Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων
Από τα μέσα του 20ου αιώνα κι έπειτα πραγματοποιήθηκε μια επανάσταση στον τομέα των υλικών, όταν άρχισαν να αναπτύσσονται τα πρώτα σύνθετα υλικά και να αντικαθιστούν σε εφαρμογές υψηλού επιπέδου τα παραδοσιακά υλικά που ήταν πλέον ανεπαρκή να καλύψουν τις απαιτήσεις των εφαρμογών. Πλέον στις αρχές τ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24577 |
| id |
nemertes-10889-24577 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Σύνθετα Υλικά Γραφένιο Νανοσωματίδια Ηλεκτρική αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα Composite materials Graphene Nanoparticles Electrical conductivity Thermal conductivity |
| spellingShingle |
Σύνθετα Υλικά Γραφένιο Νανοσωματίδια Ηλεκτρική αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα Composite materials Graphene Nanoparticles Electrical conductivity Thermal conductivity Κουρμπέλης, Γεώργιος Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων |
| description |
Από τα μέσα του 20ου αιώνα κι έπειτα πραγματοποιήθηκε μια επανάσταση στον τομέα των υλικών, όταν άρχισαν να αναπτύσσονται τα πρώτα σύνθετα υλικά και να αντικαθιστούν σε εφαρμογές υψηλού επιπέδου τα παραδοσιακά υλικά που ήταν πλέον ανεπαρκή να καλύψουν τις απαιτήσεις των εφαρμογών. Πλέον στις αρχές του 21ου αιώνα παρατηρείται μια νέα ανάγκη για υλικά όχι απλά με καλύτερες ιδιότητες αλλά και με τη δυνατότητα να επιτελούν πολλαπλές λειτουργίες. Στο πλαίσιο αυτό λοιπόν γίνεται προσπάθεια να αναπτυχθούν προηγμένα υλικά με χρήση νανοσωματιδίων. Σε αυτή την προσπάθεια εντάσσεται και η παρούσα εργασία, μελετώντας την επίδραση που έχει η εισαγωγή γραφιτικών νανοεγκλεισμάτων στις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες ινωδών συνθέτων υλικών. Στα πρώτα στάδια της εργασίας μελετώνται τα σύνθετα υλικά, οι ιδιότητές και τα χαρακτηριστικά τους. Στη συνέχεια δίνεται περισσότερο έμφαση στο γραφένιο και στα νανοεγκλείσματα που παράγονται από αυτό. Το γραφένιο αποτελεί μια πάρα πολύ καλή περίπτωση υλικού με μεγάλες προοπτικές και όπως διαπιστώθηκε από την αναζήτηση της βιβλιογραφίας η επιστημονική κοινότητα το έχει αντιληφθεί και εντείνει τις προσπάθειες για την ανάπτυξη και χρήση του στα σύνθετα υλικά. Στην κατεύθυνση αυτή κινήθηκε και η διπλωματική αυτή. Το γραφένιο και τα νανοσωματίδια που παράγονται από αυτό, μελετήθηκαν κι έπειτα παρασκευάστηκαν κάποια δοκίμια πάνω στα οποία έγιναν κάποιες μετρήσεις. Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ένα σύστημα ρητίνης-σκληρυντή, ίνες άνθρακα, πολύστρωματικά γραφένια και πολυφλοιικοί νανοσωλήνες άνθρακα. Η ανάμειξη των υλικών πραγματοποιήθηκε με τη χρήση καλάνδρας. Με τη χρήση καλουπιών σιλικόνης παρασκευάστηκαν δύο ειδών δοκίμια, ένα με το υλικό αναφοράς (Νeat) και ένα υβριδικό υλικό όπου στο τροποποιημένο με περιείχε νανοεγκλείσματα (Doped) τα οποία πολυμερίστηκαν σε αυτόκλειστο φούρνο. Τα δοκίμια που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη, σε πρωταρχικό στάδιο, της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας των υβριδικών πολυμερών. Παρατηρήθηκε αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κατά 10 τάξεις μεγέθους καθώς και αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας κατά 100%. Σε επόμενο στάδιο παρασκευάστηκαν φιλμ πολύ μικρού πάχους από το νανο-τροποποιημένο εποξικό σύστημα ρητίνης , ώστε να παρατηρηθεί και να προσδιοριστεί η θερμο-ηλεκτρική συμπεριφορά του υλικού. Στο φιλμ έγινε η απαιτούμενη προετοιμασία προκειμένου να είναι εφικτή η σύνδεσή του με πηγή τάσης 30V και με τη βοήθεια θερμοκάμερας καταγράφηκε θερμοκρασία επιφανείας έως 50°C σε θερμοκρασία δωματίου, και 35°C σε θερμοκρασία καταψύκτη (<-15°C) σε χρονικό διάστημα πέντε λεπτών από την ενεργοποίησή του. Τέλος, ενσωματώθηκε συνδυασμός νανοσωματιδίων άνθρακα σε ινώδη σύνθετα υλικά με σκοπό να μελετηθεί η διαφοροποίηση που επρόκειτο να επιφέρει η προσθήκη αυτή στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του αρχικού υλικού . Η εισαγωγή των πολύστρωματικών γραφενίων και πολυφλοιικών νανοσωλήνων άνθρακα επέφεραν αύξηση στις ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες της πολύστρωτης με την ηλεκτρική αγωγιμότητα να καταγράφει άνοδο κατά 130% και την θερμική 33%. |
| author2 |
Kourmpelis, Georgios |
| author_facet |
Kourmpelis, Georgios Κουρμπέλης, Γεώργιος |
| author |
Κουρμπέλης, Γεώργιος |
| author_sort |
Κουρμπέλης, Γεώργιος |
| title |
Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων |
| title_short |
Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων |
| title_full |
Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων |
| title_fullStr |
Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων |
| title_full_unstemmed |
Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων |
| title_sort |
βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/24577 |
| work_keys_str_mv |
AT kourmpelēsgeōrgios beltiōsēthermoēlektrikēssymperiphorasinōdōnsynthetōnylikōnmetēchrēsēgraphitikōnnanosōmatidiōn AT kourmpelēsgeōrgios improvementofthermoelectricbehavioroffibrouscompositesbyusinggraphenebasednanospecies |
| _version_ |
1771297280541851648 |
| spelling |
nemertes-10889-245772023-02-25T04:37:35Z Βελτίωση θερμο-ηλεκτρικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών με τη χρήση γραφιτικών νανοσωματιδίων Improvement of thermo-electric behavior of fibrous composites by using graphene-based nanospecies Κουρμπέλης, Γεώργιος Kourmpelis, Georgios Σύνθετα Υλικά Γραφένιο Νανοσωματίδια Ηλεκτρική αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα Composite materials Graphene Nanoparticles Electrical conductivity Thermal conductivity Από τα μέσα του 20ου αιώνα κι έπειτα πραγματοποιήθηκε μια επανάσταση στον τομέα των υλικών, όταν άρχισαν να αναπτύσσονται τα πρώτα σύνθετα υλικά και να αντικαθιστούν σε εφαρμογές υψηλού επιπέδου τα παραδοσιακά υλικά που ήταν πλέον ανεπαρκή να καλύψουν τις απαιτήσεις των εφαρμογών. Πλέον στις αρχές του 21ου αιώνα παρατηρείται μια νέα ανάγκη για υλικά όχι απλά με καλύτερες ιδιότητες αλλά και με τη δυνατότητα να επιτελούν πολλαπλές λειτουργίες. Στο πλαίσιο αυτό λοιπόν γίνεται προσπάθεια να αναπτυχθούν προηγμένα υλικά με χρήση νανοσωματιδίων. Σε αυτή την προσπάθεια εντάσσεται και η παρούσα εργασία, μελετώντας την επίδραση που έχει η εισαγωγή γραφιτικών νανοεγκλεισμάτων στις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες ινωδών συνθέτων υλικών. Στα πρώτα στάδια της εργασίας μελετώνται τα σύνθετα υλικά, οι ιδιότητές και τα χαρακτηριστικά τους. Στη συνέχεια δίνεται περισσότερο έμφαση στο γραφένιο και στα νανοεγκλείσματα που παράγονται από αυτό. Το γραφένιο αποτελεί μια πάρα πολύ καλή περίπτωση υλικού με μεγάλες προοπτικές και όπως διαπιστώθηκε από την αναζήτηση της βιβλιογραφίας η επιστημονική κοινότητα το έχει αντιληφθεί και εντείνει τις προσπάθειες για την ανάπτυξη και χρήση του στα σύνθετα υλικά. Στην κατεύθυνση αυτή κινήθηκε και η διπλωματική αυτή. Το γραφένιο και τα νανοσωματίδια που παράγονται από αυτό, μελετήθηκαν κι έπειτα παρασκευάστηκαν κάποια δοκίμια πάνω στα οποία έγιναν κάποιες μετρήσεις. Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ένα σύστημα ρητίνης-σκληρυντή, ίνες άνθρακα, πολύστρωματικά γραφένια και πολυφλοιικοί νανοσωλήνες άνθρακα. Η ανάμειξη των υλικών πραγματοποιήθηκε με τη χρήση καλάνδρας. Με τη χρήση καλουπιών σιλικόνης παρασκευάστηκαν δύο ειδών δοκίμια, ένα με το υλικό αναφοράς (Νeat) και ένα υβριδικό υλικό όπου στο τροποποιημένο με περιείχε νανοεγκλείσματα (Doped) τα οποία πολυμερίστηκαν σε αυτόκλειστο φούρνο. Τα δοκίμια που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη, σε πρωταρχικό στάδιο, της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας των υβριδικών πολυμερών. Παρατηρήθηκε αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κατά 10 τάξεις μεγέθους καθώς και αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας κατά 100%. Σε επόμενο στάδιο παρασκευάστηκαν φιλμ πολύ μικρού πάχους από το νανο-τροποποιημένο εποξικό σύστημα ρητίνης , ώστε να παρατηρηθεί και να προσδιοριστεί η θερμο-ηλεκτρική συμπεριφορά του υλικού. Στο φιλμ έγινε η απαιτούμενη προετοιμασία προκειμένου να είναι εφικτή η σύνδεσή του με πηγή τάσης 30V και με τη βοήθεια θερμοκάμερας καταγράφηκε θερμοκρασία επιφανείας έως 50°C σε θερμοκρασία δωματίου, και 35°C σε θερμοκρασία καταψύκτη (<-15°C) σε χρονικό διάστημα πέντε λεπτών από την ενεργοποίησή του. Τέλος, ενσωματώθηκε συνδυασμός νανοσωματιδίων άνθρακα σε ινώδη σύνθετα υλικά με σκοπό να μελετηθεί η διαφοροποίηση που επρόκειτο να επιφέρει η προσθήκη αυτή στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του αρχικού υλικού . Η εισαγωγή των πολύστρωματικών γραφενίων και πολυφλοιικών νανοσωλήνων άνθρακα επέφεραν αύξηση στις ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες της πολύστρωτης με την ηλεκτρική αγωγιμότητα να καταγράφει άνοδο κατά 130% και την θερμική 33%. From the middle of the 20th century onwards, a revolution took place in the field of materials, as the first composite materials started developing and gradually the started replacing the traditional materials in high-level applications, as they were no longer sufficient to cover the needs of the modern applications. Now, at the beginning of the 21st century a new need came up, a need for materials not only with better properties but also with the ability to perform multiple functions. In this context, an attempt is being made to develop advanced materials introducing nanoparticles in the composites. The present work is part of this effort, studying the effect of the introduction of graphite nanoparticles on the thermoelectric properties of fibrous composite materials. In the first stages of the work, the composite materials, their properties, and characteristics were studied. Subsequently, more emphasis is placed on graphene and the nanoparticles that are produced from it. Graphene is a very good case of material with great prospects and as the literature search results show, the scientific community has realized it and is intensifying efforts for its development and use in composite materials. This study moved in this direction. Graphene and its nanoparticles were studied After that a small number of samples were prepared to take some measurements. The materials used, were a resin-hardener system, carbon fibers, GNPs and MWCNTs. The mixing of the materials was done by manual stirring firstly and then with the Three Roll Mill. Silicone molds were used, and two types of samples were prepared. The first one consisted of resin and hardener (Neat) only and the second one consisted of resin-hardener and the nanoparticles (Doped), which were polymerized in an autoclave oven. The samples were used to study the electrical and thermal properties of the doped polymers. An increase in electrical conductivity by 10 orders of magnitude was observed, while the increase in thermal conductivity reached 100%. On the next stage films with small thickness were produced using the new doped polymer material in order to observe the properties and the behavior of the material in this form. The electrothermal film gave a surface temperature of up to 50°C at room temperature, and 35°C at freezer temperature (<-15°C) within five minutes of being activated by supplying voltage of 30V. On the final stage hybrid nanoparticles were incorporated in a multi-layer laminate and then its electrical and thermal properties were measured and compared with the properties of a non-doped laminate. The introduction of GNPs and MWCNTs increased the electrical and thermal properties of the laminate, as the electrical conductivity registered a rise of 130% and the thermal conductivity of 33%. 2023-02-24T09:47:54Z 2023-02-24T09:47:54Z 2023-02-24 https://hdl.handle.net/10889/24577 el Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ application/pdf |
