1,721,070 research outputs found
Νανομηχανικός χαρακτηρισμός λεπτών υμενίων με τη χρήση συσκευής νανοδιείσδυσης (nanoindentation)
No full textΗ τεχνολογική πρόοδος στις κατασκευαστικές τεχνικές έχει μετακινήσει τα τελευταία χρόνια μεγάλο όγκο των τεχνολογικά προηγμένων συσκευών σε μικροσκοπικές και νανοσκοπικές κλίμακες.Ορισμένα παραδείγματα είναι οι μικρο- και νανο-ηλεκτρομηχανικές συσκευές (MEMS και NEMS), οι μικρο-ίνες, τα μικροτσίπς, οι προστατευτικές επικαλύψεις μηχανολογικών υλικών ή βιοϊατρικών εργαλείων/συσκευών, κ.λπ.Οι τεχνολογίες αυτές βρίσκουν εφαρμογή σε ποικίλους τομείς όπως κοπτικά εργαλεία, επικαλύψεις στην αυτοκινητοβιομηχανία και στη βιομηχανία ηλεκτρονικών συσκευών, στους αισθητήρες, στα εμφυτεύματα κ.α.Η μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς των συστημάτων αλλά και των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών που τα αποτελούν είναι αναγκαίες για τον κατάλληλο μηχανολογικό σχεδιασμό, τη βελτιστοποίηση τους και για σκοπούς ποιοτικού έλεγχου σε βιομηχανικό επίπεδο.Η παρούσα εργασία καταγράφει τις διαθέσιμες διαδικασίες που υπάρχουν για τον μηχανικό χαρακτηρισμό των υλικών και προϊόντων σε αυτές τις μικρές κλίμακες.Μετά από μια γενική εξέταση των τεχνικών εναποθέσεων λεπτών υμενίων, χρησιμοποιήθηκε η συσκευή νανοδιείσδυσης (Instrumented Nanoindenter) του Εργαστηρίου 'Μηχανικής και Έλεγχου Υλικών' για να χαρακτηρίσει μια σειρά από δοκίμια κραμάτων τιτανίου, και δυο δοκίμια άμορφου άνθρακα.Κατά τη διάρκεια της εργασίας, μελετήθηκαν οι αρχές λειτουργίας και το θεωρητικό υπόβαθρο που χρειάζεται η συσκευή για συλλογή και ανάλυση δεδομένων.Τα κράματα τιτανίου που μελετήθηκαν, παρασκευάστηκαν με την τεχνική magnetron sputtering και αποτελούνται από διάφορα ποσοστά νιοβίου και αφνίου.Τα κράματα αυτά έχουν πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες, πιο συγκεκριμένα σε σύγκριση με το καθαρό τιτάνιο, αυξάνουν την σκληρότητα τους και επιδεικνύουν καλύτερη συμπεριφορά σε ερπυσμό.Τα κράματα TiNb και TiNbHf μειώνουν το μέτρο ελαστικότητας σε σύγκριση με το καθαρό τιτάνιο, ενώ τα κράματα TiHf το αυξάνουν.Η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι γενική και μπορεί να εφαρμοστεί σε άλλα συστήματα υλικών και εφαρμογών.Για σκοπούς επίδειξης παραθέτουμε προκαταρκτικά αποτελέσματα σε νανοσύνθετα υμένια άμορφου άνθρακα με 25% άργυρο και υμένια νανοαφρού άνθρακα.Recent technological advancements in manufacturing techniques have shifted the bulk of technologically important devices into the submicron regime.Examples include the micro-and nano-electromechanical devices (MEMS and NEMS), micro-fibers, microchips, protective coatings for biomedical materials or engineering tools/equipment.These technologies find application in various areas such as cutting tools, coatings in automotive and industrial electronics, in sensors, in implants, etc.The study of the mechanical response of the systems as well as the mechanical properties of the materials that they are composed of are essential for their design, optimization and quality control purposes on an industrial scale.This thesis elaborates on the available procedures for the mechanical characterization of materials and products at these small scales.After a general examination of the thin films deposition techniques, we used the Instrumented Nanoindenter located in the Laboratory of Mechanics and Testing of Materials to characterize a series of titanium alloys and two samples of amorphous carbon.In this thesis the operating principles as well as the theoretical background required for data collection and analysis are presented.Binary and ternary Titanium alloys consisting of various percentages of niobium and hafnium were prepared by magnetron sputtering.The alloys exhibited superior mechanical response in comparison to pure titanium: the hardness of the alloys increased and their creep behavior significantly improved.TiNb and TiNbHf alloys tend to reduce the elastic modulus compared to pure titanium, which is favorable for implant applications, while TiHf alloys increase the material stiffness.
