Πολυμορφοκλασματικός χαρακτηρισμός τραχείων επιφανειών: Εφαρμογές στη νανοτεχνολογία

Χατζηγεωργίου, Εμμανουήλ

dc.contributor.author	Χατζηγεωργίου, Εμμανουήλ	el
dc.date.accessioned	2018-02-21T08:20:54Z
dc.date.available	2018-02-21T08:20:54Z
dc.date.issued	2018-02-21
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46549
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7656
dc.rights	Default License
dc.subject	μετρολογία	el
dc.subject	νανοτεχνολογία	el
dc.subject	πολυμορφοκλασματικότητα	el
dc.subject	τραχύτητα	el
dc.subject	metrology	en
dc.subject	nanotechnology	en
dc.subject	επιφάνειες	el
dc.subject	surfaces	en
dc.subject	multifractality	en
dc.subject	roughness	en
dc.title	Πολυμορφοκλασματικός χαρακτηρισμός τραχείων επιφανειών: Εφαρμογές στη νανοτεχνολογία	el
dc.contributor.department	Μαθηματική Προτυποποίηση στις Σύγχρονες Τεχνολογίες και τα Χρηματοοϊκονομικά	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Multifractal characterization of rough surfaces: applications in nanotechnology	el
heal.classification	ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΑΛΛΑ ΜΟΝΤΕΛΑ	el
heal.classification	ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/574f487f82939479b3ea067f3ef3ab91d83e620b
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/3ca4503d5307366f048f8752a9beeac5704c661e
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-11-22
heal.abstract	Η νανοτεχνολογία αποτελεί βασική κατεύθυνση της σύγχρονης τεχνολογίας με άμεσες επιπτώσεις στην καθημερινότητά μας. Η ανάγκη που μας ωθεί στη χρήση προϊόντων νανοτεχνολογίας, εκτός από την εξοικονόμηση υλικών κατασκευής αλλά και της κατανάλωσης ενέργειας λειτουργίας, εντοπίζεται στην εκμετάλλευση νέων ιδιοτήτων που αναδύονται στις κλίμακες των νανομέτρων. Πολλά προϊόντα νανοτεχνολογίας βασίζουν τη λειτουργία τους στην ύπαρξη λεπτών υμενίων και νανοδομημένων επιφανειών. Λόγω διαφόρων φαινομένων όμως που λαμβάνουν χώρα κατά τη δόμηση των υμενίων και των επιφανειών αυτών σε πολλές περιπτώσεις παρατηρείται η εμφάνιση τραχύτητας. Η αρχική αντιμετώπιση της τραχύτητας από την επιστημονική κοινότητα ήταν η ελαχιστοποίησή της. Στη συνέχεια όμως η ανάδυση νέων ιδιοτήτων που βασίζονται στην τραχύτητα των επιφανειών δημιούργησε μια τάση για τον έλεγχο της τραχύτητας. Και οι δύο αυτές προσεγγίσεις προϋποθέτουν την όσο πιο ακριβή ποσοτική περιγραφή της τραχύτητας των επιφανειών. Ένα χρήσιμο εργαλείο για τον ποσοτικό χαρακτηρισμό της τραχύτητας είναι η μορφοκλασματική ανάλυση, κατά την οποία μελετάται η επανεμφάνιση της ίδιας δομής υπό την αλλαγή κλίμακας. Η ποσοτική περιγραφή της συμμετρίας αυτής επιτυγχάνεται με τη χρήση της μορφοκλασματικής διάστασης, με την οποία ποσοτικοποιείται ο τρόπος κάλυψης της επιφάνειας από κάποιο μέτρο (όπως είναι η μάζα του υλικού). Σε πολλές όμως περιπτώσεις η ανομοιογενής συσσώρευση διαφορετικών τιμών του μέτρου πάνω σε μια επιφάνεια απαιτεί την χρήση περισσότερων διαστάσεων για την πληρέστερη περιγραφή της χωρικής κατανομής του μέτρου. Μια γενίκευση της μορφοκλασματικής ανάλυσης είναι η πολυμορφοκλασματική ανάλυση όπου μέσω ενός φάσματος μορφοκλασματικών διαστάσεων γίνεται δυνατή η πληρέστερη περιγραφή της επιφάνειας. Στην εργασία αυτή μελετάται η πολυμορφοκλασματική ανάλυση καταμέτρησης κουτιών και η πολυμορφοκλασματική ανάλυση διακυμάνσεων χωρίς τάση. Εστιάζουμε κυρίως στην φυσική σημασία των μεγεθών που εξάγονται από τη