Μελέτη της ενίσχυσης βιοπολυμερών με δισδιάστατα νανοσωματίδια αιματίτη

datacite.contributor.RelatedPersonΨαρράς, Γεώργιος
datacite.contributor.RelatedPersonΙατρίδη, Ζαχαρούλα
datacite.contributor.SupervisorΓεωργακίλας, Βασίλειος
dc.contributor.authorΑλποχωρίτης, Γεώργιος
dc.contributor.otherAlpochoritis, Georgios
dc.date.accessioned2025-10-08T06:25:05Z
dc.date.available2025-10-08T06:25:05Z
dc.date.issued2025-09-29
dc.degreemasterThesis
dc.description.abstractΣτην παρούσα εργασία, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή δισδιάστατων νανοσωματιδίων αιματίτη (αιματένιο) με την μέθοδο της υγρής αποφλοίωσης και την συνέργεια διάφορων οργανικών ενώσεων και ακολουθήσε ο οπτικός και μορφολογικός χαρακτηρισμός τους. Στην συνέχεια, έγινε η ανάπτυξη νανοσύνθετων μεμβρανών με την προσθήκη αιματένιου σε διάφορες περιεκτικότητες μέσα σε μήτρα συμπολυμερούς χιτοζάνης – PVA. Επιπλέον, αναπτυχθήκαν οι ίδιες νανοσύνθετες μεμβράνες με την προσθήκη σουλφονικού παράγοντα σε σταθερή περιεκτικότητα. Ακολούθησε συγκριτική μελέτη για την επίδραση που έχει το αιματένιο στην πολυμερική μήτρα καθώς και το πως επηρεάζονται οι ιδιότητες με την παρουσία του σουλφονικού παράγοντα και εξετάζεται η καταλληλότητα τους για την χρήση τους ως μεμβράνες ανταλλαγής πρωτονίων σε κυψέλες καυσίμου. Μελετώνται οι μηχανικές και διηλεκτρικές ιδιότητες των μεμβρανών, η αλληλεπίδραση τους με το νερό μέσω μετρήσεων πρόσληψης υγρασίας και ποσοστού διόγκωσης, η ικανότητα ιοντοανταλλαγής (IEC) και διαπερατότητας σε μεθανόλη και η αγωγιμότητα πρωτονίων. Συμπερασματικά, σε αυτή την εργασία, παρασκευάστηκαν δισδιάστατα νανοφύλλα αιματίτη υψηλής απόδοσης με βελτιωμένες (οπτοηλεκτρονικές) ιδιότητες με την χρήση οικολογικής μεθόδου. Επιπλέον, οι σύνθετες μεμβράνες, με και χωρίς τον σουλφονικό παράγοντα, παρουσιάζουν βελτιωμένες μηχανικές και διηλεκτρικές ιδιότητες καθώς αυξάνονται το μέτρο Young, η αντοχή σε εφελκυσμό και το μέτρο αποθήκευσης, το ηλεκτρικό μέτρο και η αγωγιμότητα αντίστοιχα. Ακόμα, εμφανίζουν σχετικά υψηλά ποσοστά πρόσληψης υγρασίας και διόγκωσης, ενώ οι σουλφονικές μεμβράνες εμφανίζουν πιο μειωμένες τιμές. Όλες οι μεμβράνες έδειξαν υψηλές τιμές IEC και εξαιρετικά καλές ιδιότητες φραγμού της μεθανόλης. Η αγωγιμότητα πρωτονίων είναι υψηλότερη από αυτή των αρχικών πολυμερών, αλλά δεν παρουσιάζει βελτίωση με το αιματένιο. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν την καταλληλότητα των σύνθετων μεμβρανών για την χρήση τους στις κυψέλες καυσίμου, ιδιαίτερα των σουλφονικών μεμβρανών (ωστόσο, θα ήταν χρήσιμο να αυξηθεί περαιτέρω η αγωγιμότητα πρωτονίων για την βέλτιστη και αποδοτικότερη χρήση τους).
dc.description.translatedabstractIn this thesis, two-dimensional hematite nanoparticles were prepared using the wet exfoliation method and the synergy of various organic compounds, followed by their optical and morphological characterization. Subsequently, nanocomposite membranes were developed with the addition of hematene at various concentrations in a chitosan-PVA copolymer matrix. In addition, the same nanocomposite membranes were developed with the addition of a sulfonic agent at a constant concentration. A comparative study followed on the effect of hematene on the polymeric matrix as well as how the properties are affected by the presence of the sulfonic agent, and their suitability for use as proton exchange membranes in fuel cells was examined. The mechanical and dielectric properties of the membranes, their interaction with water through moisture uptake and swelling rate measurements, the ion exchange capacity (IEC) and methanol permeability, and the proton conductivity are studied. In conclusion, in this work, high-performance two-dimensional hematite nanosheets with improved (optoelectronic) properties were prepared using an ecological method. Furthermore, the composite membranes, with and without the sulfonate agent, exhibit improved mechanical and dielectric properties as the Young's modulus, tensile strength and storage modulus, electrical modulus and conductivity increase respectively. Furthermore, they exhibit relatively high moisture uptake and swelling rates, while the sulfonic membranes exhibit lower values. All membranes showed high IEC values and extremely good methanol barrier properties. The proton conductivity is higher than that of the original polymers, but does not show improvement with hematene. The results indicate the suitability of composite membranes for use in fuel cells, especially sulfonate membranes (however, it would be useful to further increase the proton conductivity for their optimal and more efficient use).
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10889/30481
dc.language.isoel
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Greeceen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/
dc.subjectΑιματένιο
dc.subjectΑποφλοίωση
dc.subjectΝανοφύλλα
dc.subjectΒιοπολυμερή
dc.subjectΧιτοζάνη
dc.subjectΠολυβινυλική αλκοόλη
dc.subjectΣύνθετα υλικά
dc.subjectΜεμβράνες
dc.subjectΚυψέλες καυσίμου
dc.subject.alternativeHematene
dc.subject.alternativeExfoliation
dc.subject.alternativeNanoplatelets
dc.subject.alternativeBiopolymers
dc.subject.alternativeChitosan
dc.subject.alternativePolyvinyl alcohol
dc.subject.alternativeComposite materials
dc.subject.alternativeMembranes
dc.subject.alternativeFuel cells
dc.titleΜελέτη της ενίσχυσης βιοπολυμερών με δισδιάστατα νανοσωματίδια αιματίτη
dc.title.alternativeInvestigation of biopolymer reinforcement using two-dimensional hematite nanoplatelets

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Master_Thesis_Alpochoritis.pdf
Size:
6.65 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
5.02 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: