Τμήμα Φυσικής (ΔΔ)

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 197
  • Thumbnail Image
    Item
    Embargo
    Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός ηλιακών κυττάρων απο περοβσκίτη σε αμιγώς περιβαλλοντικές συνθήκες
    Καραβιώτη, Αγγελική; Karavioti, Aggeliki
    Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά την ανάπτυξη και το χαρακτηρισμό των διατάξεων μετατροπής ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική (φωτοβολταϊκών συσκευών), με τη χρήση ημιαγωγών σε αμιγώς περιβαλλοντικές συνθήκες. Αναλυτικότερα, η έρευνα επικεντρώνεται στην κατασκευή ηλιακών κυττάρων 3ης γενιάς και συγκεκριμένα στις ηλιακές κυψελίδες περοβσκιτών (PSCs), όπου ως ευαισθητοποιητής χρησιμοποιείται ο περοβσκίτης του ιωδιούχου μεθυλαμμωνίου του μόλυβδου (methylammonium lead triiodide,CH3NH3PbI3) και η κατασκευή των φωτοβολταϊκών συσκευών βασίζεται στη συμβατική μεσοπορώδη δομή της μορφής n-i-p, χωρίς τη χρήση του στρώματος συλλογής οπών (HTL-Free) με τη χρήση του άνθρακα (carbon-based) ως το αντίθετο ηλεκτρόδιο (CE). Αρχικά, στο 1ο κεφάλαιο εμπεριέχονται οι βασικές έννοιες λειτουργίας των φωτοβολταϊκών συσκευών. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά όλων των φωτοβολταϊκών τεχνολογιών, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στα ηλιακά κύτταρα των περοβσκιτών, και τέλος γίνεται μια σύντομη αναφορά στην παγκόσμια αγορά των φωτοβολταϊκών. Ακολούθως, το 2ο κεφάλαιο εστιάζεται στα ηλιακά κύτταρα των περοβσκιτών. Ουσιαστικά, υπεισέρχονται βασικές έννοιες όπως είναι: η κρυσταλλική δομή των περοβσκιτών, οι βασικές αρχές λειτουργίας των ηλιακών κυττάρων περοβσκιτών (δηλαδή πως δημιουργούνται, μεταφέρονται και εξάγονται οι φορείς φορτίου για την ομαλή λειτουργία της φωτοβολταϊκής συσκευής) και οι διαφορετικές δομές των ηλιακών κυττάρων που είναι εφικτό να κατασκευαστούν. Επίσης, πραγματοποιείται μια βιβλιογραφική αναφορά, η οποία αφορά την εξέλιξη (ποσοστά αποδόσεων και η χρήση διαφορετικών υλικών) των συμβατικών ηλιακών κυψελίδων περοβσκίτη μέχρι και σήμερα. Επιπροσθέτως, αναλύονται οι τεχνικές εναπόθεσης του διαλύματος περοβσκίτη και πραγματοποιείται μια σύντομη περιγραφή στην έννοια του ενεργειακού χάσματος των ημιαγωγών (περοβσκίτες) και του περιορισμού των ποσοστών απόδοσης αυτών των φωτοβολταϊκών συσκευών. Ωστόσο, ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στα ζητήματα σταθερότητας αυτών των φωτοβολταϊκών συσκευών, όπου το βασικό πρόβλημα εντοπίζεται στις συνθήκες υψηλής υγρασίας και αφορά το υπόστρωμα του περοβσκίτη, το στρώμα συλλογής οπών (HTL) και το αντίθετο ηλεκτρόδιο (CE). Τέλος, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στις ηλιακές κυψελίδες με βάση το ηλεκτρόδιο του άνθρακα (carbon-based) και πραγματοποιείται εκτενής αναφορά στο αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Εν συνεχεία, στο 3ο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση, η οποία αφορά τα ηλιακά κύτταρα περοβσκιτών με βάση τη χρήση του ηλεκτροδίου του άνθρακα (CB PSCs). Αναλυτικότερα, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στα υλικά από τα οποία αποτελείται το ηλεκτρόδιο του άνθρακα (δηλαδή τον γραφίτη, το μαύρο άνθρακα, το γραφένιο και τους