Ανάπτυξη και εφαρμογές υβριδικών νανοϋλικών και νανοδομημένων επιφανειών

Περίληψη

Ο σκοπός της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η ανάπτυξη υβριδικών συστημάτων με ”έξυπνες” και προηγμένες ιδιότητες, συνδυάζοντας μικρο/νανοδομημένες επιφάνειες πυριτίου με άλλα υλικά, όπως είναι το γραφένιο, υμένια από μίγματα πολυμερών και νανοράβδοι οξειδίου του ψευδαργύρου. Με κατεργασία laser αναπτύχθηκαν μικροδομές στην επιφάνεια πυριτίου, χρησιμοποιώντας δύο μήκης κύματος, (532 και 1064 nm), σε περιβάλλον SF6 αερίου και μελετήθηκε η επίδραση των παραμέτρων κατεργασίας στη μορφολογία των μικροδομών. Κατά την ακτινοβόληση του πυριτίου με δέσμη laser κατάλληλης ροής φωτεινής ακτινοβολίας δημιουργήθηκαν ομοιόμορφα μικροδομημένες επιφάνειες πυριτίου μεγάλων διαστάσεων, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ως υποστρώματα για την ανάπτυξη “έξυπνων” επιφανειών με ελεγχόμενη διαβρεξιμότητα. Ακόμα, συνδυάζοντας την κατεργασία laser με τη μαλακή λιθογραφία, οι μικροδομημένες επιφάνειες πυριτίου χρησιμοποιήθηκαν ως μήτρες για την μικροδόμηση πολυμερικών επιφανειών. Στο πρώτο μέρος, μελετήθηκε το ...
Ανάπτυξη και εφαρμογές υβριδικών νανοϋλικών και νανοδομημένων επιφανειών

Περίληψη

Ο σκοπός της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η ανάπτυξη υβριδικών συστημάτων με ”έξυπνες” και προηγμένες ιδιότητες, συνδυάζοντας μικρο/νανοδομημένες επιφάνειες πυριτίου με άλλα υλικά, όπως είναι το γραφένιο, υμένια από μίγματα πολυμερών και νανοράβδοι οξειδίου του ψευδαργύρου. Με κατεργασία laser αναπτύχθηκαν μικροδομές στην επιφάνεια πυριτίου, χρησιμοποιώντας δύο μήκης κύματος, (532 και 1064 nm), σε περιβάλλον SF6 αερίου και μελετήθηκε η επίδραση των παραμέτρων κατεργασίας στη μορφολογία των μικροδομών. Κατά την ακτινοβόληση του πυριτίου με δέσμη laser κατάλληλης ροής φωτεινής ακτινοβολίας δημιουργήθηκαν ομοιόμορφα μικροδομημένες επιφάνειες πυριτίου μεγάλων διαστάσεων, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ως υποστρμικρο/νανοδόμησης, όπως η μαλακή λιθογραφία, σε πρακτικές εφαρμογές. Η τροποποίηση της τοπογραφίας των επιφανειών σε συνδυασμό με καινοτόμα υλικά, όπως είναι τα δισδιάστατα υλικά και τα ”έξυπνα” υλικά, δημιουργεί υβριδικά συστήματα, που παρουσιάζουν νέες ή βελτιωμένες ιδιότητες με σύνθετες λειτουργίες, και έχουν στόχο την επέκταση των εφαρμογών που βασίζονται στο φαινόμενο SERS και των εφαρμογών “έξυπνων” επιφανειών με ελεγχόμενη διαβρεξιμότητα, αλλά και τη βελτίωση των ήδη υπαρχόντων εφαρμογών τους.
περισσότερα