The presented procedure is general and could be equally applied to other materials and systems.For the purposes of illustration we present preliminary results on an amorphous carbon-silver (a- C:Ag) nanocomposite thin film and a carbon nanofoam thin film.Complete
Nanostructured amorphous carbon-metal films for protective and solid lubricant applications
No full textAmorphous carbon exhibits a great diversity in its properties originating from the tunable microstructure that can result in properties that range between the values of graphite and approaching those of diamond. Amorphous carbon with primarily sp2 hybridization bonds is termed glassy carbon, commonly abbreviated as a−C. As the sp3 content increases the material tends to approach the properties of diamond and consequently a−C with dominant sp3 microstructures are commonly referred to as diamond like carbon (DLC). Owing to their excellent mechanical, thermal, electrical, optical, chemical and physical properties, DLC films have been the subject of intense research with several existing applications. Their wide applicability ranges from optoelectronic devices like heterojunction devices, thin film transistors and field effect devices to protective coatings for tribological applications like MEMS, air bearing surfaces of read-write magnetic heads for data processing tapes, and hard disk drives.
Incorporating transition metals into a−C or DLC matrices creates a nanocomposite with enhanced physical characteristics (i.e., reduced friction coefficient, enhanced toughness) and additional functionalities (i.e., solar harvesting, bactericidal). This thesis reports on the physical and chemical vapor deposition and systematic characterization of metal-containing hydrogenated and non-hydrogenated DLC thin films with various metal compositions and types: Ag, Ti, and Mo are tested in the atomic percent range of 0 – 17 at.%. The deposited a−C:Me and a−C:H:Me films are characterized for their microstructure, crystallinity, surface roughness, residual internal stresses and nanomechanical response. Particular emphasis is placed on the evolution of the nanotribological response of the material with metal content. Transition metals appear to resolve the brittle nature of the highly sp3 DLC matrix by creating a more ductile and tough nanocomposite while at the same time reduce the residual compressive stresses generated during growth that hinder the development of thicker and stable coatings. Furthermore, these materials exhibit enhanced nanotribological properties that could be exploited for protective coating and/or solid lubricant applications.Complete
Surface processing of silicon-based materials: silicon, silicon oxide and PDMS
No full textΟι πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα της νανοτεχνολογίας διανοίγουν νέους ορίζοντες στην επιστήμη και μηχανική των υλικών. Η επεξεργασία επιφανειών στη μίκρο- και νάνο-κλίμακα οδηγεί σε ένα ευρύ φάσμα επιφανειακών χαρακτηριστικών όπως υδροφοβικότητα/ υδροφιλικότητα, επιφανειακό φορτίο, επιφανειακή ενέργεια και βιοσυμβατότητα. H παρούσα εργασία, εξετάζει δυο από τις κύριες διεργασίες τροποποίησης επιφανειών στη νανοκλίμακα: Θερμική Οξείδωση και Επεξεργασία Πλάσματος. Η μεθοδολογία που ακολουθείται είναι πρωτίστως πειραματική όπου διενεργείται συστηματική μελέτη της επεξεργασίας–δομής–ιδιοτήτων–απόδοσης για κατανόηση των μεταξύ τους σχέσεων οι οποίες αποτελούν την επιστημονική βάση για βελτιστοποίηση των επιφανειακών χαρακτηριστικών των υλικών, αναλόγως εφαρμογών.
Στο Μέρος Α της διατριβής, λεπτά υμένια SiO2 αναπτύχθηκαν μέσω θερμικής επεξεργασίας και μελετήθηκαν προκειμένου να κατανοηθεί η φυσική της θερμικής οξείδωσης του Si και τα χαρακτηριστικά των προκύπτουσων προϊόντων. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά πάχους (WLRS), πυκνότητας (XRR), τοπογραφίας (AFM), και ανακλαστικότητας (UV/VIS Spectroscopy) των προαναφερόμενων υμενίων. Προκύπτει ότι, κατά τη θερμική οξείδωση παράγονται άμορφα υμένια SiO2 με ρυθμούς ανάπτυξης ~40nm/hr. Τα πειραματικά πάχη δεικνύουν πολύ καλή συσχέτιση με τις θεωρητικές προβλέψεις του μοντέλου Deal–Grove. Τα επιφανειακά χρώματα παρουσιάζουν άμεση συσχέτιση με το πάχος των υμενίων και η προτεινόμενη χαρτογράφηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μια ταχεία μέθοδος οπτικής εκτίμησης του εύρους της οξείδωσης.
