Τσίρκα Κυριακή
Τίτλος: Μελέτη Γραφιτικής Ενίσχυσης Ιεραρχικών Σύνθετων Υλικών Με Μήτρα Εποξειδικής Ρητίνης
Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκαν γραφιτικές ιεραρχικές δομές οι οποίες χρησιμοποιούνται ως δευτερεύουσες ενισχύσεις σε ινοπλισμένα πολυμερικά σύνθετα υλικά με δομικές εφαρμογές και πολύ-λειτουργικότητες. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν ιεραρχικές ενισχυτικές δομές ακολουθώντας τις μεθόδους i) της ανάπτυξης νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (ΝΣΑ) μέσω της καταλυτικής χημικής εναπόθεσης ατμών και ii) της εναπόθεσης ΝΣΑ από υδατικά αιωρήματα / μελάνια στην επιφάνεια ινών άνθρακα. Η εργασία χωρίστηκε σε δύο άξονες. Ο πρώτος άξονας εστίασε στη σύνθεση και βελτιστοποίηση των ιεραρχικών ενισχύσεων και τον εκτενή χαρακτηρισμό της δομής και της μορφολογίας τους μέσω μιας πληθώρας αναλυτικών τεχνικών χαρακτηρισμού. Ο δεύτερος άξονας επικεντρώθηκε στη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των ιεραρχικών ινών και των ιδιοτήτων των διεπιφανειών που σχηματίζονται μεταξύ αυτών και της εποξικής μήτρας. Η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων της διεπιφάνειας των ιεραρχικών σύνθετων πραγματοποιήθηκε με χρήση της φασματοσκοπίας Raman αλλά και μηχανικών δοκιμών σε μοντέλα σύνθετων υλικών. Συνολικά, η παρούσα εργασία, ακολουθώντας μια βιομιμητική προσέγγιση, μελέτησε τις συνέργειες μεταξύ των διαφορετικής κλίμακας γραφιτικών δομών που συνιστούν τις ιεραρχικές ανθρακικές ενισχύσεις και απέδειξε τη διττή φύση τους, ως φέροντα και πολύ-λειτουργικά στοιχεία, η οποία ενισχύεται μέσω της ιεραρχίας της δομής τους.
Κοσαρλή Μαρία
Τίτλος: Καινοτόμες τεχνολογίες για τη βελτιστοποίηση της αυτο-ίασης σε κατασκευές προηγμένων σύνθετων υλικών.
Τα τελευταία χρόνια, τα σύνθετα υλικά έχουν ολοένα και περισσότερες εφαρμογές σε βιομηχανική κι όχι μόνο κλίμακα. Πρόκειται για υλικά με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με το βάρος τους και ικανοποιητική αντίσταση στη διάβρωση. Η χαμηλή δυσθραυστότητα που εμφανίζουν όμως, οδηγεί σε σημαντικούς και «επικίνδυνους» για την δομική ακεραιότητα του συνθέτου τύπους αστοχίας. Για την επέκταση της διάρκειας ζωής τους μετά από μια βλάβη, η επιστημονική κοινότητα επικεντρώθηκε σε μεθόδους επισκευής των υλικών αυτών. Μια από αυτές τις τεχνικές είναι και τα αυτο-ιάσιμα υλικά. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην βελτιστοποίηση των τριών μεθόδων αυτο-ίασης ινωδών πολυμερικών σύνθετων υλικών. Περιλαμβάνει την περαιτέρω μελέτη των εν λόγω προσεγγίσεων σε επίπεδο α) υλικού και μεθοδολογίας ίασης, β) μητρικού υλικού, γ) σύνθετου υλικού και δ) σύνθετης δομής/κατασκευής. Η τροποποίηση και βελτιστοποίηση των τριών μεθόδων ΑΙ πρόκειται να προσδώσει στο τελικό υλικό μια αλληλουχία ιδιοτήτων, όπως: α) υψηλότερη ικανότητα ΑΙ, β) μείωση της υποβάθμισης των αρχικών ιδιοτήτων μετά την ενσωμάτωση του συστήματος ίασης στο υλικό (ή ακόμη και αύξηση) και γ) αύξηση της αγωγιμότητας η οποία θα προσφέρει και ικανότητες αυτο-διάγνωσης στα υλικά. Τελικός στόχος είναι η κατασκευή ενός προηγμένου, «έξυπνου» ΣΥ με ικανότητες υψηλής ΑΙ.