μορφοκλασματική ανάλυση καταμέτρησης κουτιών. Η εφαρμογή της ανάλυσης αυτής όμως σε πραγματικά δεδομένα καταδεικνύει την ύπαρξη υπολογιστικών προβλημάτων στην υλοποίησή της. Τα κύρια προβλήματα είναι η ύπαρξη ισχυρών αποκλίσεων από το νόμο δύναμης κυρίως στη μελέτη των περιοχών μικρού μέτρου αλλά και η διαφορετική αντιμετώπιση των περιοχών μικρού μέτρου από περιοχές που κυριαρχούνται από την ύπαρξη μεγάλου μέτρου. Η διαφοροποίηση αυτή έγκειται στη χρήση θετικών εκθετών για την ενίσχυση και μελέτη των περιοχών με μεγάλο μέτρο και αρνητικών εκθετών για τη μελέτη περιοχών μικρού μέτρου. Η προσπάθεια περιορισμού των αποκλίσεων από το νόμο δύναμης στη βιβλιογραφία γίνεται με την αφαίρεση των προβληματικών κουτιών. Στην εργασία αυτή προτείνεται μια νέα μέθοδος, η μέθοδος προσθήκης μάζας. Κατά τη μέθοδο αυτή γίνεται η προσθήκη τιμών υποβάθρου σε όλη την επιφάνεια. Οι δύο αυτές μέθοδοι όμως κρίνονται προβληματικές. Για την καλύτερη αντιμετώπιση των παθογενειών που προκύπτουν προτείνεται μια ακόμα νέα μέθοδος. Σύμφωνα με την νέα μέθοδο, η μελέτη των περιοχών μικρού μέτρου γίνεται με την μελέτη της αντεστραμμένης επιφάνειας αποφεύγοντας τη χρήση αρνητικών εκθετών για την εστίαση στις περιοχές αυτές. Η μελέτη της αντεστραμμένης επιφάνειας εκτός των προβλημάτων απόκλισης το νόμο δύναμης επιλύει και το πρόβλημα της διαφορετικής αντιμετώπισης των περιοχών μικρού μέτρου. Ενώ η φυσική σημασία των αποτελεσμάτων της μεθόδου αυτής σε πραγματικά δεδομένα είναι πιο κοντά στα θεωρητικά προβλεπόμενα αποτελέσματα σε σύγκριση με αποτελέσματα των άλλων μεθόδων. Οι τρεις μέθοδοι εφαρμόζονται και συγκρίνονται σε πραγματικές επιφάνειες. Παράλληλα μελετάται η επίδραση φυσικοχημικών μεγεθών στη πολύ-μορφοκλασματικότητα των επιφανειών αυτών. Αναλυτικότερα εφαρμόζεται η πολύ-μορφοκλασματική ανάλυση σε επιφάνειες πολύ-μεθακρυλικού μεθυλίου (PMMA) οι οποίες έχουν εγχαραχθεί με πλάσμα οξυγόνου. Διερευνάται η επίδραση του χρόνου εγχάραξης ενώ η απεικόνισή τους γίνεται με τη χρήση μικροσκοπίας ατομικής δύναμης. Μέσω της πολυμορφοκλασματικής ανάλυσης φανερώνεται μια αλλαγή φάσης που πραγματοποιείται στη μορφολογία των επιφανειών κατά τη διάρκεια της εγχάραξης των επιφανειών. Η ανάλυση αυτή υλοποιείται και σε επιφάνειες αλουμινίου οι οποίες έχουν απεικονιστεί με τη χρήση μικροσκοπίας ηλεκτρονικής σάρωσης. Η πολυμορφοκλασματική ανάλυση φανερώνει μια τάση ομογενοποίησης των φωτεινών και των σκοτεινών εικονοστοιχείων με την αύξηση του ποσοστού καθαρότητας. Τέλος αναλύονται επιφάνειες οξειδίων τιτανίας και κοβαλτίου που έχουν δημιουργηθεί με μεθόδους χημικής εναπόθεσης ατμών. Η απεικόνιση των επιφανειών αυτών πραγματοποιείται με την χρήση μικροσκοπίας ηλεκτρονικής σάρωσης. Η επίδραση της θερμοκρασίας κατασκευής των επιφανειών αυτών στη πολυμορφοκλασματική ανάλυση φανερώνει μια τάση ομογενοποίησης της χωρικής διάταξης των φωτεινών και των σκοτεινών περιοχών. Ενώ παράλληλα παρατηρείται η μεγαλύτερη συσσωμάτωση των σκοτεινών εικονοστοιχείων με την αύξηση της θερμοκρασίας δημιουργίας των επιφανειών. Μέσω των επιφανειών αυτών γίνεται σύνδεση των εξαγόμενων μέτρων πολυμορφοκλασματικότητας με τις στατιστικές ροπές υψηλής τάξης.	el
heal.advisorName	Διάκονος, Φώτης	el
heal.committeeMemberName	Κωνσταντουδης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Προβατά, Αστέρω	el
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	113
heal.fullTextAvailability	false