ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΥΠΟΜΝΗΜΑ ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΩΝ

Transcript

1 ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΥΠΟΜΝΗΜΑ ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΩΝ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ D1. Σύνθεση νανο-πολυμερικών υλικών και οι ηλεκτρικές και θερμομηχανικές τους ιδιότητες (2009) Αντικείμενο της διατριβής αποτέλεσε η παρασκευή και η διερεύνηση της σχέσης δομήςιδιοτήτων αγώγιμων νανοσύνθετων πολυμερικών υλικών με εγκλείσματα κυρίως νανοσωλήνες άνθρακα. Τα εν λόγω υλικά παρουσιάζουν ιδιαίτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον καθώς μπορούν να βρουν εφαρμογή ως υλικά ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης, αντιστατικά υλικά και υλικά κατάλληλα για την απαγωγή φορτίων. Παράμετροι όπως ο τύπος της πολυμερικής μήτρας (θερμοπλαστική, άμορφη ή ημικρυσταλλική, θερμοσκληρυνόμενη) και των εγκλεισμάτων, η μέθοδος και οι συνθήκες παρασκευής, η τροποποίηση του πολυμερούς ή ακόμα η προσθήκη μιας τρίτης συνιστώσας (π.χ. επιφανειοδραστικές ενώσεις) συσχετίζονται ως προς τις ηλεκτρικές, διηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές ιδιότητες στα νανοσύνθετα μέσω της χρήσης πολλών και συμπληρωματικών μεταξύ τους πειραματικών τεχνικών (ηλεκτρονική μικροσκοπία, σκέδαση ακτινών-χ, διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης, δυναμική θερμομηχανική ανάλυση, διηλεκτρική φασματοσκοπία εναλλασσόμενου πεδίου, μετρήσεις αγωγιμότητας συνεχούς, κ.ά.). Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη μελέτη του φαινομένου διαφυγής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας καθώς επίσης και στην κατανόηση των παραμέτρων εκείνων που καθορίζουν τις απόλυτες τιμές αυτής. Η απήχηση της διατριβής καταδεικνύεται από τις 11 σχετικές δημοσιεύσεις σε έγκριτα διεθνή επιστημονικά περιοδικά (δημοσιεύσεις J8-16, J19 και J21 στην παρακάτω λίστα) και 3 επιπλέον δημοσιεύσεις σε πρακτικά διεθνών συνεδρίων με κριτές (δημοσιεύσεις C7-9). Επιπλέον, τα αποτελέσματα της διδακτορικής μου διατριβής παρουσιάστηκαν σε πληθώρα εθνικών και διεθνών συνεδρίων και απέσπασαν δύο βραβεία (1 ο βραβείο καλύτερης προφορικής παρουσίασης στο εθνικό συνέδριο «Therma 2007» και 1 ο βραβείο καλύτερης παρουσίασης τύπου αφίσας στο διεθνές συνέδριο «The international Conference on Structural Analysis of Advanced Materials»). Τέλος, η διατριβή βραβεύτηκε από το Κληροδότημα Σαράφη ως η καλύτερη διδακτορική διατριβή του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου για το ακαδημαϊκό έτος (βραβείο Σαράφη). ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΠΕΡΙΟΔΙΚΑ ΜΕ ΚΡΙΤΕΣ J1. H. Ghorbani, T. Christen, M. Carlen, E. Logakis, L. Herrmann, H. Hillborg, L. Petersson, and J. Viertel. Long-term conductivity decrease of polyethylene and polypropylene insulation materials. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., submitted. Κατά τον σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση προϊόντων μέσης και υψηλής τάσεως είναι απαραίτητη η γνώση της ειδικής αγωγιμότητας συνεχούς (σ dc) των επί μέρους μονωτικών υλικών που απαρτίζουν το προϊόν. Η εργασία αυτή παρουσιάζει ισόθερμες μετρήσεις αγωγιμότητας σε διάφορα ευρέως χρησιμοποιούμενα μονωτικά πολυμερικά υλικά, οι οποίες καταδεικνύουν την απουσία σταθερής κατάστασης των μετρούμενων ρευμάτων διαρροής, ακόμα και μετά από εξαιρετικά μακρά χρονικά διαστήματα, και κατ επέκταση την αδυναμία υπολογισμού της σ dc αυτών. Αντιθέτως, τα ρεύματα διαρροής φθίνουν διαρκώς με το χρόνο ακολουθώντας ένα νόμο δύναμης της μορφής t -n, ακόμα και κατά περιόδους κατά τις οποίες η εφαρμογή του ηλεκτρικού πεδίου έχει διακοπεί. Οι παρατηρήσεις αυτές υποδεικνύουν την 1

2 ύπαρξη μιας υποκείμενης θερμικά διεγειρόμενης χαλάρωσης των υλικών, η οποία σχετίζεται πιθανότατα με δομικές αλλαγές (τροποποίηση μορφολογίας, ελεύθερου όγκου). J2. T. Standau, D. Pospiech, P. Pötschke, B. Kretzschmar, R. Vogel, L. Häußler, K. Harre, S. Koutsoumpis, P. Pissis, E. Logakis. Preparation and properties of thermally conductive polypropylene composites. J. Plast. Technol., 12, , Τα πολυμερικά υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται ως μόνωση σε ηλεκτρικές εφαρμογές χαρακτηρίζονται στην πλειοψηφία τους από χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Το τελευταίο σχετίζεται με συνήθεις τύπους αστοχίας σε διάφορα προϊόντα ισχύος (μετασχηματιστές, πυκνωτές, καλώδια, κτλ). Στην εν λόγω εργασία, σημαντική αύξηση της θερμική αγωγιμότητας του πολυπροπυλενίου (> 1W/mK) επιτυγχάνεται μέσω της προσθήκης σωματιδίων νιτριδίου του βορίου (BN) και διοξειδίου του τιτανίου (TiO 2), χωρίς παράλληλα να επηρεαστούν οι καλές ηλεκτρικές/διηλεκτρικές ιδιότητες και η ευκολία μορφοποίησης του πολυμερούς. J3. E. Logakis, L. Herrmann, and T. Christen. Electric characterization of LDPE films with TSC and dielectric spectroscopy. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 23, , Η συγκεκριμένη δημοσίευση μελετά τις ηλεκτρικές/διηλεκτρικές ιδιότητες, και ειδικότερα το μηχανισμό αγωγιμότητας, σε λεπτά φιλμ πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (LDPE) με τη βοήθεια των πειραματικών τεχνικών της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας εναλλασσόμενου (DRS) και των θερμορευμάτων αποπόλωσης (TSC). Ο συνδυασμός των τεχνικών αυτών επιτρέπει το διαχωρισμό μεταξύ ρευμάτων προερχόμενα από κινήσεις μοριακών δίπολων, παρασιτικών ρευμάτων λόγω της θερμοκρασιακής εξάρτησης της χωρητικότητας, και ρευμάτων αγωγιμότητας συνεχούς. Επιπροσθέτως, η τροποποίηση της τεχνικής TSC με ταυτόχρονη ακτινοβόληση ακτινών-χ επέτρεψε τον υπολογισμό σημαντικών παραμέτρων αγωγιμότητας κατά την απελευθέρωση των παγιδευμένων φορέων φορτίου (ενέργειες ενεργοποίησης και πυκνότητες καταστάσεων). J4. M. Donnay, S. Tzavalas, E. Logakis. Boron nitride filled epoxy with improved thermal conductivity and dielectric breakdown strength, Comp. Sci. Technol., 110, , (Ετεροαναφορές: 18) Σε σύνδεση με τη δημοσίευση J2, η παρούσα εργασία αναφέρεται στη βελτίωση της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας σε συστήματα εποξειδικής ρητίνης, μέσω της προσθήκης σωματιδίων νιτριδίου του βορίου (BN). Παράμετροι όπως το μέγεθος των σωματιδίων (-μίκρο ή -νάνο ή συνδυασμός των δύο), η χρήση αντιδραστηρίου σύζευξης σιλανίου (silane coupling agent), καθώς και η μέθοδος διασποράς μελετώνται συστηματικά. Επετεύχθη αύξηση ως και τέσσερις φορές της θερμικής αγωγιμότητας σε σχέση με την αντίστοιχη της καθαρής μήτρας. Η προαναφερθείσα αύξηση συνοδεύεται από βελτίωση της μονωτικής συμπεριφοράς των υλικών: 10% υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή και καλύτερη στατιστική κατανομή (β παράμετρος στην κατανομή Weibull), παράγοντες ιδιαιτέρως σημαντικοί κατά την εφαρμογή των υλικών ως μόνωση σε προϊόντα ισχύος. J5. P. Jyotishkumar, E. Logakis, S.M. George, J. Pionteck, Häussler, L., Haßler, R., Pissis, P., Thomas, S. Preparation and properties of multiwalled carbon nanotube/epoxy-amine composites, J. Appl. Polym. Sci., 127, , (Ετεροαναφορές: 13) Στο άρθρο αυτό μελετάται η επίδραση της προσθήκης νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNTs) στις θερμικές, ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες μιας εποξειδικής ρητίνης. Τα κύρια πλεονεκτήματα της προσθήκης αυτής στα νανοσύνθετα είναι: βελτιωμένη διαστατική σταθερότητα, χαμηλό ηλεκτρικό κατώφλι διαφυγής, και ενισχυμένη δυσθραυστότητα. Οι πιθανοί μηχανισμοί ενίσχυσης συζητούνται αναλυτικά. 2

3 J6. D. Domingues, E. Logakis, A.A. Skordos. The use of an electric field in the preparation of glass fibre/epoxy composites containing carbon nanotubes, Carbon, 50, , (Ετεροαναφορές: 18) Στην παρούσα εργασία διερευνάται η επίδραση της εφαρμογής ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου κατά τη διαδικασία παρασκευής σύνθετων υβριδικών υλικών. Συγκεκριμένα, πάνελ ινών γυαλιού/εποξειδικής ρητίνης με εγκλείσματα μη τροποποιημένους νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων παρασκευάστηκαν μέσω της τεχνικής της υποβοηθούμενης από κενό έκχυσης ρητίνης (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding, VARTM). Η εφαρμογή του εν λόγω πεδίου επέφερε τη δημιουργία συσσωματωμάτων νανοσωλήνων και τον προτιμητέο προσανατολισμό αυτών κατά τη διεύθυνση εφαρμογής του πεδίου. Το τελευταίο είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση της αγωγιμότητας των πάνελ, κατά μία τάξη μεγέθους περίπου, καθώς επίσης και στατιστικά σημαντικές ενδείξεις ενίσχυσης των μηχανικών ιδιοτήτων. Τόσο τα επί μέρους υλικά που χρησιμοποιήθηκαν όσο και οι μέθοδοι παρασκευής χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές αεροναυπηγικής/αεροδιαστημικής, και συνεπώς το τεχνολογικό και βιομηχανικό αντίκτυπο της εργασίας αυτής κρίνεται ιδιαιτέρως σημαντικό. J7. C. Pandis, E. Logakis, A. Kyritsis, P. Pissis, V.V. Vodnik, E. Dzunuzovic, J.M. Nedeljkovic, J.C. Rodriguez Hernandez, and J.L. Gomez Ribelles. Glass transition and polymer dynamics in silver/poly(methyl methacrylate) nanocomposites, Eur. Poly. J., 47, , (Ετεροαναφορές: 16) Στη δημοσίευση αυτή εφαρμόζονται πολλές συμπληρωματικές πειραματικές τεχνικές για τη συστηματική μελέτη της υαλώδους μετάβασης και της δυναμικής των πολυμερικών αλυσίδων σε νανοσύνθετα συστήματα πολυμεθακρυλικού μεθυλεστέρα (PMMA) με εγκλείσματα νανοσωματίδια αργύρου, τα οποία παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο του πολυμερισμού προσθήκης. Η επίδραση της παρουσίας των νανοσωματιδίων αργύρου στους μηχανισμούς μοριακής κινητικότητας του PMMA συζητείται διεξοδικά. J8. E. Logakis, Ch. Pandis, P. Pissis, J. Pionteck, P. Pötschke. Highly conducting poly(methyl methacrylate) / carbon nanotubes composites: Investigation on their thermal, mechanical, electrical and dielectric properties. Comp. Sci. Technol., 71, , (Ετεροαναφορές: 67) Η δημοσίευση αυτή αναδεικνύει τη σπουδαιότητα της ύπαρξης ή μη μακρομοριακής τάξης στην πολυμερική μήτρα σε σχέση με τις τελικές ηλεκτρικές και διηλεκτρικές ιδιότητες. Η συστηματική μελέτη των ιδιοτήτων αυτών σε νανοϋλικά πολυμεθακρυλικού μεθυλεστέρα (PMMA) με εγκλείσματα νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), και η αντιπαραβολή τους με άλλα ημικρυσταλλικά και άμορφα συστήματα, φανέρωσε ότι η απουσία κρυσταλλικότητας (κυρίως γύρω από τα αγώγιμα εγκλείσματα) επιτρέπει μια κοντινότερη γειτνίαση, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε ιδιαίτερα υψηλές τιμές ειδικής αγωγιμότητας συνεχούς. Επίπεδα σ DC έως 0.5 S/cm επιτεύχθηκαν για τα νανοσύνθετα με την υψηλότερη περιεκτικότητα σε CNTs, καθιστώντας τα υλικά που παρασκευάστηκαν κατάλληλα να καλύψουν ολόκληρο το εύρος των πιθανών εφαρμογών, από αντιστατικές (antistatic) έως εφαρμογές ηλεκτρομαγνητικές θωράκισης (electromagnetic interference, EMI). J9. E. Ivanov, R. Kotsilkova, E. Krusteva, E. Logakis, A. Kyritsis, P. Pissis, C. Silvestre, D. Duraccio, M. Pezzuto. Effects of processing conditions on rheological, thermal, and electrical properties of multiwall carbon nanotube/epoxy resin composites. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 49, , (Ετεροαναφορές: 28) Η επίδραση των συνθηκών παρασκευής (χρήση υπερήχων, επιφανειακή τροποποίηση των νανοσωματιδίων, εφαρμογή ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου) κατά τη διάρκεια της 3

4 διαδικασίας σκλήρυνσης συστημάτων εποξειδικής ρητίνης παρουσία νανοσωλήνων άνθρακα διερευνώνται στην εργασία αυτή. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις τελικές θερμικές, μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των νανοσύνθετων. J10. M. Mičušík, M. Omastová, J. Pionteck, Ch. Pandis, E. Logakis, P. Pissis. Influence of surface treatment of multiwall carbon nanotubes on the properties of polypropylene/carbon nanotubes nanocomposites. Polym. Adv. Technol., 22, 38-47, (Ετεροαναφορές: 10) Η δημοσίευση αυτή αναφέρεται σε συστήματα πολυπροπυλενίου/χημικά τροποποιημένων νανοσωλήνων άνθρακα, παρασκευασμένα με την τεχνική της ανάμειξης στο τήγμα. Η επιφανειακή τροποποίηση των νανοσωλήνων πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός μείγματος ανιονικών και κατιονικών επιφανειοδραστικών ενώσεων και τη χρήση υπερήχων ποικίλης έντασης. Αντίστοιχα μη τροποποιημένα συστήματα χρησιμοποιούνται ως αναφορά ώστε να αναδειχτεί η επίδραση της τροποποίησης στη διασπορά των νανοσωματιδίων καθώς επίσης και στις τελικές μηχανικές, θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες στα νανοσύνθετα. J11. E. Logakis, Ch. Pandis, A. Kyritsis, P. Pissis, M. Mičušík, M. Omastová, J. Pionteck. Indirect methods for the determination of optimal processing conditions of conductive polypropylene/carbon nanotubes composites. Chem. Phys. Lett., 498, , (Ετεροαναφορές: 19) Η δημοσίευση αυτή παραθέτει εναλλακτικές μεθόδους για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων κατά την παρασκευή αγώγιμων νανοσύνθετων υλικών πολυπροπυλενίου/νανοσωλήνων άνθρακα με την τεχνική της ανάμειξης στο τήγμα. Ο έλεγχος της διασποράς των νανοσωματιδίων επιτυγχάνεται έμμεσα, είτε μέσω της αγωγιμότητας συνεχούς είτε μέσω της θερμοκρασίας κρυστάλλωσης. Σύγκριση των ευρημάτων με παραδοσιακές τεχνικές ελέγχου, όπως ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και μικροσκοπία πολωμένου φωτός (POM), αποκαλύπτει ότι ο προαναφερθείς έμμεσος έλεγχος εκτός από ευκολία, απλότητα και ταχύτητα χαρακτηρίζεται επίσης από μεγαλύτερη ευαισθησία και ακρίβεια. Η προτεινόμενη μεθοδολογία είναι ευρύτερου επιστημονικού και βιομηχανικού ενδιαφέροντος, καθώς δύναται να εφαρμοστεί σε διάφορα πολυμερικά συστήματα με αγώγιμα εγκλείσματα. J12. E. Pollatos, E. Logakis, P. Chatzigeorgiou, V. Peoglos, I. Zuburtikudis, M. Gjoka, K. Viras, P. Pissis. Morphological, thermal and electrical characterization of syndiotactic polypropylene/multi walled carbon nanotube composites. J. Macrom. Sci., Part B: Phys., 49, , (Ετεροαναφορές: 9) Στην εργασία αυτή μελετάται η επίδραση της προσθήκης νανοσωλήνων, με την τεχνική της ανάμειξης στο τήγμα, σε συνδιοτακτικό πολυπροπυλενίου. Τα αποτελέσματα συζητούνται ως προς τη μορφολογία και την κρυσταλλικότητα της μήτρας σε σύνδεση επίσης με τις θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των δοκιμίων. Επίσης, αναδεικνύεται η επίδραση της τακτικότητας του πολυμερούς μέσω της αντιπαραβολής των αποτελεσμάτων με τη δημοσίευση J14. J13. E. Logakis, P. Pissis, D. Pospiech, A. Korwitz, B. Krause, U. Reuter, P. Pötschke. Low electrical percolation threshold in poly(ethylene terephthalate) / multi-walled carbon nanotube nanocomposites. Eur. Polym. J., 46, , (Ετεροαναφορές: 53) Αντικείμενο της δημοσίευσης αυτής αποτελεί η επίδραση της μεθόδου παρασκευής στις ηλεκτρικές ιδιότητες αγώγιμων νανοσύνθετων υλικών. Ειδικότερα, νανοσύνθετα υλικά πολύ(τερεφθαλικού αιθυλενίου) (PET) / νανοσωλήνων άνθρακα παρασκευάστηκαν με τις τεχνικές του επί τόπου πολυμερισμού, της απευθείας ανάμειξης στο τήγμα και της αραίωσης προ-αναμειγμένων κόκκων PET (masterbatch). Οι κρίσιμες περιεκτικότητες σε αγώγιμά εγκλείσματα όπου παρατηρήθηκε η μετάβαση από τη μονωτική στην αγώγιμη φάση (ηλεκτρικό 4

5 κατώφλι διαφυγής p c) βρέθηκαν να είναι οι χαμηλότερες που είχαν αναφερθεί ως τότε στη βιβλιογραφία, με την τεχνική του επί τόπου πολυμερισμού να δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα (p c 0.06 wt.%). J14. E. Logakis, E. Pollatos, Ch. Pandis, V. Peoglos, I. Zuburtikudis, C.G. Delides, A. Vatalis, M. Gjoka, E. Syskakis, K. Viras, P. Pissis. Structure-property relationships in isotactic polypropylene/multi-walled carbon nanotubes nanocomposites. Comp. Sci. Technol., 70, , (Ετεροαναφορές: 88) Η δημοσίευση αυτή αναφέρεται στη μελέτη της σχέσης δομής-ιδιοτήτων σε νανοσύνθετα ισοτακτικού πολυπροπυλενίου (ipp) / νανοσωλήνων άνθρακα, παρασκευασμένα με την τεχνική της ανάμειξης στο τήγμα (melt-mixing). Σημαντικές μεταβολές διαπιστώνονται ως προς την κρυσταλλικότητα της πολυμερικής μήτρας με την προσθήκη των νανοσωματιδίων. Συγκεκριμένα, ο βαθμός κρυσταλλικότητας αυξάνεται ως αποτέλεσμα της δράσης των νανοσωλήνων ως εξωγενείς πυρήνες κρυστάλλωσης, και επιπλέον εμφανίζεται μια νέα κορυφή κρυστάλλωσης η οποία αποδίδεται στην εμφάνιση trans-κρυσταλλικότητας (η κρυστάλλωση ξεκινά από την επίπεδη κυλινδρική επιφάνεια των εγκλεισμάτων με τους κρυσταλλίτες να αναπτύσσονται κάθετα ως προς την επιφάνεια αυτή). Μετρήσεις δυναμική μηχανικής ανάλυσης φανέρωσαν σημαντική ενίσχυση του μέτρου ελαστικότητας του Young στην υαλώδη κατάσταση (της τάξης του 86%). Η συμπεριφορά αυτή επιχειρείται να συνδεθεί με τις προαναφερθείσες μορφολογικές αλλαγές. Τέλος μελετώνται οι ηλεκτρικές και διηλεκτρικές ιδιότητες στα νανοϋλικά, με ιδιαίτερη έμφαση στο ηλεκτρικό κατώφλι διαφυγής (percolation threshold, p c). J15. E. Logakis, Ch. Pandis, V. Peoglos, P. Pissis, J. Pionteck, P. Pötschke, M. Mičušik, M. Omastová. Electrical/dielectric properties and conduction mechanism in melt processed polyamide/multi-walled carbon nanotubes composites. Polymer, 50, , (Ετεροαναφορές: 76) Η παραπάνω δημοσίευση παρουσιάζει αποτελέσματα βασικής έρευνας γύρω από τη μελέτη των ηλεκτρικών/διηλεκτρικών ιδιοτήτων, καθώς και του μηχανισμού αγωγιμότητας, σε νανοσύνθετα συστήματα πολυαμιδίου 6 με εγκλείσματα νανοσωλήνες άνθρακα. Πιο συγκεκριμένα, μετρήσεις διηλεκτρικής φασματοσκοπίας σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων και θερμοκρασιών, καθώς επίσης και διάφορα θεωρητικά μοντέλα, χρησιμοποιούνται για τη συστηματική μελέτη του ηλεκτρικού κατωφλίου αγωγιμότητας (electrical percolation threshold, p c) και τον υπολογισμό της αντίστασης επαφής μεταξύ των νανοσωλήνων (contact resistance). Η ανάλυση της θερμοκρασιακής εξάρτησης της αγωγιμότητας συνεχούς ανέδειξε δύο διακριτούς μηχανισμούς; σε θερμοκρασίες χαμηλότερες της υαλώδους μετάβασης (Τ g) του πολυμερούς, η αγωγιμότητα εκδηλώνεται με το φαινόμενο σήραγγας μέσα από φράγματα δυναμικού που υπόκεινται σε θερμικές διακυμάνσεις (Fluctuation Induced Tunneling, FIT), ενώ σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες της T g καθορίζεται από την κίνηση των πολυμερικών αλυσίδων, κατ αναλογία με την ιοντική αγωγιμότητα του καθαρού πολυμερούς (Vogel-Tammann-Fulcher συμπεριφορά). J16. E. Logakis, Ch. Pandis, V. Peoglos, P. Pissis, Ch. Stergiou, J. Pionteck, P. Pötschke, M. Mičušik, M. Omastová. Structure Property Relationships in Polyamide6/Multi-Walled Carbon Nanotubes Nanocomposites. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 47, , (Ετεροαναφορές: 57) Στο άρθρο αυτό μελετώνται οι σχέσεις δομής-ιδιοτήτων σε νανοσύνθετα υλικά πολυαμιδίου 6/νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs). Ειδικότερα, η παρατηρούμενη σημαντική ενίσχυση των μηχανικών ιδιοτήτων με την προσθήκη των CNTs συσχετίζεται με μορφολογικές αλλαγές οι οποίες προκαλούνται κατά την κρυστάλλωση του πολυμερούς λόγω της παρουσίας των 5