Στο Μέρος Β της διατριβής, μελετήθηκαν οι επιπτώσεις ενός επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος που αποσκοπεί στο βομβαρδισμό των επιφανειών Si, SiO2 και PDMS με ιόντα αργού. Τα φυσικά, τοπογραφικά, οπτικά και υδροφοβικά χαρακτηριστικά των επεξεργασμένων επιφανειών καταδεικνύουν ότι στην περίπτωση των σκληρών υλικών επιτυγχάνεται μια ομοιόμορφη και υψηλής ποιότητας εγχάραξη με ρυθμό 0.1–1.5 nm/min. Αντιθέτως, η έκθεση ενός μαλακού υλικού (PDMS) σε πλάσμα οδηγεί στη δημιουργία επιφανειακών μοτίβων με πτυχώσεις («ζαρώματα») που αποδίδεται στη δημιουργία ενός δύσκαμπτου στρώματος το οποίο τείνει να λυγίσει την επιφάνεια με συγκεκριμένα μήκη και πλάτη κύματος που εξαρτώνται από την κινητική ενέργεια και τη ροή των ιόντων. Τα χαρακτηριστικά διαβροχής των επιφανειών παρουσιάζουν σημαντική μείωση λόγω της απομάκρυνσης των ομάδων μεθυλίου από την εκτεθειμένη επιφάνεια. Ωστόσο, η υδρόφοβη φύση ανακτάται στο χρόνο λόγω της σταδιακής διάχυσης των πολικών ομάδων χαμηλού μοριακού βάρους από την επιφάνεια προς το εσωτερικό. Η οπτική διαπερατότητα των επιφανειών παραμένει σχεδόν αμετάβλητη, ενώ προκύπτει μείωση στην ανακλαστικότητα των υμενίων λόγω της αύξησης της διάχυτής σκέδασης που προκαλείται από την τραχιά επιφάνεια.Recent advances in nanotechnology have generated new forefronts in materials science and engineering. Surface modification at micro- and nano-scale leads to a wide range of surface characteristics such as roughness, hydrophobicity/hydrophilicity, surface charge/energy, biocompatibility and reactivity. Motivated by the wide range of applications, this work investigates two of the main processes for nanoscale surface modification: Thermal Oxidation and Non-Reactive Plasma Processing. An experimental approach is employed in this thesis where systematic synthesis/processing‒structure‒properties‒performance is undertaken in a controlled manner until structure‒property relations are established that will form the scientific basis for surface optimization for specific applications: surface tailoring.
In Part A of the thesis, thermal growth of SiO2 thin films is investigated in order to understand the physics of thermal oxidation of Silicon and the characteristics of the resulting products. SiO2 thin films were thermally grown and tested for their resulting thicknesses (WLRS), densities (XRR), topography (AFM), and reflectivity (UV/VIS Spectroscopy). It is shown that amorphous-SiO2 thin films with oxidation rates of ~40 nm/hour are produced. The experimentally obtained thicknesses showed excellent correlation with theoretical predictions calculated by the Deal–Grove model. The color of the grown surfaces depends on the thickness of the layer, which through a color map gives quick optical access to film thickness.
In Part B of the thesis, the effects of a non-reactive inductively coupled plasma (ICP) processing (Argon Ion Bombardment) on Si, SiO2 and PDMS are studied. The physical, topographical, optical and wetting characteristics of the processed surfaces revealed that in the case of hard materials, uniform and high quality etching rates of 0.1–1.5 nm/min were achieved. On the contrary, PDMS plasma exposure led to impressive surface wrinkles that can be attributed to a stiff layer generation that tends to buckle with specific wavelengths that strongly depend on ion energy and specific amplitudes that depend on both ion energy and fluence. Additionally, wetting characteristics of plasma exposed PDMS surfaces showed a significant reduction in CA linked to the removal of methyl groups from the exposed surface and increase of polar functionalities. However, the hydrophobic nature was recovered in time, due to the migration of low molecular weight polar groups from the surface to the bulk of the material. The transmittance spectra of the PDMS surfaces remained almost unchanged whereas there was a reduction on normal reflectance attributed to an increase in diffusive scattering caused by surface patterning.Anastasis V. Georgiades, Panagiotis E. KeivanidisComplete
Σύνθεση, χαρακτηρισμός και χρήση αφρών άνθρακα ως προσροφητικά υλικά
No full textThe pollution of aquatic environments by organic contaminants such as crude oil, petrol, and toluene is a major environmental concern with significant impacts on both ecosystems and human activity. This thesis investigates the modification of melamine foams and the development of carbon foams, aiming to utilize them as adsorbent materials for the removal of organic pollutants from aqueous media. The experimental procedure involves the synthesis and modification of the materials through pyrolysis, followed by their characterization using techniques such as Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), contact angle measurements, and mechanical testing via nanoindentation. Subsequently, adsorption experiments were conducted to evaluate the performance of the materials against selected organic contaminants (hexane, toluene, gasoline, diesel). Based on the overall experimental investigation, the suitability of the developed materials as adsorbent systems for potential application in environmental remediation technologies was assessed.Η ρύπανση του υδάτινου περιβάλλοντος από οργανικούς ρύπους, όπως το πετρέλαιο, η βενζίνη και το τολουόλιο, αποτελεί ένα σοβαρό περιβαλλοντικό ζήτημα με σημαντικές επιπτώσεις στο οικοσύστημα και την ανθρώπινη δραστηριότητα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η τροποποίηση αφρών μελαμίνης και η ανάπτυξη αφρών άνθρακα, με στόχο τη χρήση τους ως προσροφητικά υλικά για την απομάκρυνση οργανικών ρύπων από υδατικά μέσα. Η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει τη σύνθεση και τροποποίηση των υλικών, μέσω πυρόλυσης, καθώς και τον χαρακτηρισμό τους με μεθόδους όπως φασματοσκοπία Raman, μικροσκοπία ηλεκτρονικής σάρωσης (SEM), μετρήσεις γωνίας επαφής (contact angle) και μηχανικές δοκιμές μέσω nanoindentation. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές προσρόφησης για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των υλικών απέναντι σε επιλεγμένους ρύπους (εξάνιο, τολουόλιο, βενζίνη, πετρέλαιο). Μέσα από τη συνολική πειραματική διερεύνηση, εκτιμήθηκε η καταλληλόλητά τους ως προσροφητικά συστήματα για πιθανή εφαρμογή σε περιβαλλοντικές τεχνολογίες.Complete
Computational Modeling of Nanoindentation on Emerging Materials: Auxetics, Hard Thin Films and Cohesive-Frictional Solids
No full textΗ τεχνική της νανοδιείσδυσης ή νανοσκληρομέτρησης έχει εξελιχθεί σε ένα απαραίτητο εργαλείο μηχανικού χαρακτηρισμού υλικών σε μικρή κλίμακα. Με τη χρήση της συγκεκριμένης δοκιμής, μπορούν να προσδιοριστούν διάφορες μηχανικές ιδιότητες, οι συνηθέστερες εκ των οποίων είναι το μέτρο ελαστικότητας του Young και η σκληρότητα. Πέρα από τη δυνατότητα μηχανικού χαρακτηρισμού υλικών στη νανοκλίμακα, σημαντικότερο είναι το γεγονός ότι η συγκεκριμένη τεχνική παρέχει μία άνευ προηγουμένου πρόσβαση στη θεμελιώδη κατανόηση της φυσικής των στερεών υλικών. Το γεγονός αυτό επιτρέπει την ακριβέστερη κατανόηση των μηχανισμών στους οποίους εδράζει η μακροσκοπική μηχανική απόκριση των υλικών και δίδει τη δυνατότητα σε επιστήμονες και μηχανικούς υλικών στο να αναπτύξουν μοντέλα και διαδικασίες για στοχευμένη σύνθεση υλικών για συγκεκριμένες εφαρμογές. Η δυνατότητα αυτή πυροδότησε την ευρεία χρήση της τεχνικής νανοδιείσδυσης σε σχεδόν όλα τα συστήματα υλικών: μέταλλα, κεραμικά, πολυμερή, σύνθετα, βιοϋλικά, λεπτά υμένια, κλπ. Ωστόσο, πρέπει να επισημανθεί ότι ενώ το αρχικό πλαίσιο ανάλυσης δεδομένων αναπτύχθηκε για μέταλλα, αυτό δεν είναι απαραιτήτως κατάλληλο για άλλα συστήματα υλικών. Η χρήση της τεχνικής σε πιο πολύπλοκα συστήματα απαιτεί την ενσωμάτωση των ιδιαιτεροτήτων των καταστατικών εξισώσεων των υλικών και τις ιδιαιτερότητες των γεωμετρικών τους στοιχείων στην ανάλυση.
