ΔΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΜΟΡΙΑΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΟΡΓΑΝΙΚΑ-ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΤΑ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

ΚΛΩΝΟΣ, ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ

dc.contributor.author	ΚΛΩΝΟΣ, ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ	el
dc.date.accessioned	2015-09-30T10:22:26Z
dc.date.available	2015-09-30T10:22:26Z
dc.date.issued	2015-09-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41353
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.1832
dc.rights	Default License
dc.subject	ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΤΑ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ	el
dc.subject	ΔΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ	el
dc.subject	ΜΟΡΙΑΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ	el
dc.subject	ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ	el
dc.subject	ΥΑΛΩΔΗΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗ	el
dc.subject	POLYMER NANOCOMPOSITES	en
dc.subject	INTERFACIAL INTERACTIONS	el
dc.subject	MOLECULAR DYNAMICS	el
dc.subject	DIELECTRIC SPECTROSCOPY	el
dc.subject	GLASS TRANSITION	el
dc.title	ΔΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΜΟΡΙΑΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΟΡΓΑΝΙΚΑ-ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΤΑ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ	el
dc.contributor.department	ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑΣ, ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ	el
heal.type	doctoralThesis
heal.secondaryTitle	INTERFACIAL INTERACTIONS AND MOLECULAR DYNAMICS IN ORGANIC-INORGANIC NANOCOMPOSITE POLYMERIC MATERIALS	en
heal.classification	ΦΥΣΙΚΗ	el
heal.classification	ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΥΛΙΚΩΝ	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-09-22
heal.abstract	Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η συστηματική μελετή της επίδρασης των διεπιφανειακών αλληλεπιδράσων μεταξύ ενός πολυμερούς (πολυδιμεθυλοσιλοξανίου, PDMS) και των στερεών επιφανειών διαφόρων τύπων νανοσωματιδίων, πυριτίας και τιτανίας, στη μοριακή δυναμική και της θερμικές μεταβάσεις του πολυμερούς. Μελετούνται κυρίως τα χαρακτηριστικά του πολυμερούς που αλληλεπιδρά απευθείας με τα νανοσωματίδια (διεπιφανειακό πολυμερές). Έχει αναφερθεί ότι το μέγεθος και η επιφανειακή καμπυλότητα των νανσωματιδίων επηρεάζουν την ισχύ της αλληλεπίδρασης. Στην παρούσα μελέτη παρουσιάζουμε αποτελέσματα που αναδεικνύουν πως η επιφανειακή τραχύτητα (νανομετρικής κλίμακας) των νανοσωματιδίων και η ευκαμψία της πολυμερικής αλυσίδας κυριαρχούν στον καθορισμό των διεπιφανειακών αλληλεπιδράσεων. Η εξάρτηση των ιδιοτήτων του διεπιφανειακού πολυμερούς (δυναμική, συνεργασιμότητα, διαμορφώσεις των αλυσίδων) από την επιφανειακή τραχύτητα των σωματιδίων δεν έχει μέχρι τώρα μελετηθεί σε σημαντικό βαθμό στη βιβλιογραφία. Η παρούσα μελέτη περιλαμβάνει μετρήσεις μορφολογίας, θερμικών μεταβάσεων και διηλεκτρικής συμπεριφοράς σε ΝΣ συστήματα PDMS/πυριτίας και PDMS/τιτανίας (α) διαφόρων περιεκτικοτήτων σε έγκλεισμα (σωματίδια), (β) μεγάλου εύρους επιφανειακής τραχύτητας και μεγέθους σωματιδίων, (γ) διάφορων μοριακών βαρών και δομής του πολυμερούς (γραμμικό/σταυροδεμένο) και (δ) σε διάφορα επίπεδα υδάτωσης των υλικών. Για την αποτίμηση των επιπέδων υδάτωσης εφαρμόσθηκαν τεχνικές ισόθερμης υδάτωσης–αφυδάτωσης σε ισορροπία (σε θερμοκρασία δωματίου). Τα σημαντικότερα αποτελέσματα αυτής της διδακτορικής διατριβής συζητούνται αναλυτικά, σε συσχέτιση με σημαντικά ανοιχτά θέματα της πρόσφατης βιβλιογραφίας. Διεξοδικές μετρήσεις υπό διάφορα θερμικά πρωτόκολλα έδειξαν οτί η καλή διασπορά των νανοσωματιδίων εντός της πολυμερικής μήτρας και οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις πολυμερούς/νανοσωματιδίων περιορίζουν την κρυστάλλωση αλλά και τις συνεργασιακές κινήσεις (υαλώδης μεταβαση) του πολυμερούς. Παράλληλα με τη θερμιδομετρία, οι διηλεκτρικές τεχνικές έδωσαν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την συνολική συνεργασιακή δυναμική του πολυμερούς (δυναμική υαλώδους μετάβασης), η οποία βρέθηκε να αποτελείται από τρεις διακριτές συνεισφορές (τρεις μηχανισμοί διηλεκτρικής χαλάρωσης). Αυτές οι συνεισφορές προέρχονται από το τμήμα (α) του άμορφου ανεπηρέαστου (bulk) πολυμερούς (μηχανισμός α), (β) του πολυμερούς περιορισμένης κινητικότητας μεταξύ κρυσταλλικών περιοχών (μηχανισμός αc), και (γ) του διεπιφανειακού πολυμερούς με συνεργασιακή δυναμική (μηχανισμός αint). Tα αποτελέσματα σε δοκίμια που είχαν υποστεί θερμική ανόπτηση (προς ενίσχυση της κρυσταλλικότητας) και αυτών που υπέστησαν αφυδάτωση έδειξαν υποβάθμιση της δυναμικής και της ισχύος του μηχανισμού αint. Επίσης, κλάσμα του διεπιφανειακού