Διεπιφανειακά φαινόμενα σε νανοϋβρίδια πολυμερούς/ανοργάνου
Authors: Φωτιάδου Σαπφώ 
Published: August 2021

Το θέμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη διεπιφανειακών φαινομένων σε νανοϋβρίδια πολυμερούς/ανοργάνου. Τα νανοσύνθετα υλικά που αποτελούνται από πολυμερή και ανόργανους πολυστρωματικούς πηλούς αποτελούν μια νέα κατηγορία συστημάτων που έχουν προσελκύσει το επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον, κυρίως εξαιτίας των ιδιοτήτων που παρουσιάζουν (αυξημένη αντοχή, μεγάλη θερμική αντίσταση, μειωμένη διαπερατότητα από αέρια, μειωμένη αναφλεξιμότητα, βιοδιασπασιμότητα κλπ), οι οποίες τα καθιστούν υποψήφια για πολυάριθμες εφαρμογές. Η ανάμειξη πολυμερών με πολυστρωματικά πυριτικά υλικά μπορεί, ανάλογα με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των επιμέρους συστατικών, να οδηγήσει σε τρεις διαφορετικούς τύπους δομών: τη φασικά διαχωρισμένη δομή, στην οποία τα δύο συστατικά είναι μη αναμείξιμα, τη δομή παρεμβολής, στην οποία οι πολυμερικές αλυσίδες παρεμβάλλονται μεταξύ των στρωμάτων του ανόργανου υλικού οδηγώντας σε μια καλά οργανωμένη περιοδική δομή με εναλλασόμενα στρώματα πολυμερικών υμενίων πάχους 0.8-2.5nm – ανόργανων στρωμάτων και τη διεσπαρμένη δομή, στην οποία οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο συστατικών είναι τόσο ισχυρές, ώστε τελικά τα πυριτικά στρώματα αποδιατάσσονται και βρίσκονται διεσπαρμένα στην πολυμερική μήτρα. Τα συστήματα που μελετήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής εμφανίζουν δομή παρεμβολής, με το πολυμερές να παρεμβάλλεται μεταξύ των στρωμάτων φυσικού μοντμοριλλονίτη νατρίου. Η σύνθεση της κατάλληλης δομής έχει ιδιαίτερη σημασία, καθώς η δομή καθορίζει τις ιδιότητες του νανοϋβριδίου. Αρχικά μελετήθηκε η δομή νανοϋβριδίων που αποτελούνται από υδρόφιλα πολυμερή και πολυστρωματικούς πηλούς. Παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν τρία διαφορετικά συστήματα, στα οποία ο φυσικός μοντμοριλλονίτης νατρίου αναμείχθηκε με ένα ημικρυσταλλικό γραμμικό, με ένα άμορφο γραμμικό και με ένα άμορφο υπερδιακλαδισμένο πολυμερές. Οι μέθοδοι παρασκευής που χρησιμοποιήθηκαν και συγκρίθηκαν ήταν η ανάμειξη μέσω διαλύματος και η ανάμειξη σε τήγμα. Η δομή των νανοϋβριδίων εξετάστηκε με πειράματα περίθλαστης ακτίνων Χ, ενώ για τη μελέτη των θερμικών ιδιοτήτων χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης και της θερμοσταθμικής ανάλυσης. Ειδικά για την περίπτωση του ημικρυσταλλικού PEO, εξετάστηκε το πως επηρεάζει η ύπαρξη των ανόργανων επιφανειών την μορφολογία και την κρυσταλλικότητα του πολυμερούς ενώ πραγματοποιήθηκαν και μετρήσεις φασματοσκοπίας Raman και υπερύθρου, προκειμένου να προσδιοριστεί η επίδραση της προσθήκης του ανόργανου υλικού και του ισχυρού περιορισμού στις διαμορφώσεις των πολυμερικών αλυσίδων. Μελετήθηκε επίσης η δυναμική των νανοσύνθετων υλικών, ώστε να εξεταστεί η επίδραση του ισχυρού χωρικού περιορισμού (σε χώρο συγκρίσιμο με τις διαστάσεις τους) στη δυναμική των πολυμερικών αλυσίδων. Οι δομές παρεμβολής συγκεκριμένα, αποτελούν ιδανικά συστήματα για τη μελέτη των στατικών και δυναμικών ιδιοτήτων μακρομορίων υπό ισχυρό χωρικό περιορισμό (της τάξης λίγων nm), χρησιμοποιώντας παρ'όλα αυτά μακροσκοπικά δείγματα και συμβατικές τεχνικές χαρακτηρισμού, ενώ η δυναμική των πολυμερών παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, τόσο εξαιτίας της πολυπλοκότητας που εμφανίζει σε ευρύτατη χωρική και χρονική κλίμακα, όσο και διότι επηρεάζει τις μακροσκοπικές τους ιδιότητες. Η μελέτη της δυναμικής έγινε με πειράματα οιωνεί ελαστικής σκέδασης νετρονίων που πραγματοποιήθηκαν στο Institut Laue Langevin, ILL, στην Grenoble της Γαλλίας.