Η παρούσα διατριβή εξετάζει την υπολογιστική μοντελοποίηση της νανοσκληρομέτρησης σε μια ποικιλία αναδυόμενων συστημάτων υλικών. Στόχο αποτελεί, αφενός η κατανόηση της φυσικής συγκεκριμένων συστημάτων όταν αυτά υπόκεινται σε φορτία επαφής και αφετέρου η ανάπτυξη του αναγκαίου πλαισίου για πειραματικούς ερευνητές για ορθή ερμηνεία των μηχανικών δεδομένων ή ακόμα και για σωστό προγραμματισμό του πειραματικού πρωτοκόλλου. Τα συστήματα που μελετήθηκαν περιλαμβάνουν: (α) αυξητικά υλικά, (β) σκληρά λεπτά υμένια, και (γ) υλικά με συνοχή και εσωτερική τριβή. Αυξητικά είναι τα υλικά που διαθέτουν αρνητικό λόγο Poisson και επιδεικνύουν την αντισυμβατική συμπεριφορά του να επεκτείνονται πλευρικά όταν εφελκύονται. Αυτή η ενδιαφέρουσα απόκριση τους προσδίδει βελτιωμένα χαρακτηριστικά εν σχέση με τα μη-αυξητικά υλικά, ανάμεσα των οποίων είναι και η ενισχυμένη αντίσταση στη διείσδυση. Τα σκληρά λεπτά υμένια χρησιμοποιούνται ευρέως ως προστατευτικές επικαλύψεις από μηχανικά φορτία ή διαβρωτικά περιβάλλοντα ή για πρόσθετες λειτουργίες, όπως ικανότητες αίσθησης και βιοσυμβατότητα. Τα υλικά με συνοχή και εσωτερική τριβή είναι στερεά με κριτήριο διαρροής εξαρτώμενο από την υδροστατική πίεση. Αρκετά σημαντικά υλικά εμπίπτουν στην κατηγορία αυτή, ανάμεσά τους τα υλικά με βάση το τσιμέντο (τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα στερεά στη γη), σχιστόλιθοι (υλικό στο οποίο είναι αποθηκευμένη η πλειονότητα των υδρογονανθράκων) και μεταλλικοί ύαλοι (ένα από τα πιο υποσχόμενα προηγμένα μέταλλα με ενισχυμένη αντοχή όσο και ολκιμότητα).Nanoindentation has evolved into a ubiquitous tool for the mechanical characterization of materials at small scales. Several mechanical metrics are routinely extracted, the most common of which are the elastic modulus and the hardness of the indented material. Perhaps, even more importantly than the capability for nanoscale mechanical characterization, is the fact that it provided experimentalists with an unprecedented access to fundamental material physics. This enabled a refined understanding of the underlying mechanisms that yield the macroscopic mechanical response of materials and enabled materials scientists and engineers in developing models and routes for tailor-made synthesis of materials for specific applications. This capability, however, triggered the uncontrolled utilization of nanoindentation in virtually all material systems: metals, ceramics, polymers, composites, biomaterials, thin films, etc. The initial framework of data analysis, however, was developed for metals and it is not necessarily suitable for other materials systems. The utilization of nanoindentation into more complex systems requires the incorporation of the peculiarities of the constitutive relations of the material characteristics and geometrical details into the analysis.