Περίληψη σε άλλη γλώσσα

The purpose of this PhD thesis is to develop hybrid systems with "smart" and advanced properties, combining micro/nanostructured silicon surfaces with other materials such as graphene, films of polymer blends and zinc oxide nanowires. Silicon microstructures were deveναι η ανάπτυξη υβριδικών συστημάτων με ”έξυπνες” και προηγμένες ιδιότητες, συνδυάζοντας μικρο/νανοδομημένες επιφάνειες πυριτίου με άλλα υλικά, όπως είναι το γραφένιο, υμένια από μίγματα πολυμερών και νανοράβδοι οξειδίου του ψευδαργύρου. Με κατεργασία laser αναπτύχθηκαν μικροδομές στην επιφάνεια πυριτίου, χρησιμοποιώντας δύο μήκης κύματος, (532 και 1064 nm), σε περιβάλλον SF6 αερίου και μελετήθηκε η επίδραση των παραμέτρων κατεργασίας στη μορφολογία των μικροδομών. Κατά την ακτινοβόληση του πυριτίου με δέσμη laser κατάλληλης ροής φωτεινής ακτινοβολίας δημιουργήθηκαν ομοιόμορφα μικροδομημένες επιφάνειες πυριτίου μεγάλων διαστάσεων, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ως υποστρώματα για την ανάπτυξη “έξυπνων” επιφανειών με ελεγχόμενη διαβρεξιμότητα. Ακόμα, συνδυάζοντας την κατεργασία laser με τη μαλακή λιθογραφία, οι μικροδομημένες επιφάνειες πυριτίου χρησιμοποιήθηκαν ως μήτρες για την μικροδόμηση πολυμερικών επιφανειών. Στο πρώτο μέρος, μελετήθηκε το φάσμα Raman γραφενίου ενσωματωμένου σε πλασμονική επιφάνεια laser-νανοδομημένου πυριτίου επιστρωμένου με νανοσωματίδια χρυσού συγκριτικά με το φάσμα Raman γραφενίου τοποθετημένου σε μη πλασμονικά ή/και επίπεδα υποστρώματα. Η νανοτοπογραφία της πλατφόρμας πυριτίου με νανοσωματίδια χρυσού ενίσχυσε την αλληλεπίδραση του γραφενίου με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και παρατηρήθηκαν έντονα φαινόμενα πλασμονικής ενίσχυσης SERS (Surface-enhanced Raman Scattering) σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος διέγερσης. Επιπλέον, παρατηρήθηκαν φαινόμενα τάσης ή/και νόθευσης στο γραφένιο, τα οποία οφείλονται στη διαδικασία μεταφοράς του γραφενίου, αλλά και στην ηλεκτρονιακή αλληλεπίδραση του γραφενίου με το εκάστοτε υπόστρωμα. Η προτεινόμενη πλασμονική πλατφόρμα σε συνδυασμό με το γραφένιο, αλλά και με άλλα 2D υλικά, προάγει την ανάπτυξη μελλοντικών πραγματικών εφαρμογών 2D υλικών, μεγάλων διαστάσεων και σύνθετης λειτουργικότητας, στους τομείς της ανίχνευσης και ανάπτυξης αισθητήρων, στη διαγνωστική της ιατρικής κ.α.. Στο δεύτερο μέρος, αναπτύχθηκαν “έξυπνες” οργανικές και ανόργανες επιφάνειες με αποκρινόμενη διαβρεξιμότητα σε ερεθίσματα του εξωτερικού περιβάλλοντος, όπως τη θερμοκρασία και το φως. Αρχικά, αναπτύχθηκαν πολυμερικά υμένια από μίγματα πολυστυρενίου (PS) με το θερμοαποκρινόμενο πολυ(ισοπροπυλακριλοαμίδιο) (PNIPAM) και το συμπολυμερές του, PS-b-PNIPAM, επιστρωμένα σε επίπεδα υποστρώματα πυριτίου με την τεχνική spin coating και παρατηρήθηκαν ποικίλες μορφολογίες στην επιφάνεια των υμενίων, μεταβάλλοντας το λόγο ανάμιξης και τις συνθήκες ξήρανσης των υμενίων. Κατά τη θέρμανση, τα υμένια από μίγματα του ομοπολυμερούς PNIPAM παρουσίασαν θερμοαποκρινόμενη διαβρεξιμότητα, χωρίς όμως να μεταβάλλουν τη κατάσταση διαβροχής τους. Στη συνέχεια, τα θερμοαποκρίνομενα υμένια επιστρώθηκαν σε laser-μικροδομημένες επιφάνειες πυριτίου και σημειώθηκε ενισχυμένη θερμοπόκριση, εξαιτίας της μικρομορφολογίας του υποστρώματος, επιτυγχάνοντας αντιστρεπτά μεταβολή της κατάστασης διαβροχής τους. Τέλος, αναπτύχθηκαν νανοδομές οξειδίου του ψευδαργύρου (ZnO) σε επίπεδες και laser-μικροδομημένες επιφάνειες πυρίτου, δημιουργώντας νανοδομημένες επιφάνειες και επιφάνειες με ιεραρχική τραχύτητα. Μελετήθηκε η συμπεριφορά διαβροχής των παραπάνω επιφανειών σε συνθήκες έκθεσης σε φυσικό φωτισμό και παραμονής στο σκοτάδι, όπου οι νανοδομές ZnO παρουσίασαν φωτοαπόκριση, η οποία ενισχύεται στις ιεραρχικές επιφάνειες ZnO, επιτυγχάνοντας αντιστρεπτά μεταβολή της κατάστασης διαβροχής τους. Η κατεργασία laser είναι μια οικονομική τεχνική που δίνει τη δυνατότητα να μικρο/νανοδομηθούν γρήγορα επιφάνειες, μεγάλων διαστάσεων με ομοιόμορφα χαρακτηριστικά, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, είτε άμεσα είτε συνδυαστικά με άλλες τεχνικές μικρο/νανοδόμησης, όπως η μαλακή λιθογραφία, σε πρακτικές εφαρμογές. Η τροποποίηση της τοπογραφίας των επιφανειών σε συνδυασμό με καινοτόμα υλικά, όπως είναι τα δισδιάστατα υλικά και τα ”έξυπνα” υλικά, δημιουργεί υβριδικά συστήματα, που παρουσιάζουν νέες ή βελτιωμένες ιδιότητες με σύνθετες λειτουργίες, και έχουν στόχο την επέκταση των εφαρμογών που βασίζονται στο φαινόμενο SERS και των εφαρμογών “έξυπνων” επιφανειών με ελεγχόμενη διαβρεξιμότητα, αλλά και τη βελτίωση των ήδη υπαρχόντων εφαρμογών τους.
περισσότερα