6 νανοσωματιδίων. Συγκεκριμένα, η προαναφερθείσα ενίσχυση αποδίδεται στο σχηματισμό ενός κρυσταλλικού στρώματος γύρω από τα τοιχώματα των CNTs (trans-κρυσταλλικότητα), ικανό να μεταφέρει τις εφαρμοζόμενες τάσεις στα άκαμπτα εγκλείσματα, καθώς και στη μετατροπή των κρυσταλλιτών της πολυμερικής μήτρας από τύπου -γ στους μηχανικά πιο σταθερούς τύπου -α. J17. C. Pandis, E. Logakis, V. Peoglos, P. Pissis, M. Omastová, M. Mravčáková, A. Janke, J. Pionteck, Y. Peneva, L. Minkova. Morphology, Microhardness, and Electrical Properties of Composites Based on Polypropylene, Montmorillonite, and Polypyrole. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 47, , (Ετεροαναφορές: 26) Στη δημοσίευση αυτή διερευνάται η επίδραση της μεθόδου παρασκευής αγώγιμων νανοσύνθετων υβριδικών υλικών πολυπροπυλενίου(pp)/πολυπυρόλης (PPy) με εγκλείσματα νανοσωματίδια μοντμοριλλονίτη (MMT), σε σχέση με τη μικροσκληρότητα και τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες. Οι παρατηρούμενες μεταβολές συσχετίζονται με τη μορφολογία. Επιπλέον, ο μηχανισμός ηλεκτρικής αγωγιμότητας μελετάται συστηματικά και ερμηνεύεται με τη χρήση του μοντέλου του Mott για μεταβλητού μεγέθους άλματα των φορέων φορτίου σε τρεις διαστάσεις (Variable Range Hopping). J18. Th. Kourkoutsaki, E. Logakis, I. Kroutilova, L. Matejka, J. Nedbal, P. Pissis. Polymer Dynamics in Rubbery Epoxy Networks/Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes Nanocomposites. J. Appl. Polym. Sci., 113, , (Ετεροαναφορές: 25) Το εν λόγω άρθρο αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα για τη μελέτη της μοριακής δυναμικής νανοσύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας με τη βοήθεια των τεχνικών της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας (DRS), των θερμορευμάτων αποπόλωσης (TSDC) και της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC). Υβριδικά νανοϋλικά εποξειδικής ρητίνης με εγκλείσματα πολυεδρικές ολιγομερικές σιλσεσκιοξάνες (POSS), τα οποία παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον για εφαρμογές μικροηλεκτρονικής, τέθηκαν υπό μελέτη. Οι μεταβολές της δυναμικής των πολυμερικών αλυσίδων και της μετρούμενης διηλεκτρικής σταθεράς συζητούνται με ορούς ελεύθερου όγκου και κινητικότητας των πολυμερικών αλυσίδων. J19. Μ. Mičušik, M. Omastová, I. Krupa, J. Prokeš, P. Pissis, E. Logakis, Ch. Pandis, P. Pötschke, J. Pionteck. A Comparative Study on the Electrical and Mechanical Behaviour of Multi- Walled Carbon Nanotube Composites Prepared by Diluting a Masterbatch with Various Types of Polypropylenes. J. Appl. Polym. Sci., 113, , (Ετεροαναφορές: 82) Στη δημοσίευση αυτή αναδεικνύεται η επίδραση του δείκτη ροής (Melt Flow Index, MFI) καθώς και της χημικής τροποποίησης της πολυμερικής μήτρας με μηλεϊνικό ανυδρίτη (maleic anhydrite), ως προς τις ηλεκτρικές, ρεολογικές και μηχανικές ιδιότητες σε αγώγιμα νανοσύνθετα πολυπροπυλενίου/νανοσωλήνων άνθρακα, παρασκευασμένα μέσω της τεχνικής της ανάμειξης στο τήγμα. Η χρήση πολυπροπυλενίου υψηλού MFI διευκολύνει τη διασπορά των νανοσωματιδίων, οδηγώντας σε χαμηλές τιμές της κρίσιμης περιεκτικότητας σε αγώγιμα εγκλείσματα όπου παρατηρείται η μετάβαση από τη μονωτική στην αγώγιμη φάση. Η τροποποίηση του πολυπροπυλενίου με μηλεϊνικό ανυδρίτη, επέφερε βελτίωση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ μήτρας και εγκλεισμάτων (σε σύνδεση με τις μηχανικές ιδιότητες), χωρίς παρόλα αυτά να διαπιστωθεί βελτίωση της διασποράς των νανοσωματιδίων. J20. Th. V. Kosmidou, A.S. Vatalis, C.G. Delides, E. Logakis, P. Pissis, G.C. Papanicolaou. Structural, mechanical and electrical characterization of epoxy-amine/carbon black nanocomposites. express Polym. Lett., 2, , (Ετεροαναφορές: 51) 6

7 Μελετήθηκε η επίδραση της προσθήκης νανοσωματιδίων αιθάλης (carbon black) στις ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες συστημάτων εποξειδικής ρητίνης. Η εξάρτηση των μηχανισμών μοριακής κινητικότητας (μηχανισμοί α και β) από την περιεκτικότητα των νανοσωματιδίων μελετάται διεξοδικά. Σύνδεση μεταξύ της αγωγιμότητας και της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης επιχειρείται. J21. V. Peoglos, E. Logakis, Ch. Pandis, P. Pissis, J. Pionteck, P. Pötschke, M. Mičušík, M. Omastová. Thermal and electrical characterization of multi-walled carbon nanotubes reinforced polyamide 6 nanocomposites. Journal of Nanostructured Polymers and Nanocomposites, 3, , (Ετεροαναφορές: 5) Η εν λόγω δημοσίευση περιλαμβάνει προκαταρκτικά αποτελέσματα των δημοσιεύσεων J15 και J16. ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΝΕΔΡΙΩΝ ΥΨΗΛΗΣ ΑΠΗΧΗΣΗΣ ΜΕ ΚΡΙΤΕΣ C1. T.J. Patey, C. Schlegel, E. Logakis. Glass as dielectric for high temperature power capacitors. MRS Proceedings, Volume 1679, Article number 933, Στη δημοσίευση αυτή αξιολογείται η χρήση μη ιοντικών υάλων για αποθήκευση ενέργειας σε πυκνωτές ισχύος, με σκοπό την αύξηση της ανώτατης θερμοκρασίας λειτουργίας τους. Στους σημερινούς πυκνωτές διαξονικά τανυσμένου πολυπροπυλενίου (biaxally oriented polypropylene, BOPP) η τελευταία περιορίζεται στους 85 C, ενώ πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος απαιτούν τη σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας αυτής. Η εργασία καταλήγει στο συμπέρασμα ότι περαιτέρω καθαρότητα ως προς τα υπολείμματα ιόντων απαιτείται για τη βιομηχανική τους χρήση ούτως ώστε οι διηλεκτρικές απώλειες να μην υπερβαίνουν τις προδιαγραφές. C2. A. Krivda, U. Straumann, M. Martinon, E. Logakis, F. Tsang, M. Narendran. Electrical and chemical characterization of thin epoxy layers for high voltage applications. IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), Article number , Pages , Στη δημοσίευση αυτή αξιολογείται η χρήση δύο εμπορικών εποξειδικών βαφών με εγκλείσματα τιτανίας (TiO 2) και βαρύτη (BaSO 4) σε εφαρμογές υψηλής τάσης, με τη βοήθεια μετρήσεων φασματοσκοπίας υπέρυθρου, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης, σκέδασης ακτίνων-χ και διηλεκτρικής φασματοσκοπίας. C3. R. Gremaud, M. Bjelogrlic, M. Schneider, E. Logakis, C. Schlegel, S. Fursich, A. Krivda, T. Christen, U. Riechert. Surface charge decay on HVDC insulators: Temperature and Field effects. IEEE International Conference on Solid Dielectrics, , (Ετεροαναφορές: 3) Στη δημοσίευση αυτή μελετάται η συμπεριφορά επιφανειακών φορτιών σε εποξειδικές ρητίνες. Τα φορτία εναποτίθενται μέσω εκκένωσης κορώνας σε περιβάλλον εξαφθοριούχου θείου (SF 6), και εν συνεχεία παρακολουθείται η απομείωση τους μέσω ενός αισθητήρα χωρητικότητας. Τα αποτελέσματα των παραπάνω μετρήσεων αναλύονται με όρους θερμοκρασιακής εξάρτηση της κινητικότητας των ιόντων και επιπλέον συσχετίζονται με μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας συνεχούς. Τα εξαγόμενα συμπεράσματα είναι ιδιαίτερης 7

8 σημασίας για τη βελτιστοποίηση μονωτικών υλικών που χρησιμοποιούνται σε διακόπτες ισχύος σε υποσταθμούς με μόνωση αερίου (Gas Insulated Switchgears, GIS). C4. T. Christen, E. Logakis. The generic conduction model for solid polymer HVDC insulation material. IEEE International Conference on Solid Dielectrics, , Πρόκειται για μια θεωρητική εργασία στην οποία εισάγεται ένα γενικό μοντέλο για την περιγραφή της ηλεκτρική αγωγιμότητα συνεχούς υπό υψηλή τάση, σε πολυμερικά μονωτικά υλικά. Για τη συχνή περίπτωση όπου οι φορείς πλειονότητας εισάγονται από τις επαφές, αποδεικνύεται ότι η χρησιμοποίηση ενός μοντέλου με γενικές συνοριακές συνθήκες είναι αναπόφευκτη. Επιπλέον, το πολύ χαμηλό μέγεθος των ρευμάτων αγωγιμότητας σε καλά μονωτικά υλικά, επιβάλει να λαμβάνονται υπόψιν συνεισφορές από διπολικά ρεύματα. Προσομοιώσεις και πειραματικά αποτελέσματα συνδυάζονται και ενισχύουν την παραπάνω περιγραφή. C5. E. Logakis, L. Petersson, J. Viertel. Dielectric spectroscopy and thermally stimulated depolarization current investigations in low density polyethylene. IEEE International Conference on Solid Dielectrics, , Στη δημοσίευση αυτή μελετάται η διηλεκτρική συμπεριφορά και η μοριακή δυναμική σε φιλμ καθαρού πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (LDPE) με τη βοήθεια των τεχνικών της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας εναλλασσόμενου (DRS) και των θερμορευμάτων αποπόλωσης (TSDC). Τρεις μηχανισμοί διηλεκτρικής αποκατάστασης παρατηρούνται και αναλύονται ως προς τις ενέργειες ενεργοποίησης, το σχήμα και τη θερμοκρασιακή εξάρτηση των χαρακτηριστικών χρόνων αποκατάστασης και της διηλεκτρικής τους έντασης. C6. E. Logakis, A.A. Skordos. Lightning strike performance of carbon nanotube loaded aerospace composites. 15th European Conference on Composite Materials (ECCM 2012), Code , Η δημοσίευση αυτή είναι βαρύνουσας τεχνολογικής σημασίας, καθώς παρουσιάζει ιδιαιτέρως θετικά αποτελέσματα για τη βελτίωση της αντοχής σύνθετων υλικών αεροναυπηγικής από χτυπήματα κεραυνών. Συγκεκριμένα, η ενσωμάτωση νανοσωλήνων άνθρακα σε σύνθετα ινών άνθρακα/εποξειδικής ρητίνης περιόρισε την προκαλούμενη ζημιά σε δοκιμές αντοχής υπό παλμούς υψηλού ρεύματος τύπου 2Α (simulated zone 2A lightning strike testing) έως και 60%, όπως απέδειξε η διάγνωση με υπέρηχους (ultrasonic C-scans). Τα αποτελέσματα ερμηνεύονται σε σχέση με την αυξημένη αγωγιμότητα στα υβριδικά σύνθετα εξαιτίας της παρουσίας των αγώγιμων νανοσωματιδίων (ειδικά στα επιφανειακά στρώματα της ρητίνης). C7. A. Kanapitsas, E. Logakis, Ch. Pandis, I. Zoubourtikoudis, P. Pissis C.G. Delidis, A. S. Vatalis. Dielectric and thermomechanical properties of polypropylene/multi-walled carbon nanotubes nanocomposites. Materials Research Society Symposium Proceedings 1056, pp , Η δημοσίευση αυτή περιλαμβάνει προκαταρκτικά αποτελέσματα της δημοσίευσης J14. C8. E. Logakis, Ch. Pandis, V. Peoglos, P. Pissis, A. Kanapitsas, J. Pionteck, P.Pötschke, M. Mičušík and M. Omastová. Thermal and electrical properties of Polyamide/Multi-Walled Carbon Nanotubes nanocomposites NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show - NSTI Nanotech 2007, Technical Proceedings 2, pp ,

