Μελέτη της ενίσχυσης βιοπολυμερών με δισδιάστατα νανοσωματίδια αιματίτη
| datacite.contributor.RelatedPerson | Ψαρράς, Γεώργιος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Ιατρίδη, Ζαχαρούλα | |
| datacite.contributor.Supervisor | Γεωργακίλας, Βασίλειος | |
| dc.contributor.author | Αλποχωρίτης, Γεώργιος | |
| dc.contributor.other | Alpochoritis, Georgios | |
| dc.date.accessioned | 2025-10-08T06:25:05Z | |
| dc.date.available | 2025-10-08T06:25:05Z | |
| dc.date.issued | 2025-09-29 | |
| dc.degree | masterThesis | |
| dc.description.abstract | Στην 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.translatedabstract | In 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.uri | https://hdl.handle.net/10889/30481 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Αιματένιο | |
| dc.subject | Αποφλοίωση | |
| dc.subject | Νανοφύλλα | |
| dc.subject | Βιοπολυμερή | |
| dc.subject | Χιτοζάνη | |
| dc.subject | Πολυβινυλική αλκοόλη | |
| dc.subject | Σύνθετα υλικά | |
| dc.subject | Μεμβράνες | |
| dc.subject | Κυψέλες καυσίμου | |
| dc.subject.alternative | Hematene | |
| dc.subject.alternative | Exfoliation | |
| dc.subject.alternative | Nanoplatelets | |
| dc.subject.alternative | Biopolymers | |
| dc.subject.alternative | Chitosan | |
| dc.subject.alternative | Polyvinyl alcohol | |
| dc.subject.alternative | Composite materials | |
| dc.subject.alternative | Membranes | |
| dc.subject.alternative | Fuel cells | |
| dc.title | Μελέτη της ενίσχυσης βιοπολυμερών με δισδιάστατα νανοσωματίδια αιματίτη | |
| dc.title.alternative | Investigation of biopolymer reinforcement using two-dimensional hematite nanoplatelets |