πολυμερούς στα ΝΣ και η διεπιφανειακή δυναμική αυξάνουν με την αύξηση της ειδικής επιφάνειας (τραχύτητα) της επιφάνειας των σωματιδίων. Σχετικά με την επιρροή του μοριακού βάρους (ΜΒ, μεσο μήκος μακρομορίων) του PDMS, στην περίπτωση των κοντύτερων πολυμερικών αλυσίδων (μικρότερο ΜΒ) το διεπιφανειακό πολύμερες είναι λιγότερο, ενώ η δυναμική του καταγράφεται καθυστερημένη, σε σχέση με την περίπτωση μακρύτερων αλυσίδων (υψηλότερο ΜΒ). Έτσι, συνδυάζοντας όλες τις επίδράσεις στη συνολική διηλεκτρική συμπεριφορά των υλικών (κάτι που δεν γίνεται συνήθως στη βιβλιογραφία), εξηγούμε τα αποτελέσματα επιστρατεύοντας με όρους πολλαπλών διαμορφώσεων των πολυμερικών αλυσίδων στη διεπιφάνεια, συγκεκριμένα μέσω (α) διαμορφώσεων τύπου εκτεταμένης ουράς (tail), και (β) διαμορφώσεων τύπου βρόχου (loop).	el
heal.abstract	This PhD Thesis deals with the systematic investigation of the effects of interfacial interactions between a polymer (polydimethylsiloxane, PDMS) and the solid surface of various metal oxide (silica, titania) nanoparticles on molecular dynamics and thermal transitions of the polymer. The main effort is paid on the study of the characteristics of the fraction of polymer interacting directly with the nanoparticles (interfacial polymer fraction). It has been reported that the size and surface curvature of the solid surface strongly affect the strength of interaction. In the present work we show results which suggest that, at least for PDMS based NCs, the surface roughness of the particles in combination with the flexibility of the polymer chains dominate interfacial interactions. So far, the dependence of the characteristics of the interfacial polymer fraction (dynamics, cooperativity, chain segment conformations) on surface roughness has not been sufficiently considered in the literature. This study involves morphological, thermal and dielectric measurements on PDMS/silica and PDMS/titania NCs (i) of various filler loadings, (ii) with a broad range of surface roughness and variety in size of the primary particles, (iii) with different molecular weight and structure (linear/crosslinked) of PDMS, and (iv) at various levels of NCs hydration. In order to quantify hydration level, water equilibrium sorption–desorption measurements were also performed at room temperature. The most important results may be described, in relation to hot soft matter issues in the literature, as follows. Extended measurements using different thermal treatments showed that the strong interactions of the nanonaparticles with PDMS restrict crystallization and segmental mobility of the polymer. In addition to calorimetry, the dielectric techniques provided significant information on the overall mobility, mostly on the segmental dynamics of the polymer (dynamic glass transition), which was found to consist of three discrete and well defined relaxations. These relaxations arise from the bulk (unaffected) polymer (α relaxation), the mobility of polymer chains restricted between condensed crystalline regions (αc relaxation) and the segmental dynamics in an interfacial polymer layer around (or, in general, close to) the nanoparticles (αint relaxation). Results by thermal annealing and dehydration of PDMS/silica showed a slowing down and weakening of αint. Additionally, the interfacial polymer fraction and dynamics increase with increasing of specific surface area (roughness) of nanoparticles. Regarding the effects of molecular weight (MW) of PDMS, the interfacial polymer fraction is larger for the shorter polymer chains (lower MW), while αint is slower, as compared to longer polymer chains (higher MW). Thus, combining all effects on the overall dielectric response (which is often not the case in the literature) we discuss results by the formation of two types of segment conformations of PDMS at interfaces, namely (a) extended tails, and (b) loop–like chain segments.	en
heal.sponsor	H παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) – Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο Έργο: Ηράκλειτος ΙΙ. Επένδυση στην κοινωνία της γνώσης μέσω του Ευρωπαϊκού Κοινωνικού Ταμείου.	el
heal.advisorName	ΠΙΣΣΗΣ, ΠΟΛΥΚΑΡΠΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΠΙΣΣΗΣ, ΠΟΛΥΚΑΡΠΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΚΑΝΑΠΙΤΣΑΣ, ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ	el
heal.committeeMemberName	MONLEON PRADAS, MANUEL	el
heal.committeeMemberName	ΚΟΝΤΟΥ, ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ	el
heal.committeeMemberName	ΤΑΡΑΝΤΙΛΗ, ΠΕΤΡΟΥΛΑ	el
heal.committeeMemberName	GOMEZ RIBELLES, JOSE LUIS	el
heal.committeeMemberName	ΚΥΡΙΤΣΗΣ, ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ	el
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	269
heal.fullTextAvailability	true