Φωτεινίδης Γεώργιος
Τίτλος: Ευφυή μίκρο- και νάνο-σύνθετα υλικά: μη καταστροφική αξιολόγηση παραγωγής ή /και απόκρισης σε πολλαπλές φορτίσεις
Η παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας είναι ένα εργαλείο ζωτικής σημασίας για την απευθείας ανίχνευση βλαβών σε σύνθετα υλικά εποξικής μήτρας. Μεταξύ των μεθόδων ελέγχου της δομικής ακεραιότητας, εκείνες που σχετίζονται με την ηλεκτρική απόκριση σε περίπτωση βλάβης, είναι σε θέση να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη δομική υποβάθμιση του υλικού με υψηλή ευαισθησία και ακρίβεια. Σκοπός αυτής της διατριβής είναι η μετατροπή ενός συμβατικού σύνθετου σε ένα πολυλειτουργικό υλικό ικανό να παρέχει απ' ευθείας (on-line) κρίσιμες πληροφορίες για την παρακολούθηση της υγειούς λειτουργίας του. Η διαστρωμάτωση των υφασμάτων με ίνες άνθρακα και υάλου σε συνδυασμό με την τροποποίηση της εποξικής μήτρας θα προσφέρει ικανότητες τοπογραφίας βλαβών. Η ενίσχυση της μήτρας θα αποτελείται από ομοιογενή διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα και άμορφου άνθρακα. Ένα ημιτονοειδές ηλεκτρικό πεδίο θα εφαρμοστεί μεταξύ των τοπικών πυκνωτών, οι οποίοι σχηματίζονται ανάμεσα στις αγώγιμες φάσεις του συνθέτου, χρησιμοποιώντας την τεχνική της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας. Επομένως, η κατεστραμμένη περιοχή θα απεικονίζεται σε τοπογραφικές 2D και 3D εικόνες, οι οποίες θα αποκαλύψουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη δομική ακεραιότητα του σύνθετου υλικού. Επιπλέον, θα μελετηθεί η ενσωμάτωση των δυνατοτήτων αυτο-ίασης προκειμένου να επιτευχθεί η κατασκευή ενός έξυπνου σύνθετου υλικού με ένα ευρύ φάσμα λειτουργικοτήτων.
Καραλής Γεώργιος
Τίτλος: Aνάπτυξη τεχνολογιών για τη συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας από ενσωματωμένες πολυλειτουργικές ιδιότητες προηγμένων σύνθετων υλικών
Tα πολυλειτουργικά δομικά σύνθετα αποτελούν έναν εξαιρετικά ενδιαφέρον ερευνητικό τομέα στην τεχνολογία των προηγμένων κατασκευαστικών υλικών, διότι πέρα των δομικών λειτουργιών (υψηλή μηχανική αντοχή με μειωμένο ειδικό βάρος) προσφέρουν επιμέρους δυνατοτήτες για ταυτόχρονη εκτέλεση διαφόρων μη δομικών λειτουργιών, όπως παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας, ελέγχου θερμοκρασίας, εντοπισμού παραμορφώσεων ή βλαβών, αποθήκευσης, συγκομιδής και παραγωγής ενέργειας. Με δεδομένη την επιτακτική ανάγκη για εναλλακτικές μορφές ενέργειας, οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες παραγωγής ισχύος υπόσχονται σημαντικότατες εφαρμογές όσον αφορά τη μετατροπή της συνήθως χαμένης θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι νανοδομές με τις υψηλές θερμοηλεκτρικές αποδόσεις που έχουν αναπτυχθεί, λόγω της δισδιάστατης φύσης τους, είναι πρακτικά ανέφικτη η άμεση εφαρμογή τους σε ευρείας έκτασης κατασκευές. Έτσι, για την εκμετάλλευση των μοναδικών τους ιδιοτήτων απαιτείται η ενσωμάτωσή τους σε υλικά τριών διαστάσεων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή θα εστιάσει στη στοχευμένη ερευνητική προσπάθεια βελτίωσης της θερμοηλεκτρικής απόκρισης (συντελεστή Seebeck) των ινών άνθρακα που αποτελεί την ενισχυτική φάση μέσω ιεραρχικών νανοδομών, ώστε η ικανότητα των τελικών σύνθετων δομών πολυμερικής μήτρας να φέρουν επιπρόσθετες λειτουργικές ιδιότητες θερμοηλεκτρικής γεννήτριας (Τhermoelectric Εlement Generator-TEG) με σκοπό τη συγκομιδή ενέργειας, εκμεταλλευόμενη το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο.