9 Η εν λόγω δημοσίευση περιλαμβάνει προκαταρκτικά αποτελέσματα των δημοσιεύσεων J15 και J16. C9. Ch. Pandis, E. Logakis, M. Chorianopoulos, A. Spanoudaki, A. Kyritsis, V. Peoglos, P. Pissis, M. Mičušík, I. Krupa, M. Omastová, J. Pionteck, and P. Pötschke. Thermal and Electrical Characterization of Polypropylene/Carbon Nanotube Nanocomposites NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show - NSTI Nanotech 2007, Technical Proceedings 2, pp , (Ετεροαναφορές: 1) Η δημοσίευση αυτή περιλαμβάνει πρόδρομα αποτελέσματα της δημοσίευσης J14. C10. A. Kanapitsas, C. Tsonos, E. Logakis, C. Pandis, P. Pissis, E. Kontou, Y.P. Mamunya, E.V. Lebedev, C.G. Delides. PTC Effect and Structure of Polymer Composites Based on Polypropylene/Co-Polyamide Blend Filled with Dispersed Iron. Proceedings of the International Conference on Microelectronics, ICM 2006, art. no , pp , Η εργασία αυτή αναφέρεται σε πολυμερικά μείγματα πολυπροπυλενίου (PP) / συμπολυμερούς πολυαμιδίου (CPA) με εγκλείσματα σωματίδια σιδήρου. Σημαντικές μεταβολές της μορφολογίας σε σχέση με την αναλογία των δύο συστατικών του μείγματος παρατηρούνται και συνδέονται με τις ηλεκτρικές ιδιότητες των δοκιμίων. Επιπλέον, στα δοκίμια παρατηρείται το φαινόμενο του θετικού θερμοκρασιακού συντελεστή (positive temperature coefficient, PTC), ως αποτέλεσμα της καταστροφής του αγώγιμου δικτύου σε θερμοκρασίες κοντά στη θερμοκρασία τήξης της φάσης PCA. C11. E. Logakis, D. Fragiadakis, P. Pissis. Low - K polyimide/silica nanocomposites for microelectronics applications. Proceedings of the International Conference on Microelectronics, ICM 2006, art. no , pp , Η δημοσίευση αυτή αναφέρεται σε υλικά πολυιμιδίου/νανο-πυριτίας χαμηλής διηλεκτρικής σταθεράς τα οποία δύναται να βρουν εφαρμογή στη μικροηλεκτρονική. Εδώ παρουσιάζεται ένα υποσύνολο των αποτελεσμάτων της δημοσίευσης C12. C12. D. Fragiadakis, E. Logakis, P. Pissis, V. Yu. Kramarenko, T. A. Shantalii, I. L. Karpova, K. S. Dragan, E. G. Privalko, A. A. Usenko and V. P. Privalko. Polyimide/silica nanocomposites with low values of dielectric permittivity. Journal of Physics: Conference Series 10 (1), pp , (Ετεροαναφορές: 24) Υλικά πολυιμιδίου/νανο-πυριτίας παρασκευάστηκαν με την τεχνική λύματος-πηκτής (sol-gel). Η παρουσία των νανοσωματιδίων επιφέρει σημαντική μείωση της διηλεκτρικής σταθεράς του πολυαμιδίου καθιστώντας τα εν λόγω υλικά κατάλληλα για εφαρμογές μικροηλεκτρονικής. Τα αποτελέσματα ερμηνεύονται σε σχέση με μεταβολές στη δομή και τη μοριακή κινητικότητα της μήτρας, ως αποτέλεσμα της παρουσίας νανο-πυριτίας στα νανοσύνθετα. ΕΥΡΕΣΙΤΕΧΝΙΕΣ (ΠΑΤΕΝΤΕΣ) P1. A. Michalik, P. Ricketts, M. Carmignoto, J. Yadava, R. Zannol, M. Hrkac, A. Maltozzi, C. Pitois, E. Logakis, H. Martini, I. Scian, O. Girlanda, R. Velthuis, S. Tzavalas. Electrical 9

10 Transformer Systems and Methods, Int. Pub. No: WO 2016/ A1, Int. Pub. Date: 12 May Η εφεύρεση αυτή αναφέρεται στη χρήση καινοτόμων θερμοπλαστικών υλικών σε ηλεκτρικούς μετασχηματιστές ισχύος (π.χ. ως μόνωση μεταξύ των αγώγιμων περιελίξεων του μετασχηματιστή). Τα εν λόγω υλικά δύναται να αντικαταστήσουν συμβατικά μονωτικά υλικά παρασκευασμένα από πεπιεσμένο χαρτόνι (pressboard). Η ηλεκτρική απόδοση του pressboard είναι ιδιαιτέρως ευαίσθητη στην υγρασία με αποτέλεσμα να απαιτούνται μακρά διαστήματα ξήρανσης κατά τη διαδικασία παραγωγής. Η αντικατάσταση τους αναμένεται να μειώσει σημαντικά τους χρόνους παρασκευής καθώς επίσης και να βελτιώσει την διηλεκτρική απόδοση του μετασχηματιστή. P2. E. Logakis, N. Zant, P. Kaufmann, M. Schneider, X. Kornmann. Tubular electrical insulator for a high voltage power transmission line, Int. Pub. No: WO 2016/ A1, Int. Pub. Date: 28 January Το ανωτέρω δίπλωμα ευρεσιτεχνίας αναφέρεται στην ανακάλυψη μιας καινοτόμας μονωτικής γραμμής κατάλληλης για τη μεταφορά πολύ υψηλών ποσών ισχύος (> 3GW). Τα σημερινά καλώδια υπερυψηλής τάσης δύναται να φτάσουν ως περίπου το 1 GW ισχύος ανά πόλο. Περαιτέρω αύξηση της τιμής αυτής απαιτεί είτε την αύξηση της τάσης, η τιμή της οποίας περιορίζεται από την αντοχή των μονωτικών υλικών στα 525 kv, είτε την αύξηση του ρεύματος, η τιμή του οποίου επίσης περιορίζεται από τη διατομή του αγωγού με μέγιστο όριο τα 3000 mm 2 περίπου (πάνω από αυτή την τιμή το καλώδιο δεν δύναται να περιελιχτεί για τη μεταφορά του). Η παρούσα ευρεσιτεχνία δίνει λύση στον τελευταίο περιορισμό μέσω του διαχωρισμού της ηλεκτρικής μόνωσης της γραμμής μεταφοράς ενέργειας από τον μεταλλικό αγωγό. Η ηλεκτρική μονωτική γραμμή συνίσταται από ένα εύκαμπτο μεταλλικό σωλήνα πάνω στον οποίο παράγονται με την μέθοδο της ταυτόχρονης εξώθησης (extrusion) τρία πολυμερικά στρώματα, τα οποία και αποτελούν το σύστημα μόνωσης της εν λόγω γραμμής. Ο ηλεκτρικός αγωγός (τυπικά χαλκός ή αλουμίνιο με διατομή >> 3000 mm 2 ) μεταφέρεται ξεχωριστά και εισέρχεται εντός της μονωτικής γραμμής στο σημείο εγκατάστασης, παρακάμπτοντας έτσι τους προαναφερθέντες περιορισμούς κατά τη μεταφορά. P3. P. Kaufmann, E. Logakis, J. Rocks. High voltage power transmission line, Int. Pub. No: WO 2016/ A1, Int. Pub. Date: 28 January Η πατέντα αυτή ανήκει στην ίδια οικογένεια (patent family) με την P2. Αναφέρεται στην ίδια γενική ιδέα από την οπτική γωνία του ολοκληρωμένου συστήματος, συμπεριλαμβάνοντας συνδέσμους (joints) και απολήξεις (terminations), απαραίτητα εξαρτήματα της παραπάνω γραμμής μεταφοράς ενέργειας. P4. E. Logakis, A. Skordos, P. Chatzi. A material comprising reduced graphene oxide, a device comprising the material and a method of producing the material, Int. Pub. No: WO 2014/ A1, Int. Pub. Date: 31 December Η εφεύρεση αυτή αναφέρεται στην ανακάλυψη νανοσύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας με εγκλείσματα σωματίδια οξειδίου του γραφενίου (graphene oxide, GO) τα οποία εμφανίζουν χωρικά προκαθορισμένες ηλεκτρικές και διηλεκτρικές ιδιότητες. Τα υλικά αυτά μπορούν να βρουν εφαρμογή στη μικροηλεκτρονική καθώς επίσης και σε πληθώρα προϊόντων ισχύος ως μονωτικά υλικά σε προβληματικές περιοχές όπου παρατηρούνται υψηλές συγκεντρώσεις ηλεκτρικού πεδίου. Ο έλεγχος των ηλεκτρικών και διηλεκτρικών ιδιοτήτων (ηλεκτρικής αγωγιμότητας και διηλεκτρικής σταθεράς) επιτυγχάνεται μέσω της ελεγχόμενης αναγωγής των σωματιδίων του GO, είτε μέσω της έκθεσης σε υψηλές θερμοκρασίες είτε μέσω ακτινοβόλησης (ακτίνες-χ, λέιζερ ή υπεριώδης ακτινοβολία). Αναφέρεται ότι τα σωματίδια GO είναι μονωτικά (αγωγιμότητα < S/cm) εξαιτίας της παρουσίας εποξειδικών, υδροξυλικών, καρβονυλικών 10

11 και καρβοξυλικών δραστικών ομάδων οι οποίες διαταράσσουν τον sp 2 υβριδισμό του γραφιτικού πλέγματος. Η έκθεση τους σε υψηλές θερμοκρασίες ή η ακτινοβόληση οδηγεί στην αναγωγή του GO, και κατ επέκταση στη μετάβασή του στην αγώγιμη φάση, σε μια διαδικασία όπου υπό κατάλληλες συνθήκες δύναται να γίνει με ελεγχόμενο τρόπο προσδίδοντας στο GO αγωγιμότητες εντός ενός τεράστιου εύρους (από έως 10 2 S/cm). P5. N. Zant, J. Rocks, C.-H. Ho, A. Oudalov, R. Gremaud, X. Kornmann, P. Kaufmann, L. Herrmann, E. Logakis, M. Schneider. A tubular insulation device, a high voltage power arrangement and a method for providing an insulated high voltage power cable, Int. Pub. No: WO 2014/ A1, Int. Pub. Date: 14 August Η πατέντα αυτή ανήκει στην ίδια οικογένεια (patent family) με την P2. Είναι εστιασμένη στη γενική ιδέα του διαχωρισμού της ηλεκτρικής μόνωσης της γραμμής μεταφοράς ενέργειας από τον μεταλλικό αγωγό. Ο τελευταίος εισέρχεται στη μονωτική γραμμή μεταφοράς κατά την εγκατάσταση. P6. C.H. Ho, E. Logakis, C. Ghoul, A. Krivda. Chemically cross-linked polyethylene used for electrical insulation, WO 2014/ A1, Int. Pub. Date: 22 May Ως ηλεκτρική μόνωση στα σύγχρονα καλώδια υψηλής και υπερυψηλής τάσης χρησιμοποιείται διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο (cross-linked polyethylene). Η διασταύρωση του πολυαιθυλενίου πραγματοποιείται με τη χρήση υπεροξειδίων (π.χ. dicumyl peroxide). Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αυτής δημιουργούνται πολικά παραπροϊόντα (π.χ. ακετοφαινόνη) τα οποία περιορίζουν την απόδοση της μόνωσης υπό υψηλά ηλεκτρικά πεδία. Η εφεύρεση αυτή δίνει λύση στο παραπάνω πρόβλημα μέσω της χρήσης εναλλακτικών άζω-ενώσεων (azo compounds) κατάλληλων για τη διασταύρωση πολυολεφινών. ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΑΝΑ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ 1. Μελέτες σε αγώγιμα νανοσύνθετα πολυμερικά υλικά Οι δημοσιεύσεις οι οποίες εντάσσονται σε αυτή τη θεματική περιοχή μπορούν να κατηγοριοποιηθούν περαιτέρω σε μελέτες βασικής έρευνας, στις οποίες διερευνώνται οι σχέσεις δομής-ιδιοτήτων σε προηγμένα νανοσύνθετα πολυμερικά υλικά με αγώγιμα εγκλείσματα, και σε μελέτες πρακτικού ενδιαφέροντος, όπου αναδεικνύεται η επίδραση της μεθόδου και των συνθηκών παρασκευής των συστημάτων αυτών. Στην πρώτη κατηγορία περιλαμβάνονται οι δημοσιεύσεις J5, J8, J10, J12, J14-17, J20-21 και C7- C10. Επιχειρείται ο συσχετισμός της μορφολογίας, και ιδιαίτερα της κρυσταλλικότητας της πολυμερικής μήτρας και της επίδρασης σε αυτή της παρουσίας νανοσωματιδίων, με τις θερμικές, μηχανικές και ηλεκτρικές/διηλεκτρικές ιδιότητες στα νανοϋλικά. Το παραπάνω επιτυγχάνεται μέσω της χρησιμοποίησης και του συνδυασμού πολλών και συμπληρωματικών πειραματικών μεθόδων. Εξέχουσας σημασίας είναι οι εργασίες J8 και J14-J16 όπου εγκαθιδρύεται για πρώτη φορά η σύνδεση μεταξύ της ύπαρξης ή μη ενός κρυσταλλικού στρώματος γύρω από την επιφάνεια των αγώγιμων εγκλεισμάτων, με τις ηλεκτρικές (τιμή κατωφλίου διαφυγής, επίπεδα ηλεκτρικής αγωγιμότητας, μηχανισμό αγωγιμότητας) και μηχανικές ιδιότητες (ενίσχυση του μέτρου ελαστικότητας του Young). Η εις βάθος κατανόηση των παραπάνω παραμέτρων και της μεταξύ τους εξάρτησης είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ανάπτυξη και το σχεδιασμό υλικών με προκαθορισμένες ιδιότητες. Στη δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνονται οι δημοσιεύσεις J9, J11, J13 και J19. Σε αυτή την ομάδα ξεχωρίζει η εργασία J11 στην οποία παρουσιάζονται εναλλακτικές μέθοδοι για την αξιολόγηση της διασποράς των νανοσωματιδίων και της βελτίωση των συνθηκών παρασκευής αυτών μέσω μετρήσεων αγωγιμότητας καθώς επίσης και της θέσεως της κύριας κορυφής 11

12 κρυστάλλωσης. Μάλιστα, η ευαισθησία των προτεινόμενων μεθόδων προκύπτει να είναι καλύτερη σε σχέση με το συμβατικό έλεγχο της διασποράς μέσω τεχνικών μικροσκοπίας. 2. Διηλεκτρικές ιδιότητες πολυμερικών νανοϋλικών μικροηλεκτρονικής Στην κατηγορία αυτή αναφέρονται οι εργασίες J18 και C Στόχο αποτελεί η ανάπτυξη και μελέτη νέων υλικών μικροηλεκτρονικής με χαμηλή διηλεκτρική σταθερά (low-k materials). Η μείωση της διηλεκτρικής σταθεράς του πολυμερούς (π.χ. πολυιμιδίου, εποξειδικής ρητίνης) επιτυγχάνεται μέσω της προσθήκης νανοσωματιδίων. Η παρατηρούμενη μείωση δεν υπακούει την αρχή της προσθετικότητας και ερμηνεύεται με όρους μειωμένης μοριακής κινητικότητας, εξαιτίας χωρικών περιορισμών και ισχυρών αλληλεπιδράσεων στη διεπιφάνεια πολυμερούς/εγκλεισμάτων. Τα παραπάνω, αποτελούν παράγοντες που περιορίζουν την κίνηση των μοριακών δίπολων του πολυμερούς, και κατ επέκταση τη συνεισφορά τους στη διηλεκτρική σταθερά. 3. Μελέτη της μοριακής δυναμικής πολυμερών και σύνθετων πολυμερικών νανοϋλικών Χαρακτηριστικά παραδείγματα της κατηγορίας αυτής αποτελούν οι εργασίες J7, J15, J18 και εν μέρει οι J20 και C5. Η μελέτη της μοριακής δυναμικής (κύριων και δευτερευόντων μηχανισμών μοριακής αποκατάστασης), καθώς επίσης η εκτίμηση των αλληλεπιδράσεων στη νανοκλίμακα, πραγματοποιείται με τη βοήθεια της τεχνικής της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας εναλλασσόμενου. 4. Ηλεκτρικές ιδιότητες και μηχανισμός αγωγιμότητας σε μονωτικά πολυμερικά υλικά Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει εργασίες βασικής έρευνας γύρω από την ηλεκτρική συμπεριφορά και το μηχανισμό αγωγιμότητας συνεχούς σε μονωτικά πολυμερή. Τυπικά παραδείγματα συνιστούν οι εργασίες J1, J3, C3 και C4. Ξεχωρίζει η εργασία J3, όπου παρουσιάζονται αποτελέσματα μια εξεζητημένης και πειραματικά ιδιαιτέρως απαιτητικής τεχνικής (θερμορεύματα αποπόλωσης με ταυτόχρονη ακτινοβόληση των υλικών με ακτίνες-χ) για τον υπολογισμό παραμέτρων αγωγιμότητας, όπως βάθος και πυκνότητες ενεργειακών καταστάσεων, καθώς επίσης και η C4 όπου εξάγεται ένα θεωρητικό μοντέλο κατάλληλο για την περιγραφή της αγωγιμότητας συνεχούς. 5. Σύνθετα και νανοσύνθετα μονωτικά υλικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας Μια από τις σημαντικότερες προκλήσεις στα πολυμερικά υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρική μόνωση αποτελεί η βελτίωση της τυπικά χαμηλής θερμικής τους αγωγιμότητας, χωρίς παράλληλα να επηρεαστεί η καλή τους διηλεκτρική συμπεριφορά (και κυρίως η διηλεκτρική τους αντοχή). Οι εργασίες J2 και J4 παρουσιάζουν ιδιαιτέρως ενθαρρυντικά αποτελέσματα στην κατεύθυνση αυτή μέσω της προσθήκης σωματιδίων νιτριδίου του βορίου και διοξειδίου του τιτανίου (τιμές θερμικής αγωγιμότητας > 0.6W/m/K με ταυτόχρονη διατήρηση ή ακόμα και βελτίωση της διηλεκτρικής τους συμπεριφοράς). 6. Υβριδικά νανοσύνθετα υλικά αεροναυπηγικής/αεροδιαστημικής Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι δημοσιεύσεις J6 και C6. Η εργασία C6 ειδικότερα, έχει πολύ μεγάλο τεχνολογικό αντίκτυπο καθώς δίνει λύση σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα για την εφαρμογή των ινωδών σύνθετων υλικών (fibrous composites) στην αεροναυπηγική και αεροδιαστημική. Πιο συγκεκριμένα, η τροποποίηση μιας εποξειδικής ρητίνης ευρέως χρησιμοποιούμενης στον τομέα της αεροδιαστημικής, με μόλις 0.1 % κ.β. νανοσωλήνες άνθρακα, επέφερε δραματική βελτίωση της τυπικά περιορισμένης αντοχής των συνθέτων κατά τη διάρκεια δοκιμών σε χτυπήματα κεραυνών. Τέτοια αποτελέσματα αναφέρθηκαν για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία και ανοίγουν το δρόμο για τη χωρίς περιορισμούς χρήση σύνθετων υλικών ως δομικά στοιχεία σε εφαρμογές αεροναυπηγικής/αεροδιαστημικής. 12

13 7. Ανάπτυξη νέων, καινοτόμων πολυμερικών μονωτικών υλικών και προϊόντων ισχύος Στην περιοχή αυτή ανήκουν οι δημοσιεύσεις C1-2 και οι ευρεσιτεχνίες P1-6. Ειδικότερα οι P1-6 αποτελούν εργασίες μεγάλης τεχνολογικής και βιομηχανικής σημασίας. Χαρακτηριστικά αναφέρεται η ανακάλυψη μιας νέας γραμμής μεταφοράς ενέργειας (P2, P3, P5) κατάλληλης για τη μετάδοση σημαντικά μεγαλύτερων ποσών ενέργειας σε σχέση με τα σημερινά καλώδια υπερυψηλής τάσης (ισχύς > 3GW). Άλλο παράδειγμα βαρύνουσας σημασίας σε αυτή τη θεματική περιοχή αποτελεί η ανακάλυψη νέων μονωτικών πολυμερικών υλικών με εγκλείσματα νανοσωματίδια οξειδίου του γραφενίου (graphene oxide, GO). Τα εν λόγω νανοϋλικά έχουν προκαθορισμένες ηλεκτρικές/διηλεκτρικές ιδιότητες (ηλεκτρική αγωγιμότητα και διηλεκτρική σταθερά), μέσω της ελεγχόμενης αναγωγής του GO. Η δυνατότητα αυτή επιτρέπει τη βελτίωση της απόδοσης και αξιοπιστίας πολλών προϊόντων τα οποία χρησιμοποιούνται κατά τη μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας (μετασχηματιστές, πυκνωτές, διακόπτες ισχύος, ημιαγωγοί ισχύος, κ.ά.). 13

14 Συγκεντρωτική εκτίμηση δημοσιευμένου έργου (οι δημοσιεύσεις παρουσιάζονται ταξινομημένες ως προς τον αριθμό ετεροαναφορών) Δημοσίευση Επιστημονικό Περιοδικό Έτος Αναφορές (Google Scholar) 14 Αναφορές (Scopus) Ετεροαναφορές (Scopus) Συντελεστής Απήχησης J14 Composites Science and Technology J19 Journal of Applied Polymer Science J15 Polymer J8 Composites Science and Technology J16 Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics J13 European Polymer Journal J20 express Polymer Letters J9 J17 Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics J18 Journal of Applied Polymer Science C12 Journal of Physics: Conference Series J11 Chemical Physics Letters J6 Carbon J4 Composites Science and Technology J7 European Polymer Journal J5 Journal of Applied Polymer Science

15 J10 Polymer Advanced Technologies J12 J21 C3 Journal of Macromolecular Science, Part B: Physics Journal of Nanostructured Polymers and Nanocomposites IEEE International Conference on Solid Dielectrics C9 NSTI Nanotech C5 C4 C6 C10 IEEE International Conference on Solid Dielectrics IEEE International Conference on Solid Dielectrics 15th European Conference on Composite Materials Proceedings of the International Conference on Microelectronics ΣΥΝΟΛΙΚΑ

16 Αριθμός αναφορών ανά χρονιά (πηγή Scopus) Δείκτης h (πηγή Scopus) h = 15 16