Μελέτη μηχανισμού μεταφοράς τάσεων σε σύνθετο υλικό εμβαπτισμένου μονοστρωματικού CVD δισουλφιδικού μολυβδαίνιου (MoS2) σε μήτρα πολυμερούς

• Κύριος συγγραφέας: Αθανασόπουλος, Μαργαρίτης
• Άλλοι συγγραφείς: Athanasopoulos, Margaritis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Σύνθετα υλικά; Δισουλφιδικό μολυβδαίνιο; Διεπιφανειακή διατμητική τάση; Φασματοσκοπία Raman; Πολυμερική μήτρα; Παραμόρφωση; Composite materials; Molybdenum disulfide; Interlaminar shear stress; Raman spectroscopy; Polymer matrix; Strain

Τα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας-νάνο εγκλεισμάτων αποτελούν μια νέα γενιά υλικών υψηλού τεχνολογικού ενδιαφέροντος. Αυτό που ξεχωρίζει τα νάνο-σύνθετα από τα άλλα συμβατικά σύνθετα υλικά είναι η ικανότητα τους να συνδυάζουν ιδιότητες, οι οποίες είναι απαγορευτικές για τα παραδοσιακά υλικά, αλλά και η μεγάλη λειτουργικότητα που εμφανίζουν. Ειδικά οι δισδιάστατοι κρύσταλλοι αποτελούν ένα καινούριο πεδίο εντατικής επιστημονικής μελέτης από τις αρχές του αιώνα που διανύουμε μέχρι σήμερα. Βασικός λόγος είναι ότι εμφανίζουν εξαιρετικές ιδιότητες (μηχανικές, ηλεκτρικές) ανοίγοντας νέους δρόμους για τους επιστήμονες. Οι εξαιρετικές τους αυτές ιδιότητες κάνουν τους δισδιάστατους κρυστάλλους τα ιδανικά υποψήφια υλικά στην χρήση τους ως φάση ενίσχυσης καθώς οι διαστάσεις τους είναι τέτοιες (τάξης νανόμετρων) που μπορούν να δημιουργήσουν πολύ μεγαλύτερες διεπιφάνειες με τις μήτρες που συνεργάζονται οδηγώντας σε βελτιωμένη απόδοση. Στην κατηγορία των δισδιάστατων κρυστάλλων ανήκει και το δισουλφιδικό μολυβδαίνιο (MoS2) το οποίο αποτελεί έναν εξαιρετικό ημιαγωγό εμμέσου ενεργειακού χάσματος ~1.9eV σε συνδυασμό με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, με πολύ μεγάλες παραμορφώσεις θραύσης ~11% αλλά και αντοχή και μέτρο ελαστικότητας συγκρινόμενα με αυτά του ατσαλιού. Τα παραπάνω δείχνουν ότι το δισδιάστατο MoS2 θα διαδραματίσει ένα πολύ σπουδαίο ρόλο στις ηλεκτρονικές και οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές του μέλλοντος. Σκοπός λοιπόν της παρούσης εργασίας είναι να μελετήσει την μηχανική συμπεριφορά ενός νάνο-σύνθετου υλικού και συγκεκριμένα τον μηχανισμό μεταφοράς των τάσεων σε σύνθετο υλικό εμβαπτισμένου μονοστρωματικού CVD δισουλφιδικού μολυβδαινίου (MoS2) σε μήτρα πολυμερούς. Η μελέτη βασίζεται στη φασματοσκοπία Raman και συγκεκριμένα αξιοποιεί το φαινόμενο κατά το οποίο το φώς που σκεδάζεται όταν προσπίπτει σε ένα δισδιάστατο κρύσταλλο δίνει διαφορετικά χαρακτηριστικά φάσματα όταν στο υλικό αυτό αναπτύσσονται μηχανικές παραμορφώσεις λόγω μηχανικής καταπόνησής του. Η τεχνική που ακολουθείται είναι ίσως η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνική για δισδιάστατους κρυστάλλους όπως το γραφένιο, το οποίο θεωρείται παρεμφερές υλικό του δισουλφιδικού μολυβδαινίου και έχει μελετηθεί ενδελεχώς τις 2 προηγούμενες δεκαετίες. Στο πρώτο μέρος της εργασίας γίνεται μια θεωρητική εισαγωγή στα πολυμερή και στα σύνθετα υλικά καθώς και στους δισδιάστατους κρυστάλλους και συγκεκριμένα στο MoS2, ενώ παρουσιάζονται λεπτομερώς όλες οι τεχνικές χαρακτηρισμού των σύνθετων υλικών που χρησιμοποιήθηκαν. Επίσης αναφέρεται όλο το θεωρητικό υπόβαθρο για την πειραματική μελέτη που θα ακολουθήσει. Στο δεύτερο μέρος, το οποίο αποτελεί και το πειραματικό μέρος της εργασίας, γίνεται αναφορά στην διαδικασία σύνθεσης του MoS2 στο εργαστήριο καθώς και ο τρόπος ενσωμάτωσης του στη μήτρα ώστε να δημιουργηθεί το νάνο-σύνθετο υλικό προς μελέτη. Περιγράφονται όλες οι διατάξεις που χρησιμοποιήθηκαν για την διεξαγωγή των πειραμάτων ενώ αιτιολογούνται όλες οι επιλογές των παραμέτρων των χαρακτηριστικών μεγεθών. Στη συνέχεια παρουσιάζονται με μορφή εικόνων, σχεδίων, διαγραμμάτων και πινάκων τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν ενώ στο τέλος η συμπεριφορά των νάνο-σύνθετων θα γίνει αντικείμενο συζήτησης και σχολιασμού και προτείνονται θέματα για μελλοντική μελέτη.