Πολυμέρου Αναστασία
Τίτλος: Προηγμένα σύνθετα υλικά με αρχιτεκτονική δομή για στοχευμένες λειτουργικότητες
Στη σύγχρονη κοινωνία τα ηλεκτρονικά συστήματα και οι τηλεπικοινωνίες αποτελούν τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες, καθώς διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην επικοινωνία τόσο στη γη όσο και στο διάστημα. Ωστόσο, οι ηλεκρομαγνητικές παρεμβολές (ΕΜΙ) συνιστούν ένα μείζον ζήτημα για τη σύγχρονη επικοινωνία και τα ηλεκτρονικά συστήματα. Η ηλεκτρομαγνητική ρύπανση είναι η κύρια αιτία βλάβης των ηλεκτρονικών συσκευών, του εξοπλισμού και των συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε κρίσιμες εφαρμογές ( π.χ στην ιατρική, στο στρατό, στα ηλεκτρικά συστήματα αεροδιαστημικής κλπ). Οι αιτίες των ΕΜΙ είναι πολυάριθμες και προκαλούνται τόσο από τεχνητές όσο και από φυσικές πηγές .Αντικείμενο αυτή της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και η βελτιστοποίηση των πολύ-λειτουργικοτήτων υβριδικών και ιεραρχικών σύνθετων υλικών. Πιο συγκεκριμένα θα μελετηθεί η επίδραση διάφορων ενισχυτικών φάσεων (νανο- και μικρο- δομών) στην αποτελεσματικότητα των σύνθετων υλικών ως υλικά προστασίας από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (Electromagnetic Interference – EMI shielding). Η ενσωμάτωση αυτών των δομών στα σύνθετα υλικά θα πραγματοποιηθεί είτε με τη διασπορά τους στη μητρική φάση (υβριδική προσέγγιση) είτε με την εναπόθεση/ανάπτυξη τους στην επιφάνεια των ινών (ιεραρχική προσέγγιση). Στόχος είναι η βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων και η παράλληλη βελτιστοποίηση της λειτουργικότητας της προστασίας από ΕΜΙ μέσω του κατάλληλου αρχιτεκτονικού σχεδιασμού της δομής και της εκμετάλλευσης των ιδιοτήτων των συνιστωσών φάσεων.
Μυταφίδης Χρήστος
Τίτλος: Ευφυείς επιστρώσεις για στοχευμένες λειτουργικότητες σε προηγμένα σύνθετα υλικά
Τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν αναδυθεί πολλαπλές ρηξικέλευθες ιδιότητες ευφυών υλικών μέσω της νανοτεχνολογίας, γεγονός που αποτελεί μια ιδιαίτερα ελπιδοφόρα ανέλιξη στον τομέα των προηγμένων σύνθετων υλικών. Η βιομιμητική προσέγγιση νανοδομημένων διεπαφών για ιεραρχικά σύνθετα υλικά (ενισχυτικές ίνες μίκρο-κλίμακας επικαλυμμένες με νανοσωματίδια) σε πολυμερή ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRPs), επιδεικνύουν εντυπωσιακή ανθεκτικότητα και πολυλειτουργικότητα (μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες ταυτόχρονα, ικανότητες αυτοδιάγνωσης (self-diagnostic) και συλλογής ενέργειας (energy harvesting)). Η καινοτομία αυτής της διδακτορικής διατριβής σχετίζεται με το γεγονός ότι, εκτός από την τεχνολογία και τη μηχανική των υλικών για την ανάπτυξη και προσαρμογή ευφυών επιστρώσεων σε πολυστρωματικά 3D σύνθετα υλικά όπου θα ληφθεί υπόψη ο δομικός χαρακτήρας, θα διερευνηθούν επιπλέον οι οπτικές ιδιότητες (φωτοανίχνευση), οι θερμοηλεκτρικές ιδιότητες (συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας) και οι πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες (αισθητήρες καταπόνησης ή/και συλλογή πιεζοηλεκτρικής ενέργειας). Ο τελικός χαρακτήρας θεμελίωσης αυτού του διδακτορικού είναι η πραγματοποίηση όλων των λειτουργιών σε επίπεδα δομών / διατάξεων που θα είναι σε θέση να επιδείξουν τη λειτουργικότητά τους κατά την έκθεση και εφαρμογή τους.
Ορφανίδης Σάββας
Τίτλος: Καινοτόμες μέθοδοι Αξιολόγησης Προηγμένων Συνθέτων Υλικών σε προσομοίωση περιβάλλοντος λειτουργίας
Η ευρεία ομάδα των σύγχρονων σύνθετων υλικών, πολυμερή που είναι ενισχυμένα με ίνες από γυαλί ή άνθρακα χρησιμοποιούνται ως μειωμένου βάρους, υψηλής αντοχής και τη υψηλή αντίσταση στην διάβρωση δομές ενίσχυσης. Τα υλικά αυτά χρησιμοποιούνται ευρύτατα στις μεταφορές: επίγειες (λεωφορεία, τρένα), θαλάσσιες (σκάφη αναψυχής και πλοία) και αεροδιαστημικές (μέρη από την άτρακτο και τα φτερά). Τέτοια υλικά κατά τη διάρκεια της λειτουργιάς τους λειτουργούν υπό δυναμικά φορτία, συνεχείς δονήσεις, κόπωση, εξωτερικές δυνάμεις, παραμορφώσεις και σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες. Σε τέτοιου είδους περιβάλλοντα υπάρχει η ανάγκη να εξετάζεται περιοδικά μη καταστροφικά η δομική τους ακεραιότητα προκειμένου να αποφευχθούν επικίνδυνες ανωμαλίες, όπως η διαστρωματική αποκόλληση, θραύση των ινών, ρωγμές, κλπ. Μια καινοτόμος μέθοδος για εν λειτουργία έλεγχο της ποιότητας της δομής είναι τα οδηγούμενα κύματα διότι μπορούν να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις σε δομές όπου αποτελούνται από επίπεδα μεταλλικά υποστρώματα χωρίς σημαντική εξασθένιση. Ως εκ τούτου, τα οδηγούμενα κύματα μπορούν να ανταποκριθούν σε μεγάλες περιοχές επιθεώρησης ή ελέγχου από μια απομακρυσμένη τοποθεσία, με ένα σχετικά μικρό αριθμό των αισθητήρων για μη καταστροφική αξιολόγησης (Non Destructive Evaluation-NDE) ή συνεχή παρακολούθηση υγιούς λειτουργίας (Structural Health Monitoring-SHM).Κεντρικό αντικείμενο της παρούσας μελέτης θα είναι η επίδραση της μικροδομής στη μηχανική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών με στόχο τη βελτιστοποίηση των μηχανικών και ελαστικών ιδιοτήτων τους. Η πειραματική μελέτη θα υλοποιηθεί μέσω μη-καταστροφικών τεχνικών ελέγχου και συγκεκριμένα με τη μέθοδο των υπερήχων και με τη φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR).
