Top-down σύνθεση και χαρακτηρισμός δομών γραφενίου

Φώτου, Ελένη; Fotou, Eleni

dc.contributor.author	Φώτου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Fotou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2021-03-30T12:16:26Z
dc.date.available	2021-03-30T12:16:26Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53204
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20902
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Γραφένιο	el
dc.subject	Graphene	en
dc.subject	Οξείδιο του γραφενίου	el
dc.subject	Ηλεκτροχημική σύνθεση	el
dc.subject	Αποφλοίωση	el
dc.subject	Νανοτεχνολογία	el
dc.subject	Graphene oxide	en
dc.subject	Electrochemical synthesis	en
dc.subject	Exfoliation	en
dc.subject	Nanotechnology	en
dc.title	Top-down σύνθεση και χαρακτηρισμός δομών γραφενίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη των υλικών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-02-26
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκε η ηλεκτροχημική σύνθεση δομών γραφενίου και έγινε συστηματική μελέτη της επίδρασης των διαφορετικών παραμέτρων στη δομή και στις ιδιότητες του υλικού. Αρχικά, διεξήχθη αναλυτική βιβλιογραφική μελέτη για τα γραφιτικά υλικά, τις ιδιότητές τους και τις μεθόδους παρασκευής τους. Συνοπτικά, δομές γραφενίου μπορούν να παραχθούν με bottom-up μεθόδους, όπως είναι η χημική εναπόθεση ατμών (CVD), ή με top-down, όπως είναι η υγρή χημική, η ηλεκτροχημική και η αναγωγή του οξειδίου του γραφενίου. Από τις παραπάνω μεθόδους, η ηλεκτροχημική είναι ιδανική για επέκταση σε βιομηχανική κλίμακα, λόγω του χαμηλού κόστους, των ήπιων συνθηκών που απαιτούνται, του περιορισμένου εξοπλισμού και των πιο φιλικών προς το περιβάλλον ηλεκτρολυτών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Στη συνέχεια, εξετάστηκε η επίδραση της διεργασίας στη δομή του παραγόμενου υλικού και αναλύθηκαν οι βασικοί μέθοδοι χαρακτηρισμού των γραφιτικών υλικών. Ακολούθησε διεξοδική ανάλυση των κύριων παραμέτρων της ηλεκτροχημικής διεργασίας, δηλαδή, των ηλεκτρολυτών, του δυναμικού, της θερμοκρασίας, των ηλεκτροδίων, της προ-κατεργασίας των ηλεκτροδίων, του χρόνου, του pH και των υπερήχων, καθώς και η επίδρασή τους στη διεργασία και στις ιδιότητες του υλικού. Έτσι, με την ολοκλήρωση της βιβλιογραφικής μελέτης, επιλέχθηκαν να εξεταστούν στο πειραματικό μέρος πέντε διαφορετικοί ηλεκτρολύτες και συγκεκριμένα το θειικό οξύ, το θειικό αμμώνιο, το CTAB, ένα διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου με υπεροξείδιο του υδρογόνου και το ιοντικό υγρό BmimBF4. Γι’ αυτούς του ηλεκτρολύτες μελετήθηκε η επίδραση των παραγόντων της συγκέντρωσης, της εφαρμοζόμενης διαφοράς δυναμικού, της θερμοκρασίας και των υπερήχων, σύμφωνα με μία πειραματική διαδικασία που βασίζεται σε τυχαιοποιημένη τμηματική σχεδίαση (randomized block design). Η ταυτοποίηση, η αξιολόγηση και ο χαρακτηρισμός των υλικών που παράχθηκαν έγινε με βασικές τεχνικές ενόργανης χημικής ανάλυσης, όπως είναι το SEM-EDX, το RAMAN, το XRD και το FTIR. Μετά την ολοκλήρωση της πρώτης σειράς πειραμάτων, με βάση τους χαρακτηρισμούς, επιλέχθηκαν με τη μέθοδο της διασταυρούμενης τμηματικής σχεδίασης (cross-sectional design) ορισμένα δείγματα, τα οποία υπέστησαν περαιτέρω κατεργασίες, οι οποίες περιλαμβάνουν την τροποποίηση της μεθόδου Hummers, τη διασπορά σε DMF και την εξουδετέρωση.	el
heal.abstract	In this dissertation the electrochemical synthesis of graphitic structures, as well as the effect of different parameters on the structure and properties of the material, were studied systematically. Initially, a thorough bibliographic research was conducted about graphene, GO and rGO, their properties and their production processes. Briefly, graphene-like structures can be produced with bottom-up approaches, like Chemical Vapor Deposition (CVD), or top-down approaches, like liquid chemical exfoliation, electrochemical or reduction of GO. From the processes mentioned above, the electrochemical exfoliation is ideal for application in the industry, due to its low cost, mild conditions, basic equipment and “greener” electrolytes. Furthermore, the effect of the process in the material’s structure was examined and the basic characterization techniques were analyzed. A thorough investigation on critical parameters of the electrochemical process, like the electrolytes, voltage, temperature, electrodes, pre-treatment of electrodes, time, pH and sonication, and their effect on the process and the properties of the material produced. Based on the theoretical study, five different electrolytes were picked for the experimental part, and specifically sulfuric acid, ammonium sulphate, CTAB, a sodium hydroxide and hydrogen peroxide solution and the ionic liquid BmimBF4. For these electrolytes, the parameters of concentration, voltage, temperature and sonication were studied, following an experimental process of randomized block design. The evaluation of the materials produced was conducted with basic characterization techniques, like SEM-EDX, RAMAN, XRD and FTIR. After the completion of the first row of experiments, based on the characterizations, specific samples were chosen, based on a cross-sectional design, for further treatment, which included a modified Hummers method, dispersion in DMF and neutralization.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γρηγοροπούλου, Ελένη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false