Περίληψη σε άλλη γλώσσα

The purpose of this PhD thesis is to develop hybrid systems with "smart" and advanced properties, combining micro/nanostructured silicon surfaces with other materials such as graphene, films of polymer blends and zinc oxide nanowires. Silicon microstructures were developed by laser light irradiation (532 and 1064 nm), in SF6 gas environment and the effect of process parameters on the morphology of the microstructures was studied. Irradiation of silicon with laser light of appropriate fluence resulted in large areas of uniformly microstructured silicon surfaces, which were used as substrates for the development of “smart” surfaces with controlled wettability. Also, combining laser processing with soft lithography, microstructured silicon surfaces were used as to microstructure polymeric surfaces. In the first part, the Raman spectrum of graphene integrated in plasmonic laser-nanostructured silicon substrate coated with gold nanoparticles was studied in comparison with the Raman spectrum ...
περισσότερα

Όλα τα τεκμήρια στο ΕΑΔΔ προστατεύονται από πνευματικά δικαιώματα.

DOI
10.12681/eadd/48251
Διεύθυνση Handle
http://hdl.handle.net/10442/hedi/48251
ND
48251
Εναλλακτικός τίτλος
Development and applications of hybrid nanomaterials and nanostructured surfaces
Συγγραφέας
Κανίδη, Μαρία (Πατρώνυμο: Μιχαήλ)
Ημερομηνία
2020
Ίδρυμα
Πανεπιστήμιο Πατρών. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Επιστήμης των Υλικών
Εξεταστική επιτροπή
Κάνδυλα Μαρία
Κούτσελας Ιωάννης
Πίσπας Αστέριος
Βάινος Νικόλαος
Δήμος Κωνσταντίνος
Κουρής Στέλιος
Παπαγιαννόπουλος Αριστείδης
Επιστημονικό πεδίο
Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία
Νανοτεχνολογία
Λέξεις-κλειδιά
Έξυπνα υλικά; Αισθητήρες SERS; Μικρο/νανοδομημένες επιφάνειες; Κατεργασία laser; SERS γραφενίου; Μικροδόμηση πυριτίου; Υβριδικά υλικά
Χώρα
Ελλάδα
Γλώσσα
Ελληνικά
Άλλα στοιχεία
xviii, 168 σ., εικ., πιν., σχημ., γραφ.
Στατιστικά χρήσης
ΠΡΟΒΟΛΕΣ
Αφορά στις μοναδικές επισκέψεις της διδακτορικής διατριβής για την χρονική περίοδο 07/2018 - 07/2023.
Πηγή: Google Analytics.
ΞΕΦΥΛΛΙΣΜΑΤΑ
Αφορά στο άνοιγμα του online αναγνώστη για την χρονική περίοδο 07/2018 - 07/2023.
Πηγή: Google Analytics.
ΜΕΤΑΦΟΡΤΩΣΕΙΣ
Αφορά στο σύνολο των μεταφορτώσων του αρχείου της διδακτορικής διατριβής.
Πηγή: Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών.
ΧΡΗΣΤΕΣ
Αφορά στους συνδεδεμένους στο σύστημα χρήστες οι οποίοι έχουν αλληλεπιδράσει με τη διδακτορική διατριβή. Ως επί το πλείστον, αφορά τις μεταφορτώσεις.
Πηγή: Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών.
Σχετικές εγγραφές (με βάση τις επισκέψεις των χρηστών)