Τσίρκα Κυριακή
Τίτλος: Μελέτη Γραφιτικής Ενίσχυσης Ιεραρχικών Σύνθετων Υλικών Με Μήτρα Εποξειδικής Ρητίνης
Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκαν γραφιτικές ιεραρχικές δομές οι οποίες χρησιμοποιούνται ως δευτερεύουσες ενισχύσεις σε ινοπλισμένα πολυμερικά σύνθετα υλικά με δομικές εφαρμογές και πολύ-λειτουργικότητες. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν ιεραρχικές ενισχυτικές δομές ακολουθώντας τις μεθόδους i) της ανάπτυξης νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (ΝΣΑ) μέσω της καταλυτικής χημικής εναπόθεσης ατμών και ii) της εναπόθεσης ΝΣΑ από υδατικά αιωρήματα / μελάνια στην επιφάνεια ινών άνθρακα. Η εργασία χωρίστηκε σε δύο άξονες. Ο πρώτος άξονας εστίασε στη σύνθεση και βελτιστοποίηση των ιεραρχικών ενισχύσεων και τον εκτενή χαρακτηρισμό της δομής και της μορφολογίας τους μέσω μιας πληθώρας αναλυτικών τεχνικών χαρακτηρισμού. Ο δεύτερος άξονας επικεντρώθηκε στη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των ιεραρχικών ινών και των ιδιοτήτων των διεπιφανειών που σχηματίζονται μεταξύ αυτών και της εποξικής μήτρας. Η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων της διεπιφάνειας των ιεραρχικών σύνθετων πραγματοποιήθηκε με χρήση της φασματοσκοπίας Raman αλλά και μηχανικών δοκιμών σε μοντέλα σύνθετων υλικών. Συνολικά, η παρούσα εργασία, ακολουθώντας μια βιομιμητική προσέγγιση, μελέτησε τις συνέργειες μεταξύ των διαφορετικής κλίμακας γραφιτικών δομών που συνιστούν τις ιεραρχικές ανθρακικές ενισχύσεις και απέδειξε τη διττή φύση τους, ως φέροντα και πολύ-λειτουργικά στοιχεία, η οποία ενισχύεται μέσω της ιεραρχίας της δομής τους.
Tsirka Kyriaki
Title: Study of the graphitic reinforcement of hierarchical epoxy matrix composites
In the context of this PhD dissertation, graphitic hierarchical structures were studied which are used as secondary reinforcements in fiber-reinforced polymer composites with structural applications and multi-functionalities. More specifically, hierarchical reinforcing structures were developed by i) growing multi-wall carbon nanotubes (CNTs) via catalytic chemical vapor deposition; and ii) depositing CNTs from aqueous suspensions / inks on the carbon fiber surface. The work was divided into two axes. The first axis focused on the synthesis and optimization of hierarchical reinforcements and the extensive characterization of their structure and morphology through a variety of analytical technics. The second axis targeted the study of the mechanical properties of the hierarchical fibers and the properties of the interfaces formed between them and the epoxy matrix. The study of the mechanical properties of the interface of the hierarchical composites was carried out using Raman spectroscopy and mechanical tests on model composite materials. Overall, the present work, following a biomimetic approach, studied the synergies between the different graphitic structures that constitute hierarchical carbonaceous reinforcements and demonstrated their dual nature as bearing and multifunctional elements, which is enhanced through the hierarchy of their structure.
Κοσαρλή Μαρία
Τίτλος: Καινοτόμες τεχνολογίες για τη βελτιστοποίηση της αυτο-ίασης σε κατασκευές προηγμένων σύνθετων υλικών.
Τα τελευταία χρόνια, τα σύνθετα υλικά έχουν ολοένα και περισσότερες εφαρμογές σε βιομηχανική κι όχι μόνο κλίμακα. Πρόκειται για υλικά με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με το βάρος τους και ικανοποιητική αντίσταση στη διάβρωση. Η χαμηλή δυσθραυστότητα που εμφανίζουν όμως, οδηγεί σε σημαντικούς και «επικίνδυνους» για την δομική ακεραιότητα του συνθέτου τύπους αστοχίας. Για την επέκταση της διάρκειας ζωής τους μετά από μια βλάβη, η επιστημονική κοινότητα επικεντρώθηκε σε μεθόδους επισκευής των υλικών αυτών. Μια από αυτές τις τεχνικές είναι και τα αυτο-ιάσιμα υλικά. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην βελτιστοποίηση των τριών μεθόδων αυτο-ίασης ινωδών πολυμερικών σύνθετων υλικών. Περιλαμβάνει την περαιτέρω μελέτη των εν λόγω προσεγγίσεων σε επίπεδο α) υλικού και μεθοδολογίας ίασης, β) μητρικού υλικού, γ) σύνθετου υλικού και δ) σύνθετης δομής/κατασκευής. Η τροποποίηση και βελτιστοποίηση των τριών μεθόδων ΑΙ πρόκειται να προσδώσει στο τελικό υλικό μια αλληλουχία ιδιοτήτων, όπως: α) υψηλότερη ικανότητα ΑΙ, β) μείωση της υποβάθμισης των αρχικών ιδιοτήτων μετά την ενσωμάτωση του συστήματος ίασης στο υλικό (ή ακόμη και αύξηση) και γ) αύξηση της αγωγιμότητας η οποία θα προσφέρει και ικανότητες αυτο-διάγνωσης στα υλικά. Τελικός στόχος είναι η κατασκευή ενός προηγμένου, «έξυπνου» ΣΥ με ικανότητες υψηλής ΑΙ.
Kosarli Maria
Title: Novel concepts for optimizing the self-healing processes in advanced aerospace composite structures.
Fiber Reinforced Polymers (FRPs) are among the most important technological materials in the industrial and research communities due to their excellent specific properties. Their excellent modulus of elasticity in combination with the relatively low density and corrosion resistance are some of the FRPs desirable properties. However, the FRPs relatively low fracture toughness can result to undesirable fracture phenomena that could compromise the materials structural integrity. The approach of self –healing materials expands the current conventional damage tolerance or/and repair approaches and has attracted significant attention in the research community the last decade. The scope of this PhD research is to develop and optimize a self-healing approach and integrating the SH technology into FRPs. The roadmap for the investigation and integration of the proposed SH approach includes (i) the selection of the self-healing approach, (ii) the selection of FRPs matrix material, (iii) development of a SH-FRP material and (iv) the manufacturing of a demonstrating structure with SH-capabilities.
Φωτεινίδης Γεώργιος
Τίτλος: Ευφυή μίκρο- και νάνο-σύνθετα υλικά: μη καταστροφική αξιολόγηση παραγωγής ή /και απόκρισης σε πολλαπλές φορτίσεις
Η παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας είναι ένα εργαλείο ζωτικής σημασίας για την απευθείας ανίχνευση βλαβών σε σύνθετα υλικά εποξικής μήτρας. Μεταξύ των μεθόδων ελέγχου της δομικής ακεραιότητας, εκείνες που σχετίζονται με την ηλεκτρική απόκριση σε περίπτωση βλάβης, είναι σε θέση να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη δομική υποβάθμιση του υλικού με υψηλή ευαισθησία και ακρίβεια. Σκοπός αυτής της διατριβής είναι η μετατροπή ενός συμβατικού σύνθετου σε ένα πολυλειτουργικό υλικό ικανό να παρέχει απ' ευθείας (on-line) κρίσιμες πληροφορίες για την παρακολούθηση της υγειούς λειτουργίας του. Η διαστρωμάτωση των υφασμάτων με ίνες άνθρακα και υάλου σε συνδυασμό με την τροποποίηση της εποξικής μήτρας θα προσφέρει ικανότητες τοπογραφίας βλαβών. Η ενίσχυση της μήτρας θα αποτελείται από ομοιογενή διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα και άμορφου άνθρακα. Ένα ημιτονοειδές ηλεκτρικό πεδίο θα εφαρμοστεί μεταξύ των τοπικών πυκνωτών, οι οποίοι σχηματίζονται ανάμεσα στις αγώγιμες φάσεις του συνθέτου, χρησιμοποιώντας την τεχνική της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας. Επομένως, η κατεστραμμένη περιοχή θα απεικονίζεται σε τοπογραφικές 2D και 3D εικόνες, οι οποίες θα αποκαλύψουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη δομική ακεραιότητα του σύνθετου υλικού. Επιπλέον, θα μελετηθεί η ενσωμάτωση των δυνατοτήτων αυτο-ίασης προκειμένου να επιτευχθεί η κατασκευή ενός έξυπνου σύνθετου υλικού με ένα ευρύ φάσμα λειτουργικοτήτων.
