Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/28551Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Κουλουμπής, Αντώνιος | el |
| dc.date.accessioned | 2017-11-27T11:41:41Z | - |
| dc.date.available | 2017-11-27T11:41:41Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/28551 | - |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.26268/heal.uoi.3433 | - |
| dc.rights | Default License | - |
| dc.subject | Oξείδιο του γραφενίου | el |
| dc.subject | Δισδιάστατα φυλλόμορφα υλικά | el |
| dc.subject | Λεπτά υμένια | el |
| dc.subject | Νανοσύνθετα | el |
| dc.subject | Graphene oxide | en |
| dc.subject | Two dimensional layered materials | en |
| dc.subject | Low dimensional films | en |
| dc.subject | Nanocomposites | en |
| dc.title | Ανάπτυξη και μελέτη χαμηλοδιάστατων υβριδικών και νανοσύνθετων υλικών με βάση φυλλόμορφες νανοδομές | el |
| dc.title | Development and study of low-dimensional hybrid and nanocomposite materials based on layered nanostructures | en |
| heal.type | doctoralThesis | - |
| heal.type.en | Doctoral thesis | en |
| heal.type.el | Διδακτορική διατριβή | el |
| heal.classification | Γραφένιο | el |
| heal.classification | Graphene | en |
| heal.dateAvailable | 2017-11-27T11:42:41Z | - |
| heal.language | en | - |
| heal.access | free | - |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών | el |
| heal.publicationDate | 2017 | - |
| heal.bibliographicCitation | Βιβλιογραφία : σ. 130-136 | el |
| heal.abstract | Οι εξαιρετικές φυσικοχημικές ιδιότητες και η υψηλή ειδική επιφάνεια των 2D υλικών, τα καθιστούν ιδιαίτερα ελκυστικά σε μια πληθώρα εφαρμογών. Ανάμεσα σε άλλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πλατφόρμες για την ενσωμάτωση διαφορετικών συστάδων, μορίων ή νανοϋλικών επιτρέποντας τη δημιουργία υβριδίων και σύνθετων υλικών με νέες ή βελτιωμένες ιδιότητες. Από την άλλη πλευρά, η σπουδαιότητα της παρασκευής στρώμα με στρώμα (layer-by-layer) υβριδικών υμενίων, έγκειται στο γεγονός του ελέγχου της αρχιτεκτονικής, του πάχους, και της λειτουργικότητας των σχηματιζόμενων νανοδομών. Τα κεφάλαια της παρούσας διδακτορικής διατριβής επικεντρώνονται στην ανάπτυξη και μελέτη χαμηλοδιάστατων υβριδικών υμενίων αποτελούμενων από ανόργανες φυλλόμορφες νανοδομές όπως το γραφένιο και το γερμανάνιο, κάνοντας χρήση της μεθόδου Langmuir-Blodgett (LB). Η τεχνική Langmuir-Blodgett είναι μια από τις πιο ελπιδοφόρες στρώμα-με- στρώμα τεχνικές για την προετοιμασία λεπτών υμενίων με ποικίλες συστάσεις στρωμάτων (οργανικές ή/και ανόργανες νανοδομές). Αυτή η bottom-up προσέγγιση δίνει τη δυνατότητα για τον ακριβή έλεγχο του πάχους του μονοστρώματος ενώ επιτρέπει την ομοιογενή εναπόθεσή του σε μεγάλες περιοχές και επιφάνειες με υψηλό βαθμό δομικής τάξης. Πολυάριθμες μελέτες έχουν αναφερθεί τα τελευταία χρόνια, στην τροποποίηση των φύλλων γραφενίου με την LB τεχνική με σκοπό την παραγωγή υβριδικών λεπτών υμενίων για την βελτιστοποίηση των οπτοηλεκτρονικών και μηχανικών ιδιοτήτων του γραφενίου. Αυτά τα μονοστρωματικά ή πολυστρωματικά συστήματα με τις εξαιρετικές ιδιότητες, χρησιμοποιούνται σε ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών, από ηλεκτρονικά συστήματα, φωτοβολταϊκά ως και αισθητήρες όπως περιγράφεται στο 2ο κεφάλαιο. Ένα μεγάλο μέρος της επιστημονικής έρευνας σχετικά με το γραφένιο επικεντρώνεται στη χρήση του ως δομικό στοιχείο για την ανάπτυξη νέων υβριδικών νανοδομών με σαφώς καθορισμένες διαστάσεις και ιδιότητες, κατάλληλες για εφαρμογές όπως η αποθήκευση αερίων, η ετερογενή κατάλυση, ο διαχωρισμός αερίων/υγρών, οι νανοαισθητήρες και η βιοϊατρική. Προς την κατεύθυνση αυτή, στο 3ο κεφάλαιο περιγράφεται μια bottom-up προσέγγιση, η οποία συνδυάζει την αυτο-οργάνωση με την τεχνική εναπόθεσης Langmuir-Schaefer (LS) με σκοπό την δημιουργία υβριδικών υμενίων με βάση το γραφένιο στο οποίο περιέχονται μόρια φουλερενίων (C60) εντός του ενδοστρωματικού χώρου του φυλλόμορφου υλικού. Συμπερασματικά, παρατηρήθηκε ότι η παρουσία των μορίων C60 στον ενδωστρωματικό χώρο του γραφενίου οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του υβριδικού υμενίου συγκριτικά με το οργανο- τροποποιημένο γραφένιο. Τέτοια υβριδικά υλικά σαν το αυτό του γραφενίου/φουλερενίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά σε εφαρμογές όπως τα διαφανή ηλεκτρόδια, τα τρανζίστορ ή ως υπερπυκνωτές. Μια περαιτέρω έρευνα για την ανάπτυξη υβριδικών υμενίων με βάση το γραφένιο στο οποίο περιέχονται παράγωγα μόρια των C60 παρουσιάζεται στο 4ο κεφάλαιο. Πιο συγκεκριμένα, φουλερόλια (C60(OH)24) και βρώμο-φουλερένια (C60Br24) εντέθηