Τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας με οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO)

• Κύριος συγγραφέας: Ρώσσου, Κωνσταντίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Rossou, Konstantina
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Τρισδιάστατη εκτύπωση; Οξείδιο του ψευδαργύρου; Σύνθετα υλικά; Αλγινικά; Μεθυλοκυτταρίνη; 3D printing; Zinc oxide; Composite materials; Alginates; Methylcellulose

Τα σύνθετα και τα πολυμερή υλικά αποτελούν εδώ και πολλά χρόνια κατηγορίες με μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον και ποικίλες εφαρμογές. Η έρευνα και η παραγωγή υλικών, πιο συγκεκριμένα στη κλίμακα των νανομέτρων, διεύρυνε τα πεδία εφαρμογών και βελτιστοποίησε τις χαρακτηριστικές ιδιότητες αυτών. Σε αυτόν τον κλάδο εντάσσεται και το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO), κατακτώντας εφαρμογές σε τομείς όπως η βιοϊατρική και η οπτοηλεκτρονική, λόγω των άριστων ιδιοτήτων του. Επιπλέον, η τεχνική της τρισδιάστατης εκτύπωσης αποτελεί τα τελευταία χρόνια ισχυρό εργαλείο στην κατασκευή δομών με συγκεκριμένη γεωμετρία. Η παρούσα Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται, μεταξύ άλλων, τη σύνθεση και τον χαρακτηρισμό νανοσωματιδίων ZnO και την παρασκευή υδρογελών, για τη δημιουργία 3D εκτυπωμένων δοκιμίων. Στο πρώτο κεφάλαιο, υπάρχει μια σύντομη εισαγωγή στον κλάδο της νανοτεχνολογίας και των τεχνικών σύνθεσης νανοδομών από μεταλλικά οξείδια. Έπειτα, το δεύτερο κεφάλαιο περιέχει γενικές πληροφορίες σχετικά με το οξείδιο του ψευδαργύρου, την κρυσταλλική και επιφανειακή του δομή, αλλά και τις διάφορες νανοδομές του. Το τρίτο κεφάλαιο σχετίζεται με τη σύσταση των σύνθετων υλικών, αλλά και των μεθόδων παρασκευής, των ιδιοτήτων και των εφαρμογών των σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας/ZnO. Στη συνέχεια, το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στην τρισδιάστατη εκτύπωση, τις διάφορες τεχνικές της και τα υλικά που χρησιμοποιούνται για αυτή και στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύονται οι πειραματικές τεχνικές, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία για τον χαρακτηρισμό των υλικών που παρασκευάστηκαν. Το έκτο κεφάλαιο περιλαμβάνει το πειραματικό μέρος της Διπλωματικής Εργασίας, τους χαρακτηρισμούς των ιδιοτήτων των παρασκευασμάτων και τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν. Οι σκόνες οξειδίου του ψευδαργύρου που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίστηκαν ως προς τη δομή και τις οπτικές τους ιδιότητες. Μέσω της περίθλασης ακτίνων Χ, βρέθηκε πως η μέση διάμετρος των σωματιδίων είναι ίση με 3.7 nm, γεγονός που επιβεβαιώθηκε και από την παρα-τήρηση με ηλεκτρονιακή μικροσκοπία TEM. Μέσω της φασματοσκοπίας UV-Vis υπολογίστηκε η τιμή του ενεργειακού χάσματος ίση με 3,235 eV (αρκετά κοντά στη βιβλιογραφική τιμή για το bulk ΖnO: Εg=3,36 eV) και με τη φασματοσκοπία PL παρατηρήθηκε σημαντική εκπομπή στο ορατό φάσμα. Έπειτα, οι υδρογέλες που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίστηκαν ως προς τις ρεολογικές τους ιδιότητες, ώστε να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν ως μελάνη εκτύπωσης. Κατόπιν, ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των εκτυπωμένων δοκιμίων ως προς τις οπτικές, δομικές, θερμικές και πιεζοηλεκτρικές τους ιδιότητες. Παρατηρήθηκε η επιτυχής εκτύπωση των δοκιμίων σχηματισμός, εφόσον διακρίθηκαν καλά καθορισμένοι τετραγωνικοί πόροι και μετρήθηκε το μέγεθος αυτών. Ο χαρακτηρισμός με XRD και PL έδειξε αποτελέσματα αναμενόμενα και συγκριτικά όμοια με αυτά των κόνεων. Με τη φασματοσκοπία FT-IR, αλλά και τις θερμικές μεθόδους DSC και TGA προέκυψε ο παραλληλισμός όλων των εκτυπωμένων δοκιμίων και των αρχικών υλικών που χρησιμοποιήθηκαν. Τέλος, οι πιεζοηλεκτρικές μετρήσεις υπέδειξαν ικανοποιητικές τιμές του συντελεστή d33 σε σύγκριση με τη βιβλιογραφία.