Foteinidis Georgios
Title: Smart micro- and nano-composites: non-destructive evaluation of production and /or response to various loadings
Structural Health Monitoring is a vital tool enabling on-line damage detection and topography on epoxy matrix reinforced composites. Among several SHM techniques, the ones related with the electrical response to damage are capable of providing information about the structural degradation of the material with high sensitivity and precision. The aim of this dissertation is the conversion of a conventional composite into a multifunctional material to provide crucial information for Structural Health Monitoring (SHM). A specific lamination sequence of carbon and glass fabrics in combination with a ternary epoxy matrix will offer SHM topography capabilities. The matrix reinforcement will be consisted of homogenously dispersed Carbon Nanotube and Carbon Black. A sinusoidal electric field will be applied between the established local capacitors using Impedance Spectroscopy technique. The layout of the laminas will enable the damage assessment after medium velocity impact. Hence, the damaged area will be depicted in 2D and 3D contour topographical images which will reveal useful information about the structural integrity of the composite. Additionally, the integration of self-healing capabilities will be studied in order to achieve the manufacturing of a smart composite with wide range of functionalities.
Καραλής Γεώργιος
Τίτλος: Aνάπτυξη τεχνολογιών για τη συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας από ενσωματωμένες πολυλειτουργικές ιδιότητες προηγμένων σύνθετων υλικών
Tα πολυλειτουργικά δομικά σύνθετα αποτελούν έναν εξαιρετικά ενδιαφέρον ερευνητικό τομέα στην τεχνολογία των προηγμένων κατασκευαστικών υλικών, διότι πέρα των δομικών λειτουργιών (υψηλή μηχανική αντοχή με μειωμένο ειδικό βάρος) προσφέρουν επιμέρους δυνατοτήτες για ταυτόχρονη εκτέλεση διαφόρων μη δομικών λειτουργιών, όπως παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας, ελέγχου θερμοκρασίας, εντοπισμού παραμορφώσεων ή βλαβών, αποθήκευσης, συγκομιδής και παραγωγής ενέργειας. Με δεδομένη την επιτακτική ανάγκη για εναλλακτικές μορφές ενέργειας, οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες παραγωγής ισχύος υπόσχονται σημαντικότατες εφαρμογές όσον αφορά τη μετατροπή της συνήθως χαμένης θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι νανοδομές με τις υψηλές θερμοηλεκτρικές αποδόσεις που έχουν αναπτυχθεί, λόγω της δισδιάστατης φύσης τους, είναι πρακτικά ανέφικτη η άμεση εφαρμογή τους σε ευρείας έκτασης κατασκευές. Έτσι, για την εκμετάλλευση των μοναδικών τους ιδιοτήτων απαιτείται η ενσωμάτωσή τους σε υλικά τριών διαστάσεων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή θα εστιάσει στη στοχευμένη ερευνητική προσπάθεια βελτίωσης της θερμοηλεκτρικής απόκρισης (συντελεστή Seebeck) των ινών άνθρακα που αποτελεί την ενισχυτική φάση μέσω ιεραρχικών νανοδομών, ώστε η ικανότητα των τελικών σύνθετων δομών πολυμερικής μήτρας να φέρουν επιπρόσθετες λειτουργικές ιδιότητες θερμοηλεκτρικής γεννήτριας (Τhermoelectric Εlement Generator-TEG) με σκοπό τη συγκομιδή ενέργειας, εκμεταλλευόμενη το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο.
Karalis Georgios
Title: Development of technologies for thermoelectric energy harvesting with embedded multifunctional properties from advanced composite materials
Multifunctional structural composites are an extremely interesting research field in advanced building materials technology because beyond the structural functions (high mechanical strength with reduced specific weight) they offer individual capabilities for simultaneous implementation of various non-structural functions such as structural integrity monitoring, temperature control, deformation or damage detection, storage, harvesting and energy generation. Given the urgent need for alternative forms of energy, thermoelectric power generators promise major applications in converting the commonly lost thermal energy into electricity. The nanostructures with the high thermoelectric efficiency developed due to their two-dimensional nature are virtually impossible to apply directly to large-scale structures. Thus, in order to exploit their unique properties, their incorporation into three-dimensional materials is required. This PhD dissertation will focus on the targeted research effort to improve the Seebeck coefficient of the carbon fibers which is the reinforcing phase through hierarchical nanostructures so that the ability of the final polymer matrix composite structures to have additional functional properties of the thermoelectric generator (Thermoelectric Element Generator-TEG) for the purpose of energy harvesting, exploiting the thermoelectric effect.
