Μεταφορά νανομεμβρανών άνθρακα σε διάφορα υποστρώματα και μηχανικός χαρακτηρισμός
| datacite.contributor.RelatedPerson | Βαγγέλης Δασκαλάκης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Δημήτριος Κουζούδης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κωνσταντίνος Δάσιος | |
| dc.contributor.author | Χατζόπουλος-Γκ., Κάμηλ | |
| dc.contributor.other | Chatzopoulos-Gk., Kamil | |
| dc.date.accessioned | 2024-03-28T11:51:58Z | |
| dc.date.available | 2024-03-28T11:51:58Z | |
| dc.date.issued | 2024-03-18 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | The new millennium we are traversing is characterized by rapid technological advancement in every scientific field, especially in the materials sector, where nanotechnology and nanomaterials have taken center stage. The study and application of nanomaterials and nanotechnology have brought about changes in the materials industry, as we can now design and manufacture nanomaterials with thicknesses of mere nanometers in 1, 2, and 3 dimensions and in various forms. Particular interest has been observed in the field of nanomembranes, especially in carbon nanomembranes, which aim at filtering and separating liquids and gases. However, in order for nanomembranes to be applied on a large scale, they must first be characterized mechanically. The process of their mechanical characterization could be straightforward if they were visible in the Raman spectrum. However, due to their amorphous structure, this method of characterization cannot be considered helpful. Therefore, to extract mechanical information from the membranes, we turned to Atomic Force Microscopy (AFM), where, using its functions, we managed to obtain an image of the sample's topography as well as its elastic characteristics. More specifically, quantitative nanomechanical mapping using PeakForce-QnM (Quantitative Nanomechanical Mapping) was employed. This technique aims to simultaneously visualize the surface topography of samples and measure mechanical characteristics such as adhesion, elasticity, and deformation. Another area of nanomembranes developed in this study is their transfer onto new substrates. Nanomembranes are initially grown on specific substrates, but their use and study may require transferring them to new substrates. Thus, we attempted to transfer the nanomembranes onto three dif- ferent substrates, each serving a different purpose. A silicon substrate was used, allowing for excellent membrane topography due to the smooth surface of the substrate. We also used PMMA bars, which are elastic and enable the membrane to bend. Finally, we transferred them onto a novel substrate, onto tips from the AFM, an idea that aided in the discovery of the interaction between the nanomembranes and the substrates. We also employed different transfer methods tailored to the needs of each transfer and substrate. For the transfer to PMMA, we utilized the inverse transfer technique, where the substrate comes into contact upside down with the nanomembrane submerged in water. We also used the fishing method, where the substrate acts as a lure for the membrane to smoothly sit on it as it is lifted from the water.Concerning the silicon substrate, the previously mentioned fishing method was employed, along with the method using two pipettes. In the latter, the substrate is placed in a bath, and by removing water from the dish while simultaneously directing the nanomembrane, we managed to position it onto the substrate. Finally, for the transfer onto AFM tips, similar methods were used as with the silicon substrate. Therefore, this thesis developed methods for the transfer of nanomembranes in order to balance the advantages and disadvantages of each technique. The goal was to achieve more efficient transfers that would lead to better and more realistic results in their mechanical characterization. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/26956 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.subject | Μεταφορά | |
| dc.subject | Νανομηχανικός χαρακτηρισμός | |
| dc.subject | Νανομεμβράνες | |
| dc.subject | Ξηρή μεταφορά | |
| dc.subject | Υγρή μεταφορά | |
| dc.subject | Δύναμη προσκόλλησης | |
| dc.subject.alternative | AFM | |
| dc.subject.alternative | Adhesion force | |
| dc.subject.alternative | Nanomembranes | |
| dc.subject.alternative | Nanomechanical characterization | |
| dc.subject.alternative | Wet transfer | |
| dc.subject.alternative | Dry transfer | |
| dc.title | Μεταφορά νανομεμβρανών άνθρακα σε διάφορα υποστρώματα και μηχανικός χαρακτηρισμός | |
| dc.title.alternative | Transport of carbon nanofilms on various substrates and mechanical characterization |