Μεταφορά νανομεμβρανών άνθρακα σε διάφορα υποστρώματα και μηχανικός χαρακτηρισμός

Thumbnail Image
Date
2024-03-18
Authors
Χατζόπουλος-Γκ., Κάμηλ
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η νέα χιλιετία που διανύουμε χαρακτηρίζεται από την ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη σε κάθε επιστημονικό κλάδο και ειδικότερα στον κλάδο των υλικών, όπου πια η νανοτεχνολογία και τα νανου- λικά έχουν γίνει το επίκεντρο. Η μελέτη και η χρήση των νανουλικών και της νανοτεχνολογίας έχει επιφέρει αλλαγές στον τομέα των υλικών , αφού πια μπορούμε και κατασκευάζουμε νανουλικά πάχους ελάχιστων νανόμετρων σε 1,2,3 διαστάσεις και σε ποικίλες μορφές. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει παρατηρηθεί στον τομέα των νανομεμβρανών, και ιδιαίτερα στις νανομεμβράνες άνθρακα οι οποίες αποσκοπούν στο φιλτράρισμα και στον διαχωρισμό υγρών και αερίων. Ωστόσο οι νανομεμβράνες προκειμένου να μπορέσουν να εφαρμοστούν σε μεγάλη κλίμακα θα πρέπει πρωτίστως να χαρακτηριστούν μηχανικά. Η διαδικασία του μηχανικού τους χαρακτηρισμού θα μπορούσε να είναι απλή αν ήταν ορατές στο φάσμα Raman , ωστόσο εξαιτίας της άμορφης δομής τους , αυτή η μέθοδος χαρακτηρισμού δεν μπορεί να θεωρηθεί βοηθητική. Επομένως για να καταφέρουμε να αποσπάσουμε μηχνικές πληροφορίες από τις μεμβράνες καταφύγαμε στο μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) , όπου με τη χρήση των λειτουργιών του καταφέραμε να λάβουμε εικόνα της τοπογραφίας του δείγματος καθώς και των ελαστικών του χαρακτηριστικών. Πιο συγκεκριμένα έγινε χρήσης της ποσοτικής νανομηχανικής χαρτογράφησης μέγιστης δύναμης (PeakForce - QnM), που αποσκοπεί στην ταυτόχρονη απεικόνιση της τοπογραφίας της επιφάνειας δειγμάτων και στη μέτρηση μηχανικών χαρακτηριστικών, όπως η προσκόλληση, η ελαστικότητα και η παραμόρφωση. Ένας άλλος τομέας των νανομεμβρανών που αναπτύχθηκε στην παρούσα εργασία είναι η μεταφορά τους σε νέα υποστρώματα. Οι νανομεμβράνες αναπτύσσονται σε κάποια αρχικά υποστρώματα , ωστόσο η χρήση τους αλλα και η μελέτη τους απαιτεί την μεταφορά σε νέα υποστρώματα. Έτσι δοκιμάσαμε να μεταφέρουμε τις νανομεμβράνες σε 3 διαφορετικά υποστρώματα με διαφορετικές χρήσεις το καθένα. Χρησιμοποιήθηκε υπόστρωμα πυριτίου όπου μπορέσαμε να κάνουμε άριστη τοπογραφία της μεμβράνης χάριν στην λεία επιφάνεια του υποστρώματος , σε μπαράκια PMMA , τα οποία είναι ελαστικά και επιτρέπουν στην μεμβράνη να λυγίσει και τέλος τις μεταφέραμε σε ένα πρωτότυπο υπόστρωμα , σε tips από το AFM , μια τεχνική που βοήθησε να μελετήσουμε την αλληλεπίδραση των νανομεμβράνων με τα υποστρώματα. Επίσης χρησιμοποιήσαμε διαφορετικές μεθόδους μεταφοράς , προσαρμοσμένες στις ανάγκες της κάθε μεταφοράς και του κάθε υποστρώματος. Για την μεταφορά σε PMMA χρησιμοποιήσαμε την τακτική της ανάποδης μεταφοράς όπου το υπόστρωμα έρχεται σε επαφή ανάποδα με την νανομεμβράνη που είναι εμβαπτισμένη στο νερό , αλλά και τη μέθοδο ψαρέματος , όπου το υπόστρωμα λειτουργεί σαν απόχη ώστε η μεμβράνη να καθίσει ομαλά επάνω του , όσο απομακρύνεται από το νερό που βρίσκεται. Όσον αφορά το υπόστρωμα του πυριτίου χρησιμοποιήθηκε η προαναφερθήσα μέθοδος του ψαρέματος αλλα και η μέθοδος με τη χρήση δυο πιπέτων , όπου το υπόστρωμα τοποθετείται μέσα στο λουτρό και με την απομάκρυνση του νερού από το ποτήρι και με τη ταυτόχρονη κατέυθυνση της νανομεμβράνης , καταφέραμε να την τοποθετήσουμε επί του υποστρώματος. Τέλος για την μεταφορά στα tips χρησιμοποιήσαμε παρόμοιες μεθόδους με το υπόστρωμα πυριτίου. Επομένως η παρούσα διπλωματική εργασία ανέπτυξε τους τρόπους μεταφοράς των νανομεβρανών προκειμένου να συμπαιράνουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου ώστε να έχουμε πιο αποτελεσματικές μεταφορές που θα οδηγήσουν σε καλύτερα και ρεαλιστικότερα αποτελέσματα στον μηχανικό τους χαρακτηρισμό.
Description
Keywords
Μεταφορά, Νανομηχανικός χαρακτηρισμός, Νανομεμβράνες, Ξηρή μεταφορά, Υγρή μεταφορά, Δύναμη προσκόλλησης
Citation