Πολυμέρου Αναστασία
Τίτλος: Προηγμένα σύνθετα υλικά με αρχιτεκτονική δομή για στοχευμένες λειτουργικότητες
Στη σύγχρονη κοινωνία τα ηλεκτρονικά συστήματα και οι τηλεπικοινωνίες αποτελούν τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες, καθώς διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην επικοινωνία τόσο στη γη όσο και στο διάστημα. Ωστόσο, οι ηλεκρομαγνητικές παρεμβολές (ΕΜΙ) συνιστούν ένα μείζον ζήτημα για τη σύγχρονη επικοινωνία και τα ηλεκτρονικά συστήματα. Η ηλεκτρομαγνητική ρύπανση είναι η κύρια αιτία βλάβης των ηλεκτρονικών συσκευών, του εξοπλισμού και των συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε κρίσιμες εφαρμογές ( π.χ στην ιατρική, στο στρατό, στα ηλεκτρικά συστήματα αεροδιαστημικής κλπ). Οι αιτίες των ΕΜΙ είναι πολυάριθμες και προκαλούνται τόσο από τεχνητές όσο και από φυσικές πηγές .Αντικείμενο αυτή της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και η βελτιστοποίηση των πολύ-λειτουργικοτήτων υβριδικών και ιεραρχικών σύνθετων υλικών. Πιο συγκεκριμένα θα μελετηθεί η επίδραση διάφορων ενισχυτικών φάσεων (νανο- και μικρο- δομών) στην αποτελεσματικότητα των σύνθετων υλικών ως υλικά προστασίας από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (Electromagnetic Interference – EMI shielding). Η ενσωμάτωση αυτών των δομών στα σύνθετα υλικά θα πραγματοποιηθεί είτε με τη διασπορά τους στη μητρική φάση (υβριδική προσέγγιση) είτε με την εναπόθεση/ανάπτυξη τους στην επιφάνεια των ινών (ιεραρχική προσέγγιση). Στόχος είναι η βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων και η παράλληλη βελτιστοποίηση της λειτουργικότητας της προστασίας από ΕΜΙ μέσω του κατάλληλου αρχιτεκτονικού σχεδιασμού της δομής και της εκμετάλλευσης των ιδιοτήτων των συνιστωσών φάσεων.
Polymerou Anastasia
Title: Advanced structural composites with architectured design for selected functionalities
In modern society, electronic systems and telecommunications are the most widely used technologies, as they play an important role in communication both on the earth and in space. However, electromagnetic interference (EMI) is an important issue for modern communication and electronic systems. Electromagnetic pollution is the main cause of damage to electronic devices, equipment and systems used in critical applications (eg in medicine, army, aerospace electrical systems, etc.). The causes of EMI are numerous and are due to both technical and natural sources. The subject of this PhD thesis is the study and optimization of the multi-functionality of hybrid and hierarchical composite materials. More specifically, the effect of various reinforcing phases on the efficacy of composites as electromagnetic interference (EMI shielding) materials will be studied. The incorporation of these structures into the composites will take place either by spreading them into the native phase or by placing them on the surface of the fibers (hierarchical approach). The aim is to improve the mechanical properties and to optimize the functionality of EMI shielding through the appropriate architectural design of the structure and the exploitation of specific properties of the component phases.
Μυταφίδης Χρήστος
Τίτλος: Ευφυείς επιστρώσεις για στοχευμένες λειτουργικότητες σε προηγμένα σύνθετα υλικά
Τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν αναδυθεί πολλαπλές ρηξικέλευθες ιδιότητες ευφυών υλικών μέσω της νανοτεχνολογίας, γεγονός που αποτελεί μια ιδιαίτερα ελπιδοφόρα ανέλιξη στον τομέα των προηγμένων σύνθετων υλικών. Η βιομιμητική προσέγγιση νανοδομημένων διεπαφών για ιεραρχικά σύνθετα υλικά (ενισχυτικές ίνες μίκρο-κλίμακας επικαλυμμένες με νανοσωματίδια) σε πολυμερή ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRPs), επιδεικνύουν εντυπωσιακή ανθεκτικότητα και πολυλειτουργικότητα (μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες ταυτόχρονα, ικανότητες αυτοδιάγνωσης (self-diagnostic) και συλλογής ενέργειας (energy harvesting)). Η καινοτομία αυτής της διδακτορικής διατριβής σχετίζεται με το γεγονός ότι, εκτός από την τεχνολογία και τη μηχανική των υλικών για την ανάπτυξη και προσαρμογή ευφυών επιστρώσεων σε πολυστρωματικά 3D σύνθετα υλικά όπου θα ληφθεί υπόψη ο δομικός χαρακτήρας, θα διερευνηθούν επιπλέον οι οπτικές ιδιότητες (φωτοανίχνευση), οι θερμοηλεκτρικές ιδιότητες (συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας) και οι πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες (αισθητήρες καταπόνησης ή/και συλλογή πιεζοηλεκτρικής ενέργειας). Ο τελικός χαρακτήρας θεμελίωσης αυτού του διδακτορικού είναι η πραγματοποίηση όλων των λειτουργιών σε επίπεδα δομών / διατάξεων που θα είναι σε θέση να επιδείξουν τη λειτουργικότητά τους κατά την έκθεση και εφαρμογή τους.
Mytafides Christos
Title: Smart coatings for targeted functionalities in advanced structural composite materials
The great breakthroughs of smart materials and nanotechnology in the past decades, has emerged as a particularly promising route in the field of advanced composite materials. The biomimetic approach of nanostructured interfaces for hierarchical composites (micro-scale reinforcing fibers coated with nanoparticle-based layers) to Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRPs), exhibiting impressive durability and multifunctionality (simultaneously mechanical and electrical properties, including high mechanical strength, energy harvesting & self-diagnostic capability). The innovation of this PhD thesis is related to the fact that, apart from the materials engineering to tailor the smart coatings final properties endowed to the reinforcement and to the laminate 3D composites, the structural character will be also considered. Furthermore, optical (photo-sensing properties), thermal (thermoelectric energy harvesting) and piezo/mechanical fields (strain sensors and/or piezoelectric energy harvesting) will be mainly investigated, as well as the mechanism that the multifunctional composite is responding in bulk will be investigated in detail. The ultimate foundation character of this PhD is the realization of all the functionalities at a demonstrator structure/device level that will be able to show the functionality upon being exposed to the specific field.
Ορφανίδης Σάββας
Τίτλος: Καινοτόμες μέθοδοι Αξιολόγησης Προηγμένων Συνθέτων Υλικών σε προσομοίωση περιβάλλοντος λειτουργίας
Η ευρεία ομάδα των σύγχρονων σύνθετων υλικών, πολυμερή που είναι ενισχυμένα με ίνες από γυαλί ή άνθρακα χρησιμοποιούνται ως μειωμένου βάρους, υψηλής αντοχής και τη υψηλή αντίσταση στην διάβρωση δομές ενίσχυσης. Τα υλικά αυτά χρησιμοποιούνται ευρύτατα στις μεταφορές: επίγειες (λεωφορεία, τρένα), θαλάσσιες (σκάφη αναψυχής και πλοία) και αεροδιαστημικές (μέρη από την άτρακτο και τα φτερά). Τέτοια υλικά κατά τη διάρκεια της λειτουργιάς τους λειτουργούν υπό δυναμικά φορτία, συνεχείς δονήσεις, κόπωση, εξωτερικές δυνάμεις, παραμορφώσεις και σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες. Σε τέτοιου είδους περιβάλλοντα υπάρχει η ανάγκη να εξετάζεται περιοδικά μη καταστροφικά η δομική τους ακεραιότητα προκειμένου να αποφευχθούν επικίνδυνες ανωμαλίες, όπως η διαστρωματική αποκόλληση, θραύση των ινών, ρωγμές, κλπ. Μια καινοτόμος μέθοδος για εν λειτουργία έλεγχο της ποιότητας της δομής είναι τα οδηγούμενα κύματα διότι μπορούν να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις σε δομές όπου αποτελούνται από επίπεδα μεταλλικά υποστρώματα χωρίς σημαντική εξασθένιση. Ως εκ τούτου, τα οδηγούμενα κύματα μπορούν να ανταποκριθούν σε μεγάλες περιοχές επιθεώρησης ή ελέγχου από μια απομακρυσμένη τοποθεσία, με ένα σχετικά μικρό αριθμό των αισθητήρων για μη καταστροφική αξιολόγησης (Non Destructive Evaluation-NDE) ή συνεχή παρακολούθηση υγιούς λειτουργίας (Structural Health Monitoring-SHM).Κεντρικό αντικείμενο της παρούσας μελέτης θα είναι η επίδραση της μικροδομής στη μηχανική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών με στόχο τη βελτιστοποίηση των μηχανικών και ελαστικών ιδιοτήτων τους. Η πειραματική μελέτη θα υλοποιηθεί μέσω μη-καταστροφικών τεχνικών ελέγχου και συγκεκριμένα με τη μέθοδο των υπερήχων και με τη φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR).
Orfanidis Savvas
Title: Development and study of novel advanced composite material simulating the operation environment.
A wide range of advanced composite materials, polymers reinforced with glass or carbon fibers, are used as light weight, high strength and high corrosion resistance reinforcing structures. These materials are widely used in transportation: terrestrial (buses, trains), marine (yachts and boats) and aerospace (parts of the shaft and wings). Such materials during their operation function under dynamic loads, continuous vibrations, fatigue, external forces, deformations and harsh environmental conditions. In such environments, there is a need to periodically evaluate the structural integrity in a non-destructive technique in order to avoid dangerous anomalies such as laminar detachment, breakage of fibers, cracks,etc.An innovative method for operating quality control of the structure is guiding waves because they can travel long distances on structures where they consist of flat metal substrates without significant attenuation. Guiding waves can therefore respond to large areas of inspection or control from a remote location with a relatively small number of non-destructive evaluation (NDE) or structural health monitoring (SHM) ).The main objective of the present study will be the effect of the microstructure on the mechanical behavior of the composite materials in order to optimize their mechanical and elastic properties. The experimental study will be implemented through non-destructive testing techniques, ultrasound and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy.