Δεμεσλής Παρουσίαση

20
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «Μελέτη νανοϋβριδικών και σύνθετων υλικών του άνθρακα, επικεντρώνοντας στην ηλεκτρική αγωγιμότητα.» Αθανάσιος Δεμεσλής , ΑΜ: 1048 Επιβλέπων καθηγητής: Δρ. Βασίλειος Γεωργακίλας Πάτρα, Σεπτέμβριος 2015

Transcript of Δεμεσλής Παρουσίαση

Page 1: Δεμεσλής Παρουσίαση

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

«Μελέτη νανοϋβριδικών και σύνθετων υλικών του άνθρακα, επικεντρώνοντας στην

ηλεκτρική αγωγιμότητα.»

Αθανάσιος Δεμεσλής , ΑΜ: 1048Επιβλέπων καθηγητής: Δρ. Βασίλειος Γεωργακίλας

Πάτρα, Σεπτέμβριος 2015

Page 2: Δεμεσλής Παρουσίαση

Ηλεκτρική Αγωγιμότητα

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα ως σταθερός παράγοντας πλήθους βιομηχανικών και τεχνολογικών εφαρμογών.

Δυνητικές εφαρμογές απαιτούν τη δημιουργία νέων υλικών τα οποία οφείλουν να διαθέτουν ένα πλήθος ιδιοτήτων, ενίοτε αλληλοσυγκρουόμενων.

Page 3: Δεμεσλής Παρουσίαση

Γραφένιο και CNTs

Το γραφένιο και οι νανοσωλήνες άνθρακα ως υποψήφια μέσα υλοποίησης των ανωτέρω καινοτομιών.

Page 4: Δεμεσλής Παρουσίαση

Εφαρμογές και προκλήσεις

Τα νανοαλλότροπα του άνθρακα μπορούν να ενταχθούν σε ένα πλήθος εφαρμογών όπως σε χαμηλού κόστους αγώγιμα μελάνια και ηλεκτρικά κυκλώματα, με τη μορφή υδατικών διασπορών.

Πρόκληση αποτελεί ο υδρόφοβος χαρακτήρας των υλικών του άνθρακα.

Οι υδατικές διασπορές παρουσιάζουν πλεονεκτήματα συγκριτικά με τις διασπορές σε οργανικούς διαλύτες.

Page 5: Δεμεσλής Παρουσίαση

Σκοπός εργασίας

Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται μια αποτελεσματική διαδικασία για τη διασπορά μιας βαρυσήμαντης ποσότητας φύλλων καθαρού γραφενίου σε νερό, χωρίς τη χρήση επιφανειοδραστικών ή πολυμερών. Ο ρόλος του σταθεροποιητή καταλαμβάνεται από νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος στους οποίους έχουν προστεθεί υδρόφιλες λειτουργικές ομάδες.

Page 6: Δεμεσλής Παρουσίαση

Πειραματική Διαδικασία

Η διαδικασία ολοκληρώθηκε σε τρία σκέλη.

1. Δημιουργία Γραφενίου

2. Δημιουργία σύνθετου, υβριδικού υλικού.

3. Μετρήσεις Αγωγιμότητας

Page 7: Δεμεσλής Παρουσίαση

Πίνακες διαλυτών

Διαλύτες διασπορών γραφενίου και νανοσωλήνων:

Διαλύτες που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη δημιουργία του σύνθετου, υβριδικού υλικού:

Ονομασία Χημικός ΤύποςDMF C3H7NO

Αιθανόλη C2H6O

Ονομασία Χημικός ΤύποςΑιθυλενογλυκόλη C2H6O2

Ύδωρ Η2Ο

Page 8: Δεμεσλής Παρουσίαση

Δημιουργία Γραφενίου

Η δημιουργία των φύλλων γραφενίου έγινε μέσω της διαδικασίας της αποδόμησης υγρής φάσης (liquid

phase exfoliation) σε γραφίτη.

1. Ένταξη 70mg γραφιτικής σκόνης σε 70mL DMF.2. Sonication διασποράς για 6 ώρες.3. Άφεση σε ηρεμία overnight.4. Διαχωρισμός διασποράς (60mL) από γραφίτη.

Page 9: Δεμεσλής Παρουσίαση

Δημιουργία σύνθετου, υβριδικού υλικού

1. Αφαίρεση αιθανόλης από τη διασπορά νανοσωλήνων.

2. Προσθήκη νανοσωλήνων στη διασπορά Gr και DMF.

3. Ανάδευση για 24 ώρες.

4. Αφαίρεση DMF μέσω φυγοκέντρησης.

5. Επαναδιασπορά του στερεού υπολείμματος σε νερό.

Page 10: Δεμεσλής Παρουσίαση

Σχηματική αναπαράσταση δημιουργίας

Page 11: Δεμεσλής Παρουσίαση

Συγκεντρώσεις παραγώμενων δειγμάτων.

Ονομασία Διαλύτης Συγκέντρωση υβριδίου

(mg/mL)

Συγκέντρωση Gr

(mg/mL)

Συγκέντρωση f-

MWCNTs (mg/mL)

Δείγμα 1 H2O 15 14 1

Δείγμα 2 H2O 25 - 30 23.3 - 28 1.6 - 2

Δείγμα 3 H2O + EG 30 28 2

Δείγμα 4 EG 100 93.3 6.6

Page 12: Δεμεσλής Παρουσίαση

Μικροσκοπία AFM

Page 13: Δεμεσλής Παρουσίαση

Φάσμα Raman

Page 14: Δεμεσλής Παρουσίαση

Φάσμα XPS

Page 15: Δεμεσλής Παρουσίαση

Απεικονίσεις SEM, TEM, HRTEM, AFM

Page 16: Δεμεσλής Παρουσίαση

Μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας

Οι μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας έγιναν μέσω της μεθόδου 4 – Point.

Το δείγμα 3 χρησιμοποιήθηκε ως ink-jet αγώγιμο μελάνι (10-20 kΩ κατά την 50ή επανάληψη)

Ονομασία Rs (Ω / sq) G (S/m)Δείγμα 1 25 14000Δείγμα 2 5 28000

Page 17: Δεμεσλής Παρουσίαση

Μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας

Ακόμη, το σύνθετο υλικό PVA / Gr / MWNT-f-OHs (20% w/w) είχε Rs = 1300Ω/sq, το οποίο αντιστοιχεί σε αγωγιμότητα 285 S/m, μια από τις υψηλότερες τιμές για συστήματα με κορμό το γραφένιο που έχουν επιτευχθεί στη βιβλιογραφία.

Page 18: Δεμεσλής Παρουσίαση

Μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας

Τέλος, παρουσιάζεται ποιοτικά η αγωγιμότητα ενός κυρτού χαρτιού που έχει υποστεί βαφή με το υβρίδιο γραφενίου / νανοσωλήνων.

Page 19: Δεμεσλής Παρουσίαση

Συμπερασματικά

Επιτυχής διασπορά γραφενίου σε νερό, με τη βοήθεια MWNTs εμπλουτισμένων με υδρόφιλες ομάδες, συγκεντρώσεις σταθερές μέχρι και 15mg/mL.

Μη χρήση επιφανειοδραστικών, ιοντικών διαλυτών ή υδρόφιλων πολυμερών.

Εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα, μικρό οικονομικό και περιβαλλοντικό κόστος.

Ανοίγει ο δρόμος για χρήση του υλικού σε εφαρμογές ink-jet printing και αγώγιμων πολυμερών.

Page 20: Δεμεσλής Παρουσίαση

Ευχαριστώ, απορίες;