This thesis deals with the computational (finite element) modeling of nanoindentation on a variety of emerging materials systems. The three material types studied herein are: (a) auxetic, (b) hard thin films, and (c) cohesive-frictional solids. Auxetics are materials that possess a negative Poisson’s ratio and exhibit the counter-intuitive response of expanding laterally when stretched. This intriguing response provides auxetic systems several augmented characteristics among of which is an enhancement in indentation resistance. Hard thin films are nowadays widely used as protective coatings from mechanical/contact loads or corrosive environments or for additional functionalities like sensing capabilities or biocompatibility. Cohesive-frictional materials are solids with a pressure-sensitive yield criterion. Several important materials fall within this category among them cement-based composites (the most widely used solids on earth), shales (the material in which the majority of hydrocarbon resources is stored) and bulk metallic glasses (one of the most promising advanced metals with enhanced strength and ductility characteristics). The focus of this thesis is twofold: On one hand it aims in deciphering the underlying physics of these materials systems when indented by rigid probes and on the other hand to develop the necessary framework for experimentalists to properly interpret the obtained data, plan their experimental protocol accordingly or develop strategies for material optimization.Complete
Σύνθεση και χαρακτηρισμός λεπτών υμενίων από νανοσωματίδια αργύρου
No full textΤο αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός λεπτών υμενίων αργύρου πάνω σε υπόστρωμα πυριτίου. Η εναπόθεση των λεπτών υμενίων ολοκληρώνεται μέσα από μια καινοτόμα και πρωτότυπη διαδικασία παρασκευής νανοσωματιδίων, συγκεκριμένα την πηγή Nanogen της υβριδικής συσκευής εναπόθεσης υμενίων η οποία εγκαταστάθηκε πρόσφατα στην Ερευνητική Μονάδα Νανοδομημένων Συστημάτων Υλικών του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Κύπρου. Η συσκευή Nanogen είναι επί της ουσίας μια συμβατική συσκευή ιοντοβολής, η οποία επιπρόσθετα είναι εφοδιασμένη με μια ζώνη συμπύκνωσης όπου τα ιόντα αναπτύσσονται σε νανοσωματίδια διαφόρων μεγεθών. Επιπρόσθετα το σύστημα είναι εφοδιασμένο με ένα φίλτρο το οποίο ελέγχει το μέγεθος των νανοσωματιδίων το οποίο διαφεύγει από τον θάλαμο σύνθεσης και επιταχύνει προς το υπόστρωμα εναπόθεσης. Υμένια από νανοσωματίδια αργύρου με διαφορετική κινητική ενέργεια εναπόθεσης παράχθηκαν στα πλαίσια της πτυχιακής. Ακολούθως τα δείγματα χαρακτηρίστηκαν για τις οπτικές, φυσικές, μορφολογικές, μηχανικές και υδροφοβικές τους ιδιότητες. Οι τεχνικές της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης, μικροσκοπίας ηλεκτρονικής σάρωσης, ανακλαστικότητας ακτίνων χ, νανοδιείσδυσης, γωνία διαβροχής, και φασματοσκοπίας υπεριώδους-ορατού επιστρατεύτηκαν για τον πλήρη και ενδελεχή χαρακτηρισμό των υμενίων. Τα υμένια που συντέθηκαν επιτυχώς παρουσιάζουν τραχύτητα νανομέτρων η οποία μεταβάλλεται με την κινητική ενέργεια εναπόθεσης. Παράλληλα τα υμένια παρουσιάζουν υψηλή ανακλαστικότητα, καλές μηχανικές ιδιότητες, και υδρόφοβη συμπεριφορά που οφείλεται στα νανομορφολογικά χαρακτηριστικά τους. Δεδομένου ότι ο τομέας της τεχνολογίας νανοσωματιδίων και λεπτών υμενίων έχει αναπτύξει σημαντικά τον τομέα των επιστημών, η πειραματική διαδικασία που μελετήθηκε στα πλαίσια της παρούσας πτυχιακής είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσα για την σύλληψη νέων και καινοτόμων εφαρμογών, βασισμένων σε νανοδομημένα υλικά.
