Σύνθεση και τροποποίηση γραφιτικών νανοδομών και σύνθετων υλικών για παραγωγή προϊόντων με εφαρμογές προηγμένης τεχνολογίας
Authors: Πιλάτος Γεώργιος 
Published: September 2021

Αντικείμενο- στόχοι της παρούσας διατριβής αποτελεί η σύνθεση γραφιτικών νανοδομών όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα μονού και πολλαπλών τοιχωμάτων, οι σύνθετες νανοδομές υπό μορφή μεμβρανών διαχωρισμού και τέλος το γραφένιο. Πραγματοποιήθηκαν:1. Ανάπτυξη νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNTs arrays) με μορφολογία κάθετων προσανατολισμένων σειρών σε μια σειρά ανόργανων υποστρωμάτων με βάση το SiO2, καταλύτη φεροκένιο και προδρόμους άνθρακα καμφορά ή ξυλένιο παρουσία υδρογόνου. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε είναι αυτή της χημικής εναπόθεσης ατμών. Ανάπτυξη νανοσωλήνων άνθρακα μονού (SWCNTs) και δύο ή τριών τοιχωμάτων άνθρακα με την μελέτη δύο συστημάτων χημικής εναπόθεσης ατμών από τα οποία το πρώτο είναι το MgO/Fe/Co/Αιθανόλη και το δεύτερο το MgO/Fe/CH4 σε θερμοκρασίες ανάπτυξης 800 και 850 οC αντίστοιχα. Παρήχθησαν νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος σε εύρος διαμέτρων από 0.92 nm έως 1.8 nm. 2. Παρασκευή σύνθετων κεραμικών μεμβρανών-νανοσωλήνων άνθρακα και γραφιτικών νανοδομών για διαχωρισμό αερίων με τεχνική χημικής εναπόθεσης ατμών παράλληλης ή κάθετης (εξωθημένης) ροής στους πόρους του κεραμικού υποστρώματος. Μελετήθηκαν δύο συστήματα εναπόθεσης το ένα με καταλύτη Ni, και πηγή άνθρακα C2H4 και το δεύτερο με εξάτμιση διαλύματος ξυλενίου/φεροκενίου. Στο πρώτο σύστημα παρασκευάσθηκαν νανοσωλήνες άνθρακα διαμέτρου 22 nm. Στο δεύτερο σύστημα έγιναν μετρήσεις διαπέρασης αερίων, ευρέθη η διαπέραση και η εκλεκτικότητα σε CO2, N2, O2, και SF6. Παράλληλα παρασκευάσθηκαν με απλή μέθοδο σύνθετες μεμβράνες νανοσωλήνων άνθρακα ανοδικής αλούμινας (ΑΑΟ) με εισαγωγή πολυμερών.3. Παρασκευή νανοσωλήνων άνθρακα με μαγνητικές ιδιότητες με χημική εναπόθεση ατμών C2H4 στους πόρους δισκίων ανοδικής αλουμίνας τα οποία περιέχουν καταλύτη μαγνητίτη (Fe3O4). Έγινε μελέτη των μορφολογικών χαρακτηριστικών των νανοσωλήνων με ενθυλακωμένα μαγνητικά σωματίδια με μικροσκοπία SEM και ΤΕΜ και των μαγνητικών και ροφητικών τους ιδιοτήτων με φασματοσκοπία Mössbauer και ροφήσεις σε δύο συγκεντρώσεις κυανού του μεθυλενίου (MB) ακολουθούμενες από θερμοσταθμική ανάλυση (TGA). H εφαρμογή τους είναι σε στοχευμένες θεραπείες όπου απαιτείται εντοπισμός του φορέα της φαρμακευτικής ουσίας με μαγνήτιση.Παρασκευάσθηκαν γραφένια με τρεις διαφορετικούς τρόπους με τη μέθοδο της χημικής εναπόθεσης ατμών. Στην πρώτη μέθοδο αναπτύχθηκαν μαγνητικά γραφένια λίγων στρωμάτων (δύο και περισσοτέρων) με καταλύτη μαγνητίτη και πηγή άνθρακα C2H4 παρουσία Η2 στους 740 οC. Στη δεύτερη μέθοδο χρησιμοποιήθηκε φεροκένιο ως καταλύτης και πηγή άνθρακα ταυτόχρονα και αναπτύχθηκαν φύλλα γραφενίων (δύο και περισσότερων στρωμάτων) με τεχνική εξάτμισης (προθέρμανση) του φεροκενίου υπό κενό και διάσπαση-εναπόθεση των ατμών του σε υποστρώματα Si. Μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας στο σχηματισμό των στρωμάτων στη σειρά των 650 – 920 οC. Ευρέθη η βέλτιστη θερμοκρασία εναπόθεσης (800 0C, 60 min). Τέλος, η τρίτη μέθοδος σύνθεσης γραφενίων αποτελείται από χημική εναπόθεση CH4 στους 1000 οC σε υποστρώματα Cu πάχους 0.25 έως 2 μm πάνω σε υπόστρωμα SiO2/Si και μελετήθηκε η επίδραση της παρουσίας Η2 και του πάχους Cu του υποστρώματος. Καταδείχθηκε η παρασκευή λίγων έως και μονού στρώματος γραφενίου.