Θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα νανοσύνθετων πολυμερικής μήτρας πολυαιθυλενίου και εγκλεισμάτων νανοσωλήνων άνθρακα

Τεγόπουλος, Σωκράτης; Tegopoulos, Sokratis

dc.contributor.author	Τεγόπουλος, Σωκράτης	el
dc.contributor.author	Tegopoulos, Sokratis	en
dc.date.accessioned	2018-07-19T10:29:24Z
dc.date.available	2018-07-19T10:29:24Z
dc.date.issued	2018-07-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47357
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8409
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Φυσική και Τεχνολογικές Εφαρμογές”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Θερμική αγωγιμότητα	el
dc.subject	Ηλεκτρική αγωγιμότητα	el
dc.subject	Κρυστάλλωση	el
dc.subject	Νανοσωλήνες άνθρακα	el
dc.subject	Thermal conductivity	en
dc.subject	Electric conductivity	en
dc.subject	Crystallization	en
dc.subject	Carbon nanotubes	en
dc.subject	Νανοσύνθετα πολυμερικά υλικά	el
dc.subject	Polymer nanocomposites	en
dc.title	Θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα νανοσύνθετων πολυμερικής μήτρας πολυαιθυλενίου και εγκλεισμάτων νανοσωλήνων άνθρακα	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Φυσική στερεάς κατάστασης	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-06-29
heal.abstract	Στα πλαίσια της παρούσης μεταπτυχιακής εργασίας έγινε μελέτη των θερμικών και διηλεκτρικών ιδιοτήτων (θερμική αγωγιμότητα, κρυστάλλωση, τήξη, ηλεκτρική αγωγιμότητα) νανοσύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας με εγκλείσματα νανοσωλήνες άνθρακα. Τα νανοεγκλείσματα μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στη δομή και τις ιδιότητες της μήτρας και ως εκ τούτου μελετήθηκε η πιθανή επίδραση των νανοσωλήνων στις παραπάνω ιδιότητες. Η κατανόηση της σχέσης δομής-ιδιοτήτων στα νανοσύνθετα υλικά είναι εξαιρετικά σημαντική, έτσι ώστε να είναι εφικτή η παραγωγή νέων υλικών με τις επιθυμητές ιδιότητες που θα βρουν εφαρμογή σε πολλούς τομείς. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν έξι διαφορετικά δοκίμια, η καθαρή μήτρα mLLDPE (metallocene Linear Low Density Polyethylene) και πέντε νανοσύνθετα με διαφορετική περιεκτικότητα (2, 4, 6, 8, 10 wt%) σε νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs). Οι νανοσωλήνες που χρησιμοποιήθηκαν είναι πολλαπλού τοιχώματος. Η μελέτη της σχέσης δομής-ιδιοτήτων έγινε χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες πειραματικές τεχνικές: α) τεχνική laser flash analysis (LFA), για τη μελέτη της θερμικής διαχυτότητας/αγωγιμότητας, β) διηλεκτρική φασματοσκοπία εναλλασσομένου πεδίου (DRS), για τη μελέτη της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και γ) διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), για τη μελέτη των θερμικών μεταβάσεων (κρυστάλλωση, τήξη κρυσταλλικότητας). Τα αποτελέσματα παρατίθενται σε διαγράμματα και σε πίνακες. Εξήχθησαν ορισμένα χρήσιμα συμπεράσματα αναφορικά με την επίδραση των νανοσωλήνων στις ιδιότητες του νανοσύνθετου υλικού. Όπως αναμενόταν, η προσθήκη CNTs στη πολυμερική μήτρα αυξάνει την ηλεκτρική αγωγιμότητα, με εκτιμώμενο κατώφλι διαφυγής ~3 wt% CNT. Αναφορικά με τη θερμική διαχυτότητα, η παρουσία CNTs δεν επηρεάζει άμεσα και σημαντικά την τιμή της. Το φαινόμενο εξηγείται από τον πρακτικά ανεπηρέαστο βαθμό κρυσταλλικότητας του πολυμερούς παρουσία των CNTs, δεδομένου ότι η θερμική διαχυτότητα και κατ’ επέκταση η θερμική αγωγιμότητα εξαρτώνται από την κρυσταλλικότητα του εκάστοτε πολυμερούς. Τέλος, σύμφωνα με τα αποτελέσματα από τη θερμιδομετρία, οι CNTs επιταχύνουν την κρυστάλλωση του mLLDPE, δρώντας ως εξωγενείς πυρήνες κρυστάλλωσης. Το τελευταίο αποτέλεσμα σε συνδυασμό με τον ανεπηρέαστο βαθμό κρυσταλλικότητας από τους CNT, αποτελεί ισχυρή ένδειξη για διαφοροποιήσεις της ημικρυσταλλικής μορφολογίας (αριθμός, μέγεθος, ποιότητα κρυσταλλιτών).	el
heal.abstract	The present MSc thesis deals with the thermal and dielectric properties (in particular, thermal conductivity, crystallization, melting, electrical conductivity) in nanocomposites (PNCs) based on a polymer matrix and carbon nanotubes (CNTs) as fillers. Fillers of the nanometric scale, are well known for their ability to induce serious alternations in the structure and the properties of the matrix. For the latter reason, we attempt to investigate the effects of CNTs on the aforementioned properties. The understanding of the structure-properties relationships in PNCs is of great importance from the point of view of designing materials with properties targeted to applications. With regard to the materials under investigation here, six different samples were studied, namely, composed by a linear low density polyethylene (mLLDPE) polymer matrix filled with multi-walled CNTs at various contents (0, 2, 4, 6, 8, and 10 wt% CNT). The structure-properties relationship investigation here involved the following three complementary techniques, (a) laser flash analysis, LFA, for evaluating the thermal diffusivity/conductivity, (b) broadband dielectric relaxation spectroscopy, DRS, for the electrical conductivity, and (c) differential scanning calorimetry, DSC, for the study of thermal transitions (crystallization and melting). The obtained results are mainly presented in the form of tables and comparative diagrams. Quite interesting results were extracted from this investigation and are described in the following. The addition of CNTs in the insulating mLLDPE matrix increased the electrical conductivity, as expected, exhibiting a percolation threshold of ~3 wt% CNT. Surprisingly, the thermal diffusivity was found almost unchanged by the presence of CNTs, most probably due to the relative low CNTs loadings. Furthermore, the effect of CNTs was found not direct on thermal diffusivity, but indirect via crystallinity. The observed effect could be rationalized via effects in the degree of crystallinity, CF, namely, CF being practically unaffected by the CNTs. Finally, according to calorimetry, CNTs were found responsible for increasing of the rate of crystallinity, most probably via offering additional crystallization sites, the latter being a well know characteristic of CNTs in semicrystalline polymer matrices. Combing the results of CNTs increasing the crystallization rate, with that of imposing no significant alternations in CF, we extract indications that the semicrystalline morphology (number, size, quality of crystallites) is different between the PNCs and the unfilled mLLDPE matrix.	en
heal.advisorName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Γεωργακίλας, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Κοντού-Δρούγκα, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true