νανοσωλήνες άνθρακα). Ακολούθως, παρουσιάζονται οι δυο βασικές δομές των φωτοβολταϊκών συσκευών με βάση το ηλεκτρόδιο του άνθρακα (αλληλουχία των στρωμάτων που απαρτίζουν τη φωτοβολταϊκή συσκευή), καθώς και τα πλεονεκτήματα αυτών. Ωστόσο, η χρήση αυτών των δομών δίνει τη λύση του προβλήματος που έγκειται στη σταθερότητα αυτών στο περιβάλλον με το πέρας του χρόνου (δηλαδή μέσω της αντικατάσταση του ηλεκτροδίου του μετάλλου με το ηλεκτρόδιο του άνθρακα). Τέλος, η έρευνα επικεντρώνεται στη χρήση του άνθρακα χαμηλών θερμοκρασιών (LTCB), περιγράφοντας τα πλεονεκτήματα αυτών, τις μεθόδους σύνθεσης και του τρόπους εναπόθεσης τους. Στο 4ο κεφάλαιο παρατίθενται όλα τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την παρούσα ερευνητική μελέτη και η μεθοδολογία σύνθεσης και κατασκευής των ηλιακών κυψελίδων. Επίσης, αναφέρονται οι μέθοδοι χαρακτηρισμού του στρώματος περοβσκίτη, οι οποίες είναι η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), η περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD), η φασματοσκοπία υπεριώδους ορατού (UV-Vis) και η φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR) και οι μέθοδοι χαρακτηρισμού των ηλιακών κυττάρων περοβσκιτών, οι οποίες είναι οι μετρήσεις καμπύλης ρεύματος-τάσης (J-V), η απόδοση του προσπίπτοντος φωτονίου (IPCE) και η φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής εμπέδησης (EIS). Μέχρι τώρα, αναλύθηκε το βασικό θεωρητικό υπόβαθρο της παρούσας ερευνητικής εργασίας. Τα επόμενα κεφάλαια δηλαδή το 5ο κεφάλαιο, το 6ο κεφάλαιο και το 7ο κεφάλαιο, πραγματεύονται τα αποτελέσματα που εξάχθηκαν στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή. Αναλυτικότερα, στο 5ο κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής αναφορά στην τροποποίηση του διαλύματος του ιωδιούχου μεθυλαμμωνίου του μολύβδου (CH3NH3PbI3) με τη χρήση δυο νέων αμινοξέων, δηλαδή του αμινοξέος 4-αμινο-μεθυλοπεντανοϊκού ιωδιούχου οξέος (LEUI) και του αμινοξέος 2-αμινο-προπανοϊκού ιωδιούχου οξέος (ALAI) σε σύγκριση με το ευρέως χρησιμοποιούμενο αμινοξύ του 5- αμινοβαλερικού ιωδιούχου οξέος (5AVAI). Επομένως, οι περοβσκίτες που συντέθηκαν ήταν ο 5(AVA)x(MA)1-xPbI3 (αναφορά), ο (LEU)x(MA)1-xPbI3 και ο ALAx (MA)1-xPbI3 και χρησιμοποιήθηκε η δομή του άνθρακα υψηλών θερμοκρασιών (HTCB). Ουσιαστικά, η χρήση αυτών πραγματοποιήθηκε για τη μερική αντικατάσταση του οργανικού μορίου του ιωδιούχου μεθυλαμμωνίου (ΜΑΙ), με στόχο τη βελτίωση της σταθερότητας των φωτοβολταϊκών συσκευών σε συνθήκες περιβάλλοντος. Συγκεκριμένα, η μεγαλύτερη και καλύτερη σταθερότητα των φωτοβολταϊκών συσκευών επετεύχθη με τη χρήση του περοβσκίτη (LEU)x(MA)1-xPbI3 σε ποσοστό 26% , όσον αφορά τη συνολική τους απόδοση, με σχεδόν σταθερές όλες τις ηλεκτρικές παραμέτρους (η πυκνότητα ρεύματος βραχυκύκλωσης (ISC), η τάση ανοιχτού κυκλώματος (VOC) και παράγοντας πλήρωσης (FF)) σε σύγκριση με το ευρέως χρησιμοποιούμενο αμινοξύ 5-AVAI. Το 6ο κεφάλαιο αφορά τη μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας εναπόθεσης του διαλύματος του περοβσκίτη CH3NH3PbI3 στα ηλιακά κύτταρα περοβσκιτών, με τη χρήση ηλεκτροδίου του άνθρακα χαμηλών θερμοκρασιών (LTCB) σε αμιγώς περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι θερμοκρασίες που εξετάστηκαν ήταν οι εξής: -20 oC, 20 oC, 40 oC, 60 oC, 80 oC και 100 oC. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης η βέλτιστη θερμοκρασίας εναπόθεσης βρέθηκε να είναι οι 60 o C, με αποδόσεις της τάξης του 10%. Επιπροσθέτως, το 7ο κεφάλαιο αναφέρεται στην αναλυτική μελέτη και στην άμεση σύγκριση της τεχνικής εναπόθεσης μέσω περιστροφής ενός σταδίου (spin-coating) με την τεχνική εκτύπωσης με ψεκασμό μελάνης (inkjet-printing) , η οποία αφορά την εναπόθεση του στρώματος περοβσκίτη, με βάση το ηλεκτρόδιο του άνθρακα χαμηλών θερμοκρασιών (LTCB). Πρακτικά, μελετήθηκαν οι βασικές διαφορές που προέκυψαν μεταξύ αυτών των δυο μεθόδων εναπόθεσης. Εν κατακλείδι, το 8ο κεφάλαιο περιλαμβάνει τα βασικά συμπεράσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής και τις προτάσεις για μελλοντικές ερευνητικές προσπάθειες.
  • Thumbnail Image
    Item
    Embargo
    Υπολογιστική μελέτη ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων
    Λαμπρόπουλος, Δημήτριος; Lampropoulos, Dimitrios
    Τα καρδιαγγειακά νοσήματα είναι μία από τις κύριες αιτίες θανάτου στον σύγχρονο κόσμο. Τα νοσήματα αυτά ορίζονται ως ασθένειες και τραυματισμοί του καρδιαγγειακού συστήματος και συμπεριλαμβάνουν τα αιμοφόρα αγγεία της καρδιάς τα αιμοφόρα αγγεία (φλέβες και αρτηρίες) σε όλο το σώμα, ακόμα και μέσα στον εγκέφαλο. Σε αυτού του είδους νοσήματα εντάσσονται και τα ενδοκρανιακά ανευρύσματα, τα οποίο ουσιαστικά είναι παθολογικές εντοπισμένες διογκώσεις του εγκεφαλοαγγειακού τοιχώματος σε άμεση επικοινωνία με τον αυλό και επομένως με την ροή του αίματος. Συνήθως προκύπτουν από μια επίκτητη ή λιγότερο συχνή συγγενή αδυναμία στο ίδιο το αρτηριακό τοίχωμα. Η αιτία δημιουργίας αλλά και η εξέλιξη των ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων παραμένει μέχρι και σήμερα αντικείμενο προς μελέτη λόγω της απρόβλεπτης φύσης της, με το 2-6% του γενικού πληθυσμού να είναι φορείς ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων. Η νόσος των ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων είναι ένα διεπιστημονικό πρόβλημα και μελετάται ταυτόχρονα από πολλούς επιστημονικούς κλάδους. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζονται η μελέτη της νόσου μέσω μοντελοποίησης της ροής αίματος με χρήση υπολογιστικών μεθόδων. Στο πρώτο κεφάλαιο αυτής της διδακτορικής διατριβής περιγράφουμε το ιατρικό πρόβλημα της νόσου των ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων. Παρουσιάζουμε την σύνδεση της μοντελοποίησης της ροής του αίματος με την μελέτη της νόσου. Μέσω της πρώτης μας δίνεται η δυνατότητα μελέτης του ροϊκού πεδίου του αίματος αλλά και ο υπολογισμός αιμοδυναμικών δεικτών, όπως η διατμητική τάση της οποίας ο ρόλος αναλύεται, που μας βοηθούν στην περαιτέρω κατανόηση για την εξέλιξη της νόσου. Επίσης, στο προαναφερθέν κεφάλαιο, περιγράφονται και τα στάδια της μοντελοποίησης, τα οποία συμπεριλαμβάνουν την ανακατασκευή ιατρικής εικόνας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, πραγματοποιήθηκε προσομοίωση της ροής του αίματος σε ανευρύσματα της πρόσθιας κυκλοφορίας τα οποία φέρουν θυγατρικούς θόλους. Εφαρμόσαμε παλμικό μοντέλο ταχύτητας για την συνθήκη εισόδου με στόχο τον