Σύνθεση και φασματοσκοπική μελέτη άμορφων υλικών και ρευστών με υψηλή τεχνολογική σημασία
Authors: Μπουραζάνης Παντελής 
Published: September 2021

Στην εργασία αυτή μελετήθηκαν δύο κατηγορίες γυαλιών, τα μικτά φθοριοφωσφορικά γυαλιά και μικτά τελλουρικά γυαλιά. Η διδακτορική διατριβή χωρίζεται σε θεωρητικό και πειραματικό μέρος. Το θεωρητικό μέρος περιλαμβάνει πέντε κεφάλαια που περιγράφουν την αντίστοιχη θεωρία των συστημάτων αυτών, καθώς και τη βασική θεωρία των πειραματικών τεχνικών με τις οποίες μελετήθηκαν τα συστήματα των γυαλιών. Το πειραματικό μέρος περιλαμβάνει τέσσερα κεφάλαια εκ των οποίων τα τρία αφορούν αποκλειστικά τη μελέτη των γυαλιών που ασχολήθηκα. Ακολουθεί ένα κεφάλαιο με γενικά συμπεράσματα συγκεντρωμένα συνοπτικά και με προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Η διδακτορική διατριβή κλείνει με το παραρτήμα. Στο κεφάλαιο 1 αναφέρεται η βασική θεωρία των καταστάσεων της ύλης, ο ορισμός των γυαλιών και η κινητική της υαλώδους μετάβασης. Ακόμη, συζητείται η δομή των γυαλιών με τους τροποποιητές-υαλοποιητές δικτύου και τα ενδιάμεσα. Επιπρόσθετα παρουσιάζονται οι δομικές ιδιότητες των μικτών φθοριοφωσφορικών γυαλιών καθώς και τα μικτά βαναδικά-τελλουρικά γυαλιά και οι δομικές τους ιδιότητες. Το κεφάλαιο 2 ασχολείται με τη θεωρητική περιγραφή της φασματοσκοπίας Raman. Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφονται συνοπτικά οι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης ακτινοβολίας και ύλης, η ερμηνεία της σκέδασης Raman κλασικά και κβαντομηχανικά, η χρησιμότητα των πολωμένων και αποπολωμένων φασμάτων Raman στην πράξη και τα φασματικά εύρη και προφίλ ζωνών Raman. Αναφορά γίνεται ακόμη για τη φασματοσκοπία Raman χαμηλών συχνοτήτων λόγω της σημασίας της στα γυαλιά. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται θεωρητικά η φασματοσκοπία απορρόφησης υπερύθρου, αναφέρονται οι μοριακές δονήσεις, τα φασματοφωτόμετρα υπερύθρου, καθώς και η χρήση του μετασχηματισμού Fourier στα σύγχρονα φασματοσκόπια FTIR. Τέλος, παρουσιάζεται η τεχνική της ολικά αποσβενύμενης ανάκλασης στο υπέρυθρο (ATR) και γίνεται σύγκριση μεταξύ της φασματοσκοπίας Raman και της φασματοσκοπίας IR. Το θέμα του κεφαλαίου 4 αφορά τη θεωρητική περιγραφή της υπερηχογραφίας, όπου αναφέρονται οι τεχνικές μετάδοσης παλμού και του ακουστικού συντονισμού. Επιπλέον, εξηγούνται οι ελαστικές ιδιότητες των υλικών με ιδιαίτερη έμφαση στο μέτρο ελαστικότητας του Young και στο λόγο Poisson σε ξεχωριστές παραγράφους. Το κεφάλαιο κλείνει με την εύρεση των ελαστικών σταθερών υάλων με τη χρήση υπερηχογραφίας. Στο κεφαλαιο 5 παρουσιάζεται η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης, η προετοιμασία των υλικών και η επιλογή των χωνευτηριών που απαιτούνται για την τεχνική, καθώς και οι εφαρμογές της εν λόγω τεχνικής. Ακόμη αναφέρονται και εξηγείται η σημασία των θερμικών ιδιοτήτων των γυαλιών. Η μέθοδος παρασκευής των γυαλιών, καθώς και οι πειραματικές διατάξεις Raman, FTIR-ATR και της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης που χρησιμοποιήθηκαν παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 6. Πέραν αυτών, παρουσιάζονται και λοιπές βοηθητικές μετρήσεις. Το κεφάλαιο 7 αφορά τη μελέτη του συστήματος των μικτών φθοριοφωσφορικών γυαλιών xSr(PO3)2-(1-x)(0.62MgF2-0.38AlF3). Γίνεται εισαγωγή στο θέμα της έρευνας και παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα της μελέτης που προέκυψαν από τη φασματοσκοπία Raman και από την υπερηχογραφία. Έμφαση δίνεται στις ελαστικές ιδιότητες των γυαλιών και τη συσχέτισή τους με τις δομικές τους ιδιότητες. Το κεφάλαιο τελειώνει με τα συμπεράσματα της όλης συνδυαστικής μελέτης του συστήματος. Η συνέχεια της μελέτης των μικτών φθοριοφωσφορικών γυαλιών παρουσιάζεται αναλυτικά στο κεφάλαιο 8. Στο εν λόγω κεφάλαιο παρουσιάζονται ποσοτικά οι δομικές ιδιότητες των γυαλιών όπως υπολογίστηκαν από τα φασματοσκοπικά δεδομένα. Έμφαση δίνεται στη μελέτη της περιοχής χαμηλών συχνοτήτων των φασμάτων Raman λόγω της κορυφής Boson. Ακόμη, συσχετίζεται η φύση της κορυφής Boson με τα εγκάρσια φωνόνια για τα γυαλιά αυτά, βασιζόμενοι στο θεωρητικό μοντέλο των Tanaka-Shintani και παρουσιάζονται τα αντίστοιχα αποτελέσματα. Ακολουθούν τα συμπεράσματα από τη μελέτη του συστήματος. Στο κεφάλαιο 9 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δονητικών και θερμικών ιδιοτήτων των γυαλιών Tl2O-TeO2, Tl2O-TeO2, και του τριαδικού συστήματος Tl2O-V2O5-TeO2. Αναλυτικά παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δομικών και θερμικών ιδιοτήτων των συγκεκριμένων γυαλιών και γίνεται προσπάθεια συσχέτισης αυτών. Το κεφάλαιο κλείνει με τα συμπεράσματα. Το κεφάλαιο 10 αναφέρει συνοπτικά τα γενικά συμπεράσματα της διδακτορικής διατριβής, καθώς και προτάσεις για μελλοντική έρευνα στα πλαίσια των τελλουρικών και των φωσφορικών γυαλιών σε διάφορες εφαρμογές που ενδιαφέρουν εμένα. Ακολουθεί ξεχωριστά το παράρτημα με φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων και το πρωτόκολλο μέτρησης με το DSC-50 SHIMADZU.