Οι εργασίες της παρούσας πτυχιακής εκπονήθηκαν στο Εργαστήριο Νανο-/Μικρο-Μηχανικής Υλικών και στην Ερευνητική Μονάδα Νανοδομημένων Συστημάτων ΥλικώνThis thesis deals with the synthesis and characterization of thin silver films on a silicon substrate. The deposition of the thin films is completed through a novel and innovative process of creating nanoparticles, more precisely the Nanogen source of the hybrid deposition system that was recently installed at the Research Unit for Nanostructured Material Systems of Cyprus University of Tecnology. The Nanogen source is a traditional sputtering system equipped with a condensation zone for growing nanoparticles of various diameters. In addition the system is equipped with a mass filter that controls the nanoparticles that leave the production chamber and accelerate towards the deposition substrate. Silver nanoparticles with various kinetic energies have been deposited within the activities of this thesis. The films were subsequently characterized for the optical, physical, morphological, mechanical and hydrophobic properties. The techniques of atomic force microscopy, scan electron microscopy, x-ray reflection, nanoindentation, contact angle, and uv-vis spectrophotometry have been utilized in this study. The films that were successfully deposited had nanometer roughness that changes with kinetic energy. In parallel the films exhibited high reflectivity, good mechanical properties, and hydrophobic response which can be attributed to the nanoscale topography. Due to the fact that the nanoparticles’ technology field and thin films’ field has developed the general sciences field immensely, the experimental process addressed in this thesis is of high interest for the creation of new and different nanotechnologies based on novel nanostructured materials.
The works of this thesis have been executed in the Nano/Micro Mechanics of Materials Laboratory and the Research Unit for Nanostructured Materials System
Μοντελοποίηση της τεχνικής Νανοδιείσδυσης με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων
No full textH μοντελοποίηση αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο στη μελέτη πολύπλοκων προβλημάτων μηχανικής. Το πολύτιμο αυτό εργαλείο, επιστρατεύεται στην παρούσα πτυχιακή για τη μελέτη της δοκιμής νανοδιείσδυσης. Συγκεκριμένα, διαμέσου της μοντελοποίησης, μελετήθηκαν προβλήματα ελαστικής και ελαστοπλαστικής επαφής.
Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ελαστικής επαφής, έχουν συγκριθεί με τις αντίστοιχες αναλυτικές λύσεις. Από τη σύγκριση, διαφάνηκε η αδυναμία των συγκεκριμένων σχέσεων στην ακριβή περιγραφή του προβλήματος, εξαιτίας των απλουστευτικών υποθέσεων που τις διέπουν. Με την χρήση των αριθμητικών μεθόδων και της μοντελοποίησης, εξάχθηκε διορθωτικός παράγοντας που διορθώνει τη σχέση Sneddon για το πρόβλημα επαφής κωνικής ακίδας με ημι-επίπεδο.
Στα πλαίσια μελέτης των ελαστοπλαστικών επαφών, έγινε συγκριτική αξιολόγηση του ελαστοπλαστικού υπολογιστικού μοντέλου με πειραματικές δοκιμές και βρέθηκε ότι τα δύο συγκλίνουν. Επιπλέον, εξετάστηκε η συμπεριφορά του λόγου / κατά την ελαστοπλαστική δοκιμή νανοδιείσδυσης. Εξάχθηκαν σημαντικά συμπεράσματα που αφορούν την επιρροή του συγκεκριμένου λόγου στα προφίλ των μέγιστων και εναπομένουσων τάσεων και τροπών. Ακόμη, μελετήθηκαν τα προφίλ φόρτισης και αποφόρτισης του δοκιμίου καθώς ο λόγος / μεταβαλλόταν και διαπιστώθηκε η άμεση επίδραση του συγκεκριμένου λόγου σε φαινόμενα συσσώρευσης. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι η αξιοπιστία της μεθόδου Oliver-Pharr (η οποία σχετίζεται με τον αναλυτικό υπολογισμό του εμβαδού επαφής) μειώνεται όταν τα φαινόμενα συσσώρευσης εντατικοποιούνται.
Οι εργασίες της παρούσας πτυχιακής εκπονήθηκαν στο Εργαστήριο Νανο-/Μικρο-Μηχανικής Υλικών και στην Ερευνητική Μονάδα Νανοδομημένων Συστημάτων Υλικών.Modelling constitutes the cornerstone in the study of complex engineering problems. This valuable tool, is conscripted in this thesis to study the nanoindentation technique. In particular, modelling has contributed to the study of elastic and elastoplastic contact problems.
The results obtained from the simulations of elastic contact have been compared with the corresponding analytical solutions. From the comparison, it was revealed that these solutions fail to describe the exact contact problem due to the simplifying assumptions which govern them. By means of numerical methods and modelling, a correction factor was obtained, that improves Sneddon’s analytical solution for the contact problem of a conical indenter with an infinite half-space.
Within the context of studying elastoplastic contact, the elastoplastic model was benchmarked with experiments and was found to converge. Furthermore, the ratio / was examined with respect to how it affects the behaviour of the material during elastoplastic nanoindentation. Important results have emerged that concern the impact of this ratio on the profiles of the maximum and residual stresses and strains. In addition, the surface profile during the maximum loading and unloading, was investigated and it was ascertained to have a direct influence of the ratio / on pile-up effects. Furthermore, it was observed that the reliability of the Oliver-Pharr method (which pertains to the analytical computation of the contact area) diminishes as the pile-up effects intensify.
The works of this thesis have been executed in the Nano-/Micro Mechanics of Materials Laboratory and the Research Unit for Nanostructured Materials Systems
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Μηχανική νανοσύνθετων πολυμερικών αφρών
No full textΗ παρούσα πτυχιακή εργασία καταπιάνεται με την σύνθεση και χαρακτηρισμό πολυμερικών αφρών με προσμίξεις από νανοϋλικα. συγκεκριμένα νανοσωλήνες άνθρακα και αλλουσίτη σε διάφορα ποσοστά, με απώτερο στόχο την εύρεση νέων υλικών με βελτιωμένες ιδιότητες και κατά συνέπεια τη χρήση τους σε καινοτόμες εφαρμογές. Μετά από μια βιβλιογραφική ανασκόπηση στα χαρακτηριστικά, ιδιότητες και εφαρμογές των πολυμερικών αφρών, και νανοσωλήνες άνθρακα και αλλουσίτη - που αποτελούν τις επιμέρους συνιστώσες του νανοσυνθετου υλικού - γίνεται μια εκτενή αναφορά στις μεθόδους σύνθεσης και χαρακτηρισμού των νανοσύνθετων
πολυμερικών αφρών. Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά της μικροδομής μελετήθηκαν μέσω μικροσκοπίας ηλεκτρονικής σάρωσης, τα φυσικά χαρακτηρισπκά μέσω μετρήσεων βάρους και διαστάσεων, τα υδροφοβικά χαρακτηριστικά μέσω μετρήσεων γωνιών διαβροχής και τα μηχανικά χαρακτηριστικά μέσω μονοαξονικής θλίψης με μια πειραματική διάταξη που σχεδιάστηκε και συναρμολογήθηκε στο Εργαστήριο Μικρο/Νανο Μηχανικής Υλικών του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Κύπρου. Τέλος, η μηχανική ελαστική απόκριση των πολυμερικών αφρών αντιπαραβάλλεται τόσο με αναλυτικά μοντέλα από την βιβλιογραφία όσο και με προσομοιώσεις με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της πτυχιακής αυτής εργασίας. Προκύπτει ότι οι νανοσύνθετοι πολυμερικοί αφροί προσφέρουν βελτιωμένες μηχανικές και υδροφοβικές ιδιότητες που τους καθίστα ιδανικά υποψήφια υλικά για
εφαρμογές όπου η αναλογία αντοχής/βάρους και αδιάβροχη φύση είναιπροαπαιτούμενο. Οι εργασίες της παρούσας πτυχιακής εκπονήθηκαν στο Εργαστήριο Νανο-/Μικρο-Μηχανικής Υλικών και στην Ερευνητική Μονάδα Νανοδομημένων Συστημάτων
Υλικών.This final year project deals with the synthesis and characterization of polymeric foams with nanoscale additions, more precisely carbon and halloysite nanotubes in various compositions, with the objective of obtaining new materials with improved properties for novel applications. After a literature review on the characteristics and properties of polymeric foams and carbon/halloysite nanotubes – the two major constituents of the nanocomposite – there is a detailed presentation of the methods of synthesis and characterization of the nanocomposite polymeric foams.
The morphological characteristics of the microstructures have been quantified through scanning electron microscopy images, the physical properties through weight/dimension measurements, the hydrophobic characteristics through contact angle measurements and the mechanical properties through a uniaxial compression experimental set-up that was assembled for the purposes of this project within the Nano/Micro Mechanics Laboratory of Cyprus University Technology.
The mechanical elastic response of the synthesized polymeric foams is contrasted to analytical models that are found in the literature as well as with computational simulations with finite element method that have been implemented within the activities of this final year project.
In conclusion, the nanocomposite polymeric foams offer improved mechanical and hydrophobic properties, which establishes them as ideal candidates for applications where the strength/weight–ratio and waterproof nature of the material is at stake. The works of this thesis have been executed in the Nano-/Micro Mechanics of Materials Laboratory and the Research Unit for Nanostructured Materials System
- …