υπολογισμό αιμοδυναμικών δεικτών για την διερεύνηση της πολυκατευθυντικότητας των πεδίων ροής του αίματος που θα οδηγήσει στην ποσοτικοποίηση της κατάστασης της διαταραγμένης ροής. Χρησιμοποιήθηκαν πραγματικά δεδομένα ασθενών από την βάση δεδομένων Aneurisk αλλά και από την βάση δεδομένων του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου του Ρίου για τα οποία πραγματοποιήθηκε τρισδιάστατη ανακατασκευή εικόνας μέσω του λογισμικού 3D Slicer. Για την μοντελοποίηση των πεδίων ροής του αίματος των παραπάνω περιπτώσεων ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων, χρησιμοποιήσαμε τον ανοιχτό κώδικα Nektar++. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζουμε μια εναλλακτική προσέγγιση για την προσομοίωση της ροής του αίματος σε ενδοκρανιακά ανευρύσματα κατά την οποία αναπτύσσουμε και χρησιμοποιούμε έναν λύτη των εξισώσεων Navier-Stokes εμβαπτισμένου ορίου ο οποίος βασίζεται στη Μέθοδο Πεπερασμένων Στοιχείων. Χρησιμοποιούμε καρτεσιανά πλέγματα για τη λύση του πεδίου ροής και κόμβους κατά Lagrange που αντιπροσωπεύουν το εμβαπτισμένο όριο. Μεγιστοποιούμε την αποτελεσματικότητα της μεθόδου χρησιμοποιώντας τοπική πύκνωση πλέγματος. Η διαδικασία της μοντελοποίησης είναι φιλική προς τον χρήστη, καθώς όλα τα πλέγματα κατασκευάζονται μέσω αυτοματοποιημένων αλγορίθμων. Δείχνουμε την αναπαραγωγιμότητα και την ευελιξία της μεθόδου προσομοιώνοντας τη ροή σε πραγματικές περιπτώσεις ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων τα οποία αντλήθηκαν από την βάση δεδομένων Aneurisk. Στο τέταρτο κεφάλαιο, μοντελοποιούμε την ροή του αίματος σε ενδοκρανιακά ανευρύσματα λαμβάνοντας υπόψιν αυτή την φορά τις ελαστικές ιδιότητες του τοιχώματος και την αλληλεπίδραση του με το εκάστοτε ροϊκό πεδίο. Η μοντελοποίηση πραγματοποιήθηκε μέσω του εμπορικού λογισμικού πεπερασμένων όγκων ANSYS CFX, με τις περιπτώσεις των ενδοκρανιακών ανευρυσμάτων που εξετάστηκαν να προέρχονται από την βάση δεδομένων Aneurisk.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Quantum thermodynamics of moving systems
    Παπαδάτος, Νικόλαος; Papadatos, Nikolaos
    We analyse the thermodynamics of a quantum system in a trajectory of constant velocity that interacts with a static thermal bath. The latter is modeled by a massless scalar field in a thermal state. We consider two different couplings of the moving system to the heat bath, a coupling of the Unruh-DeWitt type and a coupling that involves the time derivative of the field. We derive the master equation for the reduced dynamics of the moving quantum system. It has the same form with the quantum optical master equation, but with different coefficients that depend on velocity. This master equation has a unique asymptotic state for each type of coupling, and it is characterized by a well-defined notion of heat-flow. Our analysis of the second law of thermodynamics leads to a surprising equivalence: a moving heat bath is physically equivalent to a mixture of heat baths at rest, each with a different temperature. There is no unique rule for the Lorentz transformation of temperature. We propose that Lorentz transformations of thermodynamic states are well defined in an extended thermodynamic space that is obtained as a convex hull of the standard thermodynamic space.\\ Additionally, we investigate the quantum thermodynamic cycle of a quantum heat engine carrying out an Otto thermodynamic cycle. We use the thermal properties of a moving heat bath with relativistic velocity with respect to the cold bath. As a working medium, we use a two-level system and a harmonic oscillator that interact with a hot and cold bath respectively. In the current work, the quantum heat engine is studied in the high and low temperatures regime. Using quantum thermodynamics and the theory of open quantum systems we obtain the total produced work, the efficiency and the efficiency at maximum power. The maximum efficiency of the Otto quantum heat engine depends only on the ratio of the minimum and maximum energy gaps. On the contrary, the efficiency at maximum power and the extracted work decreases with the velocity since the motion of the heat bath has an energy cost for the quantum heat engine. Finally, the efficiency at maximum power depends on the nature of the working medium.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Signals for invisible matter from solar - terrestrial observations
    Μαρούδας, Μάριος; Maroudas, Marios
    The composition of the dark universe although hypothesised, remains one of the biggest mysteries in modern physics. On smaller scales, there are various solar puzzling phenomena which known physics cannot explain like the coronal heating problem, the origin of sunspots, the trigger mechanism of solar flares, but also the open issue since the 1850's on the planetary impact of the active Sun. Interestingly, the 11-year solar cycle remains one of the oldest open questions in solar physics. At the same time, several terrestrial observations in the dynamic Earth's atmosphere such as the ionospheric ionisation around December are unexpected within conventional physics. Following this work, the suggested common solution of all these conventionally unexplained phenomena is based on an external triggering caused by low-speed streaming constituents from the dark sector, being gravitationally focused or deflected by the Sun and the orbiting planets. For this to happen, streams of invisible matter are assumed to exist which should interact with large cross-sections with baryonic matter. Existing favourable candidates from the dark sector include AntiQuark Nuggets, magnetic monopoles and dark photons. Evidence in support of this hypothesis and on the existence of one or more streams or clusters has been provided based on a coincidence analysis of long-term astrophysical and planetary datasets. Of note, the planetary correlation is the novel key signature. By projecting the time of appearance of the measured observables on the orbital position of the various planets including the Moon, a striking clustering shows up. This statistically significant pronounced activity at certain planetary heliocentric longitudes points to preferred directions in the flow of the assumed streams, like probably one from the Galactic Centre. Notably, even stronger planetary correlations occur when the gravitational effect of two or