Διδακτορικός Φοιτητής

ΑΘΗΝΑ ΜΑΝΙΑΔΗ

Email

maniadi@materials.uoc.gr

Τηλέφωνο

Γραφείο

Προσωπική ιστοσελίδα

Θέμα διδακτορικού

Ανάπτυξη Προηγμένων Νανοσύνθετων Διηλεκτρικών Υλικών για Ηλεκτρικές και Μηχανολογικές Εφαρμογές

Επιβλέπων

ΒΑΜΒΑΚΑΚΗ ΜΑΡΙΑ, Καθηγήτρια, Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών - ΠΚ

Μέλη Επιτροπής

ΚΟΥΔΟΥΜΑΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ, Καθηγητής, Τμ. Ηλεκτρολ. Μηχανικών και Μηχαν. Υπολογιστών του ΕΛ.ΜΕ.ΠΑ

ΒΙΔΑΚΗΣ ΝΕΚΤΑΡΙΟΣ, Καθηγητής, Τμημα Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΛ.ΜΕ.ΠΑ.

Abstract

Ph.D. thesis title: "Design, Development and Functionality Control of Advanced Nanocomposite Materials for Mechanical and Electrical Applications" In the recent years, particular attention has been paid to nanocomposite materials with properties suitable for mechanical and electrical applications. As an example, nanotechnology can offer innovative approaches in electrical power systems, by optimizing the properties of insulating materials, so that they can lead to improved lifetimes as well as better performance and greater long-term stability of the system itself. This thesis focuses on the development of nanocomposite materials with controllably modified characteristics, such as dielectric constant, mechanical properties, resistance in aging, thermal conductivity, surface resistance to electrical discharges and shocks, and dielectric breakdown, which will be evaluated using international standards, both at laboratory and field level, in cooperation with the Industry. In particular, polymer nanocomposites will be developed based on polymers already used in the abovementioned applications and nanoadditives, such as carbon allotropes (graphene and its derivatives, as well as pure or chemically modified carbon nanotubes) and nanostructures based of metal oxides (such as pure and modified SiO2, TiO2, Al2O3, MgO, ZnO). Various techniques will be employed for the development of the nanocomposites, including 3D printing, sol-gel, in-situ polymerization as well as melt and solution processing. Particular attention will be paid to the dispersion state of the nanoadditives within each polymer matrix and to the structure and functionality of the final products. The investigation will focus on the influence of parameters, such as type, size and shape of the nanoadditives as well as the compatibility of the materials, on the electrical, thermal and mechanical characteristics of the nanocomposite. Our aim will be to develop nanocomposites with controllably modified electrical and thermal characteristics, while at the same time maintaining or even improving their mechanical properties and long-term stability, in comparison to the respective properties of the pure polymer matrix.

Περίληψη

Διδακτορική Διατριβή με τίτλο Σχεδιασμός, Ανάπτυξη και Έλεγχος Λειτουργικότητας Προηγμένων Νανοσύνθετων Υλικών για Χρήση σε Μηχανολογικές και Ηλεκτρικές Εφαρμογές Τα τελευταία έτη έχει δοθεί ιδιαίτερη προσοχή σε νανοσύνθετα υλικά με χαρακτηριστικά κατάλληλα για μηχανολογικές και ηλεκτρολογικές χρήσεις. Για παράδειγμα, στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, η νανοτεχνολογία μπορεί να προσφέρει νέες προσεγγίσεις για τη βελτίωση της ηλεκτρικής μόνωσης, η οποία θα οδηγήσει σε μεγαλύτερο χρόνο ζωής των υλικών αλλά και σε καλύτερη απόδοση και μεγαλύτερη σταθερότητα του ίδιου του συστήματος. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στην ανάπτυξη νανοσύνθετων υλικών με ελεγχόμενα τροποποιημένα χαρακτηριστικά, όπως διηλεκτρική σταθερά, μηχανικές ιδιότητες, αντοχή σε γήρανση, θερμική αγωγιμότητα, επιφανειακή αντίσταση σε εκκενώσεις και shocks και διηλεκτρική κατάρρευση, τα οποία θα αξιολογούνται με βάση διεθνή πρότυπα και σε εργαστηριακό επίπεδο αλλά και σε επίπεδο πεδίου σε συνεργασία με την βιομηχανία. Ειδικότερα, θα αναπτυχθούν πολυμερικά νανοσύνθετα υλικά με βάση συγκεκριμένες πολυμερικές μήτρες οι οποίες χρησιμοποιούνται ήδη στις παραπάνω εφαρμογές και νανοπρόσθετα όπως αλλοτροπικές μορφές άνθρακα (γραφένιο και παράγωγα του αλλά και απλοί ή χημικά τροποποιημένοι νανοσωλήνες άνθρακα) και νανοδομές οξειδίων των μετάλλων (όπως απλά η τροποποιημένα SiO2, TiO2, Al2O3, MgO, ZnO). Για την ανάπτυξη των νανοσύνθετων υλικών θα χρησιμοποιηθούν τεχνικές όπως το 3D printing, sol-gel, in-situ πολυμερισμός ανάμειξη σε τήγμα ή σε διάλυμα. Κατά την ανάπτυξη των υλικών, θα δίνεται ιδιαίτερη προσοχή, αφενός στην καλή αναμειξιμότητα των πρόσθετων με το πολυμερές και αφετέρου στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των τελικών προϊόντων. Παράμετροι των οποίων η επίδραση θα διερευνηθεί είναι το είδος, το μέγεθος και το σχήμα του πρόσθετου και η συμβατότητα των υλικών, καθώς και η επίδραση των επιμέρους ηλεκτρικών, θερμικών και μηχανικών χαρακτηριστικών στην τελική λειτουργικότητα. Στόχος είναι η ανάπτυξη νέων νανοσύνθετων υλικών με ελεγχόμενα μεταβαλλόμενα χαρακτηριστικά, και με παράλληλη διατήρηση ή/και βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων τους και της φυσικοχημικής τους σταθερότητας.