερογενείς ρύπους (όζον, σωματίδια κλπ.). Για τον ποσοτικό και ποιοτικό προσδιορισμό των VOCs, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Thermal Desorption – Gas Chromatography – Mass Spectrometry (TD-GC-MS), με χρήση ροφητικού υλικού, για την προσυγκέντρωση του δείγματος. Έγινε βαθμονόμηση με πρότυπα διαλύματα 8 ενώσεων που συναντιόνταν και στα δείγματα, ώστε να γίνει και ο ποσοτικός προσδιορισμός τους. Επίσης χρησιμοποιούνται τεχνικές αξιολόγησης της συγκεκριμένης μεθόδου δειγματοληψίας και ανάλυσης με σκοπό να βελτιωθεί η μέθοδος συνολικά. Τέλος, γίνεται συσχέτιση των μετρήσεων μεταξύ τους, αλλά και με μετρήσεις άλλων βασικών ρύπων, ώστε να ερμηνευτούν οι συγκεντρώσεις που εξάγονται, αλλά και να γίνει μια προσπάθεια προσδιορισμού των πηγών τους.
  • ItemOpen Access
    Ρεολογία τηγμάτων πολυμερικών δακτυλίων : προσομοίωση μοριακής δυναμικής εκτός ισορροπίας και θεωρητική ανάλυση
    (2024-06-20) Παπαργυρίου, Χαράλαμπος; Papargyriou, Harry
    Cyclic polymers are compounds that stand out due to their closed-loop geometry. Unlike their linear counterparts, they do not contain free ends in their stereochemical structure, a feature that gives them unique properties, which in many cases are superior (and particularly desirable by industry) to those of linear polymers. The aspects of everyday life where cyclic macromolecules find broad application are numerous and diverse. The compact and more rigid structures they form are more resistant to degradation from acidic environments, and when used as drug carriers, they exhibit longer circulation times in the blood, resulting in more efficient transport and targeted release of the active substances they encapsulate [1], [2]. Additionally, their use in electronic applications, such as photolithography, is very promising, as in environments with topological constraints (e.g., film arrangements), they exhibit significantly smaller changes in their glass transition temperature even with changes in film thickness by an order of magnitude [3], [4], [5], [6]. They also appear to be more effective molecular switches, as they exhibit faster kinetics in photoisomerization reactions in both UV and visible light [7], [8]. The synthesis of these compounds is primarily achieved through either the ring-closing method [9], [10] or the ring-opening method [11], [12], [13]. Both methods lead to mixtures of cyclic polymers that are more or less admixed with linear polymers of corresponding chemical structure. Their properties differ from those of their linear counterparts in terms of spatial extent, dynamics, configurational, and diffusional behavior. Notably, under conditions of binary mixtures of cyclic-linear polymers, the properties of cyclic polymers show further differentiation, which varies with the volume-by-volume composition of the mixture. Even at a linear polymer composition of 1%v/v, the properties of cyclic polymers are dramatically affected [14]. Identifying the molecular mechanisms governing the change in properties of cyclic polymers is a cornerstone in designing materials with predetermined properties that will more effectively meet societal needs. The purpose of the forthcoming thesis is to contribute to the study of the structural, dynamic, and diffusional properties of cyclic polymer chains, whether they are in complete purity or in mixtures with minor linear "contamination" . This is an area where systematic research has not been conducted, as studies have mainly focused on mixtures with high linear concentrations . For this study, atomistic molecular dynamics (MD) simulations of poly-ethylene oxide (PEO) systems were conducted at molecular weights greater than the entanglement molecular weight of the corresponding linear polymer (MW = 10,000 – 40,000 g/mol). To this end, the NPT ensemble was chosen, and both the temperature and pressure were kept constant at 413 K and 1 atm, respectively, so that the simulation results could be directly compared with available experimental data under the same conditions. The trajectories of the atomistic simulations were analyzed in detail to study all the aforementioned properties. Starting from the radius of gyration, which is a measure of the spatial extent of the chains, the analysis indicates a slight swelling of the cyclic macromolecules, which is independent of the concentration of linear "impurities" in the polymer mixture (for small contaminations up to 10%v/v). For pure cyclic melts, the gyration radius shows a power law dependence on the molecular weight of the polymer molecules of the form , consistent with available small-angle neutron scattering (SANS) experimental data. In the study of the rotational relaxation of cyclic PEO molecules, it was found that the increase in linear admixture causes longer relaxation times in cyclic PEO with the same molecular weight. This phenomenon is due to the hindrance of the free movement of the cyclic molecules caused by interpenetration phenomena from their linear counterparts. This topological constraint is quite strong and, in several cases, was found to persist for times much longer than the relaxation time of the cyclic chains. Furthermore, the increase in molecular weight of the polymers results in longer relaxation times, as the polymer chains acquire more degrees of freedom and interactions, making their reorganization and disengagement from these specific topological constraints more difficult. From the analysis of the SANS spectra and Kratky plots, it was found that small linear contaminations do not affect the configuration of segments or the entire cyclic macromolecule. Analysis of the dynamic structure factor (S(q,t)) for pure cyclic melts and comparison with experimental neutron spin echo spectra showed that MD simulations accurately describe the dynamic behavior of both segments and the entire chain. Linear admixtures significantly affect the dynamics across nearly the entire range of segment lengths of the cyclic molecules, except for small segments of a few bonds in length. Finally, data describing the diffusive behavior of polyethylene oxides were analyzed. From the results of the mean square displacement of the center of mass of the cyclic polymers, it was observed that the increase in the concentration of linear homologues, hinders not only the rotational relaxation but also the diffusion of the cyclic chains. This phenomenon is attributed to topological constraints due to the interpenetration phenomena of cyclic molecules by the linear ones. Lastly, the comparison of the diffusion coefficient values from the simulation shows agreement with the experimental data, as the experimental data fall within the uncertainty range of the measurement. Overall, excellent agreement was found between simulation and experiment, confirming that the structure and dynamics of cyclic PEO in both pure melts and mixtures with linear chains can be accurately predicted using atomistic molecular dynamics simulations. The above conclusions from this thesis aim to serve as the basis for future systematic study of the behavior of cyclic polymers in conditions of pure solution or binary mixtures with minor linear "contamination." The successful understanding of both the effect of the presence of linear polymers and the scaling laws of properties with the variation of the molecular weight of polymer chains may lead to the optimal understanding of the behavior of cyclic polymers in their entirety, improving our understanding of such physical systems.
  • ItemOpen Access
    Κατασκευή και χαρακτηρισμός ηλεκτροχημικών υπερπυκνωτών
    (2022-10) Μπανιά, Μαργαρίτα; Bania, Margarita
    Η σημασία της σωστής και συνετής παραγωγής, αποθήκευσης και διαχείρισης της ενέργειας ολοένα αυξάνεται με τα χρόνια. Για την αποθήκευση της ενέργειας υπάρχει πληθώρα τεχνολογιών που εφαρμόζονται και ερευνώνται. Όσον αφορά την ηλεκτροχημική αποθήκευση ενέργειας, οι συσκευές που κυριαρχούν είναι οι μπαταρίες και οι ηλεκτροχημικοί πυκνωτές, ή υπερπυκνωτές. Οι υπερπυκνωτές, όπως και οι συμβατικοί πυκνωτές, βασίζουν τη λειτουργία τους στο διαχωρισμό των φορτίων. Η κύρια διαφορά τους, ωστόσο, βρίσκεται στα υλικά που τους συνθέτουν (υλικά ηλεκτροδίων/ηλεκτρολύτη), τα οποία μεταβάλλουν σημαντικά τα χαρακτηριστικά της συσκευής. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν τέσσερα περοβσκιτικά οξείδια, σε συνδυασμό με τέσσερεις φορείς άνθρακα, ως υλικά ηλεκτροδίων στους υπερπυκνωτές. Η επιλογή των περοβσκιτικών οξειδίων ως αντικείμενο μελέτης έγινε λόγω του χαμηλού τους κόστους και της δομής τους, η οποία προσφέρει αυξημένη πυκνότητα ενέργειας στους υπερπυκνωτές και γρήγορη φόρτιση / εκφόρτιση. Τα οξείδια που εξετάστηκαν είναι τα LaMnO3, La0.75Sr0.25MnO3, La0.5Sr0.5MnO3, La0.25Sr0.75MnO3, ενώ ως φορείς άνθρακα χρησιμοποιήθηκαν ο ενεργός άνθρακας, ο άνθρακας αιθάλης, το γραφένιο και οι πολυφλοιικοί νανοσωλήνες άνθρακα. Η παρασκευή των περοβσκιτών έγινε μέσω της μεθόδου ανάφλεξης στους 900 oC και η ηλεκτροχημική εξέταση των υλικών σε σύστημα τριών ηλεκτροδίων. Ως ηλεκτρόδιο αναφοράς και ως βοηθητικό ηλεκτρόδιο χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτρόδιο Ag/AgCl (3M KCl) και ένα φύλλο λευκόχρυσου (Pt), αντίστοιχα, ενώ η μελέτη έλαβε χώρα σε αλκαλικό περιβάλλον (KOH 0.1M). Για τον ηλεκτροχημικό χαρακτηρισμό εφαρμόστηκαν οι μέθοδοι της κυκλικής βολταμμετρίας, της γαλβανοστατικής φόρτισης/εκφόρτισης και της φασματοσκοπίας σύνθετης αντίστασης. Επίσης, έγινε φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των υλικών με τις μεθόδους της ρόφησης – εκρόφησης αζώτου (BET) και της περίθλασης ακτινών X (XRD). Από την επεξεργασία και μελέτη των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι με την αύξηση του ποσοστού στροντίου (Sr) και τη μείωση του ποσοστού λανθανίου (La) στο οξείδιο, η ειδική χωρητικότητα αυξάνεται. Συγκεκριμένα, για το υλικό La0.25Sr0.75MnO3 παρατηρούνται οι μεγαλύτερες τιμές ειδικής χωρητικότητας, στους περισσότερους φορείς. Όσον αφορά τους φορείς άνθρακα, φαίνεται ο άνθρακας αιθάλης να προσφέρει τα καλύτερα αποτελέσματα, για τα περισσότερα υλικά. Συνολικά, για τον συνδυασμό των δύο παραπάνω (La0.25Sr0.75MnO3 / CB) καταγράφονται οι υψηλότερες τιμές ειδικής χωρητικότητας (809.2 F g-1 μέσω της κυκλικής βολταμμετρίας και 624.8 F g-1 από τα διαγράμματα γαλβανοστατικής φόρτισης/εκφόρτισης).
  • ItemOpen Access
    Εκπομπή φωτοφωταύγειας από περοβσκίτη CsPbBr3 ως μέγεθος ανίχνευσης της ατμόσφαιρας
    (2024-07-04) Ζερβάκης, Ηλίας; Zervakis, Ilias
    Η ανίχνευση αερίων και πτητικών οργανικών ενώσεων είναι μια ιδιαίτερα απαιτούμενη ικανότητα σε μεγάλα οικονομικά πεδία, όπως η βιομηχανία τροφίμων, η γεωργία και η υγεία. Ανάλογα με την προβλεπόμενη συγκεκριμένη εφαρμογή, οι αισθητήρες πρέπει να είναι ευαίσθητοι, επιλεκτικοί, εξαιρετικά αξιόπιστοι και επίσης στιβαροί και φθηνοί. Η πλειοψηφία των σύγχρονων εφαρμογών βασίζονται στη μεταβολή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ως παράμετρο ανίχνευσης πτητικών ενώσεων με πολύ καλά αποτελέσματα. Ωστόσο, οι συνθήκες λειτουργίας τέτοιων διατάξεων αποτελεί σημαντικό μειονέκτημα καθώς απαιτούν σύνθετα ηλεκτρικά συστήματα και υψηλές θερμοκρασίες ώστε να λειτουργήσουν αποδοτικά. Αντίθετα, οι οπτικοί αισθητήρες αξιοποιούν μεταβολές που παρατηρούνται σε θερμοκρασία δωματίου χρησιμοποιώντας απλές πειραματικές διατάξεις, οπότε καθίστανται ιδανικοί για ευαίσθητα ή εύφλεκτα περιβάλλοντα. Παρόλα αυτά, η βιβλιογραφία με τη συγκεκριμένη προσέγγιση είναι περιορισμένη και το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας αυτής είναι βασισμένο σε οξείδια μετάλλων (ZnO, TiO2) με ελάχιστες πληροφορίες για άλλα υλικά. Για το λόγο αυτό, η συγκεκριμένη εργασία επικεντρώνεται στη χρήση των οπτικών ιδιοτήτων ενός υποσχόμενου αλλά όχι τόσο διαδεδομένου υλικού, με σκοπό τη διεύρυνση της υπάρχουσας βιβλιογραφίας. Τα περοβσκιτικά υλικά έχουν προσελκύσει σημαντικό ενδιαφέρον λόγω των χαρακτηριστικών ηλεκτρονικών και οπτικών ιδιοτήτων τους, καθιστώντας τα κατάλληλα για διάφορες ηλεκτρονικές και οπτικές συσκευές. Οι νανοκρύσταλλοι περοβσκιτών CsPbX3 είναι πολλά υποσχόμενα υλικά για την οπτοηλεκτρονική λόγω της σταθερότητας, του οπτικά συντονιζόμενου διάκενου ζώνης, της φωτεινής φωτοφωταύγειας και της εξαιρετικής απόδοσης. Το βρωμιούχο μολύβδινο καίσιο (CsPbBr3) εισήχθη πρόσφατα ως ένα δυνητικά υψηλής απόδοσης υλικό αλογονιδίου περοβσκίτη (HaP) για οπτοηλεκτρονικά, συμπεριλαμβανομένων των φωτοβολταϊκών, σημαντικά πιο σταθερό από το MAPbBr3 (MA=CH3NH3+). Παρά τις αξιοσημείωτες προόδους σε άλλους τομείς, υπάρχουν λίγες ερευνητικές μελέτες που εστιάζουν στην ανίχνευση ατμόσφαιρας περιβάλλοντος, ειδικά για καθαρό CsPbBr3. Εκμεταλλευόμενοι αυτές τις ιδιότητες, σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη καθαρών νανοσωματιδίων και παραγώγων του CsPbBr3 (CPB) ως αισθητήρια υλικά για τις συνθήκες ατμόσφαιρας μέσω της εκπομπής φωταύγειάς τους. Πιο συγκεκριμένα, διερευνήθηκε πως ανταποκρίνεται η εκπομπή φωταύγειας των καθαρών νανοσωματιδίων CPB στις μεταβολές στην ατμόσφαιρα που το περιβάλλει, δηλαδή σε αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση και στη θερμοκρασία. Έπειτα, μελετήθηκε πως επηρεάζεται η ανταπόκριση αυτή με την ανάμιξη των νανοσωματιδίων με διαφορετικές οργανικές πολυμερικές μήτρες (PDMS (διμεθυλοπολυσιλοξάνιο), PMMA (πολυμεθακρυλικός μεθυλεστέρας)). Επίσης, μελετήθηκε πως ανταποκρίνεται στις ίδιες μεταβολές υμένιο CPB σε υπόστρωμα πυριτίου. Σχετικά με τα δείγματα μελέτης, τα νανοσωματίδια παράχθηκαν με ανάμιξη ίσων ποσοτήτων βρωμιούχου καισίου (CsBr) και δι-βρωμιούχου μόλυβδου (PbBr2). Το υμένιο κατασκευάστηκε από νανοσωματίδια CPB μέσω της διαδικασίας εναπόθεσης παλμικού λέιζερ (PLD) και τα υβρίδια CPB/πολυμερούς με ανάμιξη νανοσωματιδίων με τα πολυμερή σε συγκεκριμένες αναλογίες μαζών. Η οπτική διέγερση των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε με παλμικό λέιζερ υπεριώδους εκπομπής φθοριούχου κρυπτού (KrF) με μήκος κύματος εκπομπής 248 nm και διάρκεια παλμού 15 ns, εντός οπτικού κελιού το οποίο επιτρέπει τις εναλλαγές στο εσωτερικό περιβάλλον του. Η συλλογή της εκ-πεμπόμενη ακτινοβολίας, πραγματοποιήθηκε από σύστημα ανίχνευσης αποτελούμενο από φασματογράφο φράγματος περίθλασης και ανιχνευτή ΙCCD (intensified charge-coupled device). Όλα τα δείγματα μελετήθηκαν κάτω από τις ίδιες συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή σε ατμοσφαιρικό αέρα, σε περιβάλλον κενού και σε θερμοκρασίες έως 330oC. Τα υβρίδια, λόγω της υποβάθμισης των πολυμερών σε υψηλές θερμοκρασίες μελετήθηκαν μόνο σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Για την ποσοτικοποίηση της εκπομπής φωταύγειας λαμβάνονται φάσματα (συλλογή δεδομένων από 20 ή 50 παλμούς), σε σταθερές χρονικές περιόδους (10 s), από τα οποία υπολογίζεται το ολοκλήρωμα της έντασης εκπομπής I = ∫I(λ)dλ στο φασματικό εύρος 490 - 600 nm, που αντιστοιχεί στη φωταύγεια των δειγμάτων. Η σχετική μεταβολή της έντασης εκπομπής, % ΔI, λόγω της αλλαγής του περιβάλλοντος του δείγματος, ορίζεται ως η απόκριση του αισθητήρα. Αρχικά, μελετήθηκαν οι οπτικές ιδιότητες των υλικών ώστε να γνωρίζουμε αν ανταποκρίνονται στις αλλαγές περιβάλλοντος και έπειτα προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες διέγερσης. Οι πειραματικές μετρήσεις αφορούν την καταγραφή του εκπεμπόμενου φάσματος φωταύγειας και τις μεταβολές του κατά τις εναλλαγές στο περιβάλλον, ατμοσφαιρικού αέρα και κενού ή θερμοκρασίας μεγαλύτερης από δωματίου, συναρτήσει της πυκνότητας ενέργειας διέγερσης (Fexc). Αφού προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες διέγερσης, πραγματοποιήθηκε συστηματική μελέτη της εκπομπής φωταύγειας των δειγμάτων σε θερμοκρασία δωματίου κάτω από διαφορετικές πιέσεις ατμοσφαιρικού αέρα από 1000 έως 10 mbar και κενού. Με αυτό τον τρόπο αξιολογήθηκαν οι παράμετροι αίσθησης των αισθητήρων, δηλαδή η επαναληψιμότητα, η σταθερότητα λειτουργίας, η απόκριση και το όριο ανίχνευσης (LoD). Από τα καταγεγραμμένα φάσματα φωταύγειας των δειγμάτων και τους υπολογισμούς της σχετικής μεταβολής της έντασης εκπομπής (απόκριση, %ΔΙ) κατά την έκθεση σε ,κενό-ατμοσφαιρικό αέρα, προκύπτει ότι τα υλικά διατηρούν τις ιδιότητες αίσθησης σε πολλαπλούς κύκλους έκθεσης. Η απόκριση ως προς την πίεση του οξυγόνου είναι γραμμική σε χαμηλές τιμές πίεσης (10-100 mbar) ενώ σε συνθήκες αυξημένης πίεσης (100-500 mbar) παρατηρείται τάση κορεσμού και σε υψηλότερες πιέσεις παρατηρείται ξανά γραμμική απόκριση. Η συμπεριφορά αυτή περιγράφεται από την προσρόφηση τύπου II. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τα υβρίδια, αυτά με το PMMA παρουσιάζουν καλύτερη απόκριση, με χαμηλότερο όριο ανίχνευσης και μεγαλύτερη ανταπόκριση σχετικά με τα υβρίδια PDMS. Το υμένιο παρουσιάζει μικρότερη ανταπόκριση από τα πολυμερή ενώ τα καθαρά νανοσωματίδια δεν παρουσιάζουν καμία ανταπόκριση. Στο τελευταίο στάδιο μελετήθηκε πως μεταβάλλεται η εκπομπή φάσματος φωταύγειας με τη μεταβολή της θερμοκρασίας περιβάλλοντος για νανοσωματίδια και υμένιο CPB. Καταγράφηκαν οι μεταβολές στην ένταση φωταύγειας και στα χαρακτηριστικά της, μήκος κύματος μέγιστης εκπομπής και το εύρος του φάσματος στο μισό της μέγιστης εκπομπής (FWHM). Παρατηρήθηκε ότι, μεταβάλλονται όλα τα χαρακτηριστικά μεγέθη του φάσματος εκπομπής όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, ενώ όταν παύει η θέρμανση και το δείγμα επιστρέφει σε θερμοκρασία δωματίου, επανέρχονται και τα χαρακτηριστικά του φάσματος, υποδεικνύοντας τη σταθερότητα λειτουργίας του αισθητήριου υλικού.
  • ItemOpen Access
    Τρισδιάστατα εκτυπωμένες δομές με ιδιότητες υπερλιπαντικότητας
    (2024-03-19) Αλλιάϊ, Άγγελος; Alliai, Angelos
    Η τριβολογία αποτελεί τον κλάδο της επιστήμης που μελετά τα φαινόμενα τριβής, φθοράς, λίπανσης και υπερλίπανσης, μέσω της μελέτης των αλληλεπιδράσεων επιφανειών στην σχετική μεταξύ τους επαφή, κίνηση ή ολίσθηση. Η τριβή και, ως πόρισμα της, η φθορά επιφέρει σημαντικές ενεργειακές απώλειες, οι οποίες εκτιμώνται να αντιστοιχούν σε πάνω από 30% της συνολικής κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας του κόσμου. Συνεπώς, καθίσταται επιτακτική ανάγκη μείωσης των ενεργειακών αυτών απωλειών, έτσι ώστε να μετριασθεί η ενεργειακή και οικονομική κρίση. Πρόσφατα, έχει αποδειχθεί πως ο συντελεστής τριβής παρουσιάζει μείωση σε επιφάνειες οι οποίες διαθέτουν διαφορετική γεωμετρία ή μοτίβο από μίας επίπεδης επιφάνειας στη μικροκλίμακα. Η παρούσα μελέτη έχει σκοπό να μελετήσει τη συμπεριφορά του συντελεστή τριβής σε έναν τύπο υλικών, τα κεραμικά, τα οποία απασχολούν τους ερευνητές λόγω των ιδιοτήτων τους. Γίνεται λόγος για την κεραμική αλουμίνα, η οποία συνδυάζεται με ρητίνη ή ρητίνη και γραφένιο. Πιο συγκεκριμένα, δημιουργούνται μίγματα μεταξύ αλούμινας και ρητίνης κατά κύριο λόγω, και μίγματα μεταξύ αλούμινας, ρητίνης και νιφάδων γραφενίου. Τα δείγματα αυτά στη συνέχεια, καθώς έχουν υγρή μορφή τοποθετούνται για τρισδιάστατη εκτύπωση, όπου η γεωμετρική δομή του σύνθετου υλικού που προκύπτει είναι ιδιαίτερη. Σκοπός είναι, λόγω της λιπαντικής ιδιότητας που διαθέτουν το συγκεκριμένα υλικά, να παρατηρηθεί αν υπάρχει κάποια αλλαγή στον συντελεστή τριβής μακροχρόνια. Οι μέθοδοι τρισδιάστατης εκτύπωσης, ή προσθετικής κατασκευής, που χρησιμοποιούνται είναι η εκτύπωση με χρήση φωτός (Digital Light Processing) και ως παράγωγό της, ο θερμοπολυμερισμός με υπεριώδη ακτινοβολία (UV Curing), ενώ, η γεωμετρία που θα σχηματιστεί, θα είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι κύβοι οι οποίοι θα βρίσκονται πάνω σε μία επίπεδη δομή. Η γεωμετρία απαιτεί συγκεκριμένη ακρίβεια για την εργασία και απαιτεί χρήση σχεδιαστικού λογισμικού για την ανάπτυξη αυτής της δομής, Πρόκειται για το AutoCAD στο οποίο αφού αναπτύχθηκε λεπτομερώς η δομή, δόθηκαν τα δεδομένα με μορφή αρχείου στον DLP εκτυπωτή. Για να είναι δυνατή η εκτύπωση, το υλικό περνάει από ορισμένα στάδια επεξεργασίας, όπως είναι η οπτική μικροσκοπία και η σάρωση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, διότι, σκόπιμο είναι, να μελετηθεί η εσωτερική κατανομή του υλικού και του μίγματος του με τη ρητίνη, και να επιλεχθεί η κατάλληλη περιεκτικότητα. Μετά την εκτύπωση, έρχεται στο στάδιο της πυροσυσσωμάτωσης, όπου το υλικό γίνεται ψαθυρό λόγω εξάτμισης ρητίνης από υψηλή θερμοκρασία, αλλά ταυτόχρονα καθαρίζεται από προσμίξεις και η δομή χαρακτηρίζεται μόνο από αλούμινα. Ώστε να προκύψει παραπάνω τεκμηρίωση σε αυτό το θέμα για το οποίο υπάρχει δυσκολία στην εύρεση βιβλιογραφίας, χρησιμοποιήθηκε και ανάπτυξη του πειράματος και των μετρήσεων σε περιβάλλον προσομοίωσης. Ειδικότερα, με τη χρήση του λογισμικού ANSYS κατασκευάστηκε το μοντέλο και η ίδια γεωμετρία που καταστρώθηκε προηγουμένως, και υπολογίστηκε ο συντελεστής τριβής του υλικού ως εκατό τις εκατό αλούμινα. Χρειάζεται επίσης, να γίνει επικύρωση των αποτελεσμάτων για να επιβεβαιωθεί η εγκυρότητα τους. Για τον λόγο αυτό, χρησιμοποιήθηκε μια εργασία με παρόμοιο ζητούμενο η οποία χρησιμοποιεί προσομοίωση. Το σφάλμα της διαφοράς στις τιμές των αποτελεσμάτων, δεν πρέπει να ξεπερνάει το δέκα τις εκατό για να θεωρούνται ακριβή και στη δική μας περίπτωση δεν ξεπέρασε το πέντε τις εκατό. Με τη χρήση της διαδικασίας αυτής, το αποτέλεσμα έδωσε συντελεστή τριβής μικρότερο από εκείνον σε απλή δομή αλούμινας και μικρότερο και από άλλες έρευνες, που σημαίνει ότι το πείραμα είναι επιτυχές. Αποδείχθηκε δηλαδή πως και το υλικό αλλά και η γεωμετρία παίζουν σημαντικό ρόλο στη μεταβολή του συντελεστή τριβής και ότι υπάρχουν περιθώρια για την εύρεση της κάλλιστης δομής ή του συνδυασμού υλικών για έναν ακόμα μικρότερο συντελεστή τριβής με τη μορφή σύνθετου υλικού.