more planets is combined. Some of the results are also supported by Fourier analyses. Additionally, the derived significant narrow periodicity of 27.32 days on most of the observables, which overlaps with the Moon's sidereal Month, strengthens the claim of a significant exo-solar influence. Finally, a redefined strategy for direct Dark Matter searches focused on streaming Dark Matter is proposed. This novel procedure has been successfully implemented in the CAST-CAPP detector at CERN searching for Dark Matter axions.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Σχεδιασμός και κατασκευή νέων πηγών πλάσματος σε χαμηλή και ατμοσφαιρική πίεση για χημική και μορφολογική τροποποίηση πολυμερικών υλικών
    Ζένιου, Άγγελος; Zeniou, Angelos
    Η παρούσα διδακτορική διατριβή με τίτλο “Σχεδιασμός και κατασκευή νέων πηγών πλάσματος σε χαμηλή και ατμοσφαιρική πίεση για χημική και μορφολογική τροποποίηση πολυμερικών υλικών”, εντάσσεται στον τομέα της τεχνολογίας ηλεκτρικών εκκενώσεων πλάσματος, καθώς και της τεχνολογίας επιφανειακής κατεργασίας υλικών. Οι στόχοι της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι: α) o σχεδιασμός, η ανάπτυξη, κατασκευή, και μελέτη πρωτότυπων καινοτόμων αντιδραστήρων πλάσματος για την χημική και μορφολογική τροποποίηση υλικών σε χαμηλή (<0.1Torr) και σε ατμοσφαιρική πίεση. β) Ο έλεγχος της μορφολογίας και συγκεκριμένα της τραχύτητας που δημιουργείται στα υλικά κατά την διάρκεια της εγχάραξης με χρήση των πρωτότυπων αντιδραστήρων και γ) η μελέτη της επίδρασης της μορφολογίας στις επιφανειακές ιδιότητες των υλικών με στόχο την κατασκευή «έξυπνων» πολυ-λειτουργικών επιφανειών και διατάξεων. Σε όλη την παρούσα εργασία χρησιμοποιείται ανισοτροπική (δηλαδή κατευθυνόμενη κάθετα στην επιφάνεια του δείγματος) εγχάραξη (αφαίρεση) κυρίως πολυμερικών υλικών με πλάσμα Οξυγόνου. Η εγχάραξη είναι συνεργατική δράση των ατόμων και των ιόντων του οξυγόνου για την μετατροπή του πολυμερούς σε πτητικά προϊόντα, και κανονικά έχει σαν αποτέλεσμα ομαλές ή σχεδόν ομαλές επιφάνειες με μειωμένο σε σχέση με το αρχικό πάχος κατά το ποσό που αφαιρείται με εγχάραξη. Τονίζεται ότι ο βασικός μηχανισμός εκτράχυνσης και μορφολογικής τροποποίησης των υλικών κατά την διάρκεια της ανισοτροπικής τους εγχάραξης με πλάσμα είναι η «νανοπαρεμπόδιση»: Πρόκειται δηλαδή για ταυτόχρονη με το πλάσμα πρόσπτωση πάνω στην επιφάνεια στοιχείων, ή συσσωματωμάτων μετάλλων ή οξειδίων που δεν εγχαράσσονται, και τοπικά δρουν σαν «νανομάσκες» παρεμποδίζοντας την εγχάραξη και οδηγώντας σε δημιουργία κάθετων στην επιφάνεια νανονημάτων λόγω της κατευθυντικότητας (ανισοτροπίας) της εγχάραξης. Ο μηχανισμός αυτός έχει ήδη αποδειχθεί από την ομάδα του πλάσματος και επιβεβαιώνεται στην παρούσα εργασία με φασματοσκοπία δευτερογενούς εκπομπής ιόντων (SIMS) στο κεφάλαιο 5. Το ερώτημα όμως είναι από που προέρχονται οι παρεμποδιστές της εγχάραξης. Είναι γνωστό ότι οι παρεμποδιστές προέρχονται από ιοντοβολή των επιφανειών με τις οποίες το πλάσμα έρχεται σε επαφή. Το ερώτημα είναι ποιες επιφάνειες συνεισφέρουν στην μεγαλύτερη ροή παρεμποδιστών και πώς αυτή μπορεί να ελεγχθεί. Συνεπώς η κατασκευή των καινοτόμων αντιδραστήρων της παρούσας διατριβής εστιάζει στον έλεγχο της νανο παρεμπόδισης και της ταυτόχρονης χημικής τροποποίησης. H διατριβή κινείται σε τέσσερεις ενότητες. H πρώτη περιλαμβάνει την ανάπτυξη νέων πηγών πλάσματος επαγωγικής σύζευξης της ισχύος. Για την κατασκευή των πηγών αυτών αναπτύσσονται νέες επαγωγικές κεραίες πλάσματος, σχεδιάζεται η ηλεκτροστατική θωράκιση αυτών, και η ενσωμάτωση τους σε αντιδραστήρα πλάσματος υψηλής πυκνότητας. Οι διατάξεις πλάσματος που κατασκευάζονται συγκρίνονται με την υπάρχουσα πηγή και κεραία σε πλάσμα Οξυγόνου όσον αφορά την εγχάραξη και την εκτράχυνση πολυμερών υλικών. Η ενότητα αυτή παρουσιάζεται στα κεφάλαια 3 και 4. Η μελέτη αυτή οδήγησε στην σχεδίαση και κατασκευή μίας νέας επαγωγικής κεραίας πλάσματος η οποία έχει την δυνατότητα αλλαγής του τρόπου λειτουργίας μεταξύ επαγωγικής σύζευξης και κεραίας ελικοειδών κυμάτων. Παρατηρήθηκε αυξημένος ρυθμός εγχάραξης στην κεραία επαγωγικής σύζευξης σε σύγκριση με την υπάρχουσα εμπορική κεραία η οποία είναι μία κεραία ελικοειδών κυμάτων τύπου μισής Nagoya, και ίδιος περίπου ρυθμός εγχάραξης όταν η συνδεσμολογία της νέας κεραίας είναι αυτή των ελικοειδών κυμάτων. Επιπλέον για τον έλεγχο της νανο-παρεμπόδισης η οποία προέρχεται από το υλικό του διηλεκτρικού κυλίνδρου, προστέθηκε μία μεταβλητή ηλεκτροστατική θωράκιση ανάμεσα στην κεραία και τον διηλεκτρικό κύλινδρο. Τα πειράματα μας απέδειξαν ότι ο διηλεκτρικός κύλινδρος δεν είναι η κύρια πηγή παρεμποδιστών της εγχάραξης. Η δεύτερη ενότητα, που παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 5, αφορά μία νέα μέθοδο για τον έλεγχο της νανο-παρεμπόδισης χάρις στην κατασκευή μίας μεταβλητής θωράκισης για τον δακτύλιο συγκράτησης των δειγμάτων με απώτερο σκοπό τη προστασία του από τον βομβαρδισμό με ιόντα, και συνεπώς την μείωση των παρεμποδιστών που προέρχονται από την επιφάνεια του. Η συγκεκριμένη μέθοδος είχε ως αποτέλεσμα για πρώτη φορά τον έλεγχο της ανάπτυξης της τραχύτητας χωρίς να χρειάζεται να αλλάξει κάποια άλλη παράμετρος της διεργασίας. Επιβεβαιώθηκε ότι η κύρια πηγή παρεμποδιστών είναι το ηλεκτρόδιο πάνω στο οποίο βρίσκεται το δείγμα και μάλιστα ο δακτύλιος συγκράτησης του δείγματος, καθώς αυτές οι επιφάνειες δέχονται μεγάλο βομβαρδισμό με ιόντα ενέργειας αρκετών δεκάδων έως εκατοντάδων Volt. Η μέθοδος ελέγχου της παρεμπόδισης μας έδωσε επιπλέον ένα σημαντικό πλεονέκτημα, την δυνατότητα μετάβασης από αυτό- οργανωμένες νανοδομές σε τυχαίες ιεραρχικές δομές αλλάζοντας την ροή των παρεμποδιστών. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται και η λεπτομερής ανάλυση της μορφολογίας μέσω του μετασχηματισμού Fourier των εικόνων ηλεκτρονικης μικροσκοπίας, καθώς και η συσχέτιση της μορφολογίας και των οπτικών ιδιοτήτων. Τα αποτελέσματα μας έδειξαν ξεκάθαρα ότι η εξέλιξη της κατοπτρικής ανάκλασης και διαπερατότητας εξαρτάται από την ανάπτυξη της δεύτερης κλίμακας της τραχύτητας καθώς μεταβάλλεται η μεταβλητή θωράκιση. Η τρίτη ενότητα (Κεφάλαιο 6) αφορά την κατασκευή ενός πρωτότυπου αντιδραστήρα πλάσματος υψηλής πυκνότητας και την ανάπτυξη διεργασιών πλάσματος σε εφαρμογές που εργάζεται η ομάδα και αφορούν την ανάπτυξη τραχύτητας σε επιφάνειες για βιολογικές εφαρμογές, αλλά και σε τεχνολογία MOS. Συγκεκριμένα σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένας νέος αντιδραστήρας πλάσματος για την επεξεργασία υλικών και την εκτράχυνση αυτών και έγινε η ενσωμάτωση των επί μέρους πρωτότυπων κεραιών και πηγών (που παρουσιάστηκαν σε προηγούμενα κεφάλαια), σε ένα αυτόματο σύστημα που μπορεί να δοθεί για χρήση στα μέλη του εργαστηρίου και του Ινστιτούτου. Αναπτύχθηκαν δύο διεργασίες στο νέο σύστημα: α) Μία για την ανάπτυξη της τραχύτητας σε πλακίδια πολυστυρενίου για την προσκόλληση και πολλαπλασιασμό κυττάρων, και β) μία με πλάσμα οξυγόνου για επανοξείδωση του λεπτού υμενίου Al2O3 σε δομές GeOx/Ge ως ενδιάμεσο βήμα για την δημιουργία πυκνωτών MOS. Υπάρχουν εφαρμογές που δεν είναι τεχνικά ή οικονομικά εφικτό να γίνουν σε χαμηλή πίεση, και χρειάζεται να αναπτυχθούν σε ατμοσφαρική πίεση. Ομως οι πηγές ατμοσφαιρικου πλάσματος που κυριαρχούν διεθνώς είναι τύπου τζέτ (δέσμης) πλάσματος και έχουν δυσκολία στην κατεργασία μεγάλων επιφανειών. Η τέταρτη ενότητα η οποία παρουσιάζεται στα Κεφάλαια 7 και 8 πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή μιας πηγής πλάσματος σε ατμοσφαιρική πίεση για την χημική τροποποίηση και εγχάραξη υλικών καθώς και επεξεργασία και ενεργοποίηση υγρών. Συγκεκριμένα κατασκευάστηκε ένας πρωτότυπος αντιδραστήρας πλάσματος σε ατμοσφαιρική πίεση ικανός να επεξεργαστεί μεγάλες επιφάνειες (π.χ. 10 x 10 εκατοστά) χωρίς την χρήση συστημάτων κενού. Η πηγή αυτή χαρακτηρίστηκε ως προς τα ηλεκτρικά και οπτικά χαρακτηριστικά της καθώς και για την αποτελεσματικότητά της, στην επεξεργασία πολυμερών κάνοντας μετρήσεις ρυθμού εγχάραξης και γωνίας επαφής με σταγόνες νερού, σε πολυμερικά υμένια. Η πηγή που έχει δημιουργηθεί επιτρέπει τη δημιουργία πλάσματος αίγλης σε μια ευρεία περιοχή. Παρουσιάζει υψηλή ομοιομορφία, και ελέγχεται καλά ρυθμίζοντας τη ροή του αερίου, τη σύνθεση του μείγματος αερίων και την ισχύ. Οι αντιδραστήρες πλάσματος σε κενό και σε ατμοσφαιρική πίεση είναι τα εργαλεία για την τροποποίηση και επεξεργασία όλων των επιφανειών και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές στους τομείς της μικροηλεκτρονικής, ηλεκτρονικής, πολυμερών, οπτικών επιφανειών κ.α. Συγκεκριμένα η χημική και μορφολογική τροποποίηση που δημιουργείται με αυτά τα συστήματα συμβάλει στην δημιουργία «έξυπνων» επιφανειών, που μιμούνται την φύση. Η παρούσα μελέτη ανέδειξε μία νέα μέθοδο ελέγχου της ανάπτυξης της τραχύτητας, αυτή της νανο-παρεμπόδισης, μέσω ελέγχου της ιοντοβολής της επιφάνειας γύρω από το δείγμα κατά την διάρκεια εγχάραξης με πλάσμα. Η παρούσα μελέτη είναι από τις ελάχιστες η οποία πραγματεύεται τον έλεγχο της εξέλιξης της τραχύτητας μέσω του ελέγχου της ιοντοβολής των τοιχωμάτων του αντιδραστήρα και έχει σαν δυνατό σημείο το εύρος τεχνολογικής στάθμης που καλύπτει, καθώς ξεκινάει από την σύλληψη και της απόδειξη της ιδέας του ελέγχου της τραχύτητας, στην κατασκευή πρωτότυπων πηγών, και τελικά την κατασκευή ενός πρωτότυπου σύστηματος εγχάραξης με πλάσμα για ευρεία χρήση στο εργαστήριο. Η εργασία καταλήγει με μία σύνοψη των σημαντικότερων αποτελεσμάτων, σε συμπεράσματα και σε προοπτικές της παρούσας μελέτης. Η εργασία αυτή οδήγησε στην συγγραφή των δημοσιεύσεων και των ευρεσιτεχνιών που αναφέρονται παρακάτω.