Μεσοπορώδη και μέσο ή/και νάνο δομημένα λειτουργικά υλικά για τεχνολογικές εφαρμογές
Authors: Βασιλακοπούλου Αναστασία 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζονται πειράματα επιτυχών συνθέσεων και χαρακτηρισμού νέων λειτουργικών μεσοδομημένων και νανοδομημένων υλικών καθώς και η επιτυχής ενσωμάτωση τους μέσα σε οργανικές/ανόργανες μεσοπορώδεις μήτρες με σκοπό την χρήση των πρώτων, αλλά και των συνθέτων, σε τεχνολογικές φωτονικές και άλλες εφαρμογές. Συγκεκριμένα, έγινε σύνθεση μεσοπορωδών υλικών με την τεχνική sol-gel χρησιμοποιώντας ως πηγή πυριτίου το τετρα(αιθοξείδιο) του πυριτίου (TEOS) και πληθώρα τασιενεργών μορίων ως υλικά καθορισμού της δομής. Τα προαναφερθέντα αυτά υλικά έφεραν τις επιθυμητές ιδιότητες που τα καθιστούν ιδανικά ως μήτρες των μέσο/νανοδομημένων λειτουργικών υλικών. Παράλληλα, έγινε σύνθεση νέων μεσοδομημένων και νανοδομημένων λειτουργικών υλικών με έμφαση στους υβριδικούς οργανικούς-ανόργανους ημιαγωγούς και στις ψηφίδες άνθρακα. Συγκεκριμένα, για πρώτη φορά παρουσιάζεται η σύνθεση και χαρακτηρισμός νέων μειγμάτων νανοκρυσταλλικών υλικών, τα οποία αποτελούνται από ψευτοδισδιάστατα (quasi-2D) και τρισδιάστατα (3D) αλογονίδια του μολύβδου, βασισμένα κυρίως σε βρώμιο, καθώς και δισδιάστατα (2D) οργανικών-ανόργανων ημιαγωγών, κυρίως με βάση τον ιωδιούχο μόλυβδο (PbI2), όλα από τα οποία χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς για την κατασκευή χαμηλού κόστους μονοστρωματικών διατάξεων διόδων εκπομπής φωτός (LED). Επιπρόσθετα, έγινε σύνθεση και μελέτη υδατοδιαλυτών ψηφίδων άνθρακα, με την τεχνική της πυρόλυσης σε υψηλές θερμοκρασίες, με την χρήση μικροκυμάτων, χρησιμοποιώντας ως πηγή άνθρακα το κιτρικό οξύ, αποδίδοντας ψηφίδες άνθρακα μέσου μεγέθους 3 nm οι οποίες παρουσιάζουν ισχυρό φθορισμό στα 485 nm. Στην διατριβή αυτή παρουσιάζονται ακόμα καινοτόμα σύνθετα υλικά, στα πλαίσια της ενίσχυσης ή και προστασίας των προαναφερθέντων μέσο/νάνο δομημένων συστημάτων. Συγκεκριμένα, έγινε επιτυχής ενσωμάτωση αυτών σε οργανικές ανόργανες πορώδεις μήτρες για την χρήση τους σε προηγμένες φωτονικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται για πρώτη φορά η ενσωμάτωση ψηφίδων άνθρακα είτε σε μεσοπορώδεις μήτρες τύπου MCM-41, είτε σε μεσοπορώδη λεπτά υμένια διοξειδίου του πυριτίου, οδηγώντας στην δημιουργία σύνθετων υλικών με έντονο φθορισμό, με τις παγιδευμένες ψηφίδες άνθρακα να διατηρούν τον έντονο φθορισμό τους ακόμα και μετά την θερμική επεξεργασία του υλικού στους 550oC, υποδεικνύοντας έτσι τον προστατευτικό χαρακτήρα της μήτρας. Παράλληλα, τα πορώδη αυτά υμένια χρησιμοποιήθηκαν, για πρώτη φορά, για την αντιγραφή ολογραφικών δομών επιφάνειας, μέσω της τεχνικής soft lithography σε μίκρο/νάνο επίπεδο, διατηρώντας τις ιδιότητες των ενσωματωμένων ψηφίδων άνθρακα, ενώ η επιφανειακή δομή του σύνθετου υμενίου διατηρεί εξαιρετικά την γεωμετρία της πρόδρομης σφραγίδας. Επιπλέον, σχετικά με την ενσωμάτωση των quasi- 2D νανοσωματιδίων στα μεσοπορώδη υμένια διοξειδίου του πυριτίου παρατηρήθηκε για πρώτη φορά η έντονη καθοδοφωταύγεια τέτοιων σύνθετων υλικών αλλά και ο έντονος προστατευτικός χαρακτήρας της πορώδους μήτρας σε τυχόν χημικό ή άλλου είδους υποβιβασμό των νανοσωματιδίων.Τέλος, έγινε επιτυχής ενσωμάτωση quasi-2D νανοσωματιδίων, μέσα στους πόρους, σφαιρικών ή μη, τύπων MCM-41 μεσοπορωδών σωματιδίων και για πρώτη φορά παρουσιάζεται η χρήση των συνθέτων αυτών υλικών σε μονοστρωματικές διατάξεις LED. Τα υλικά αυτά παρουσιάζουν εξαιρετικές οπτικές και δομικές ιδιότητες που περιγράφονται με λεπτομέρεια στο κεφάλαιο αυτό. Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων, πραγματοποιήθηκε με χρήση πληθώρας αναλυτικών τεχνικών. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν φασματοσκοπικές τεχνικές όπως μετρήσεις απορρόφησης στο υπέρυθρο/ορατό/υπεριώδες φάσμα (FT-IR, UV-Vis), φωτοφωταύγειας και φωτοφωταύγειας διέγερσης (PL, PLE), ηλεκτροφωταύγειας (EL) καθώς και καθοδοφωταύγειας (CL). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές μικροσκοπίας όπως μικροσκοπία σάρωσης ηλεκτρονίων (SEM), μικροσκοπία διέλευσης ηλεκτρονίων (TEM), καθώς και μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM). Τέλος, έγιναν μετρήσεις περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD), στοιχειακές αναλύσεις ενεργειακής διασποράς ακτίνων-Χ (EDX), θερμοβαρυτικές αναλύσεις (TGA) καθώς και μετρήσεις ποροσιμετρίας αζώτου (Ν2).Η διδακτορική διατριβή, υπηρετεί συνολικά τον κύριο σκοπό της, προσφέροντας μια πληθώρα προηγμένων λειτουργικών υλικών για την χρήση τους σε τεχνολογικές φωτονικές ή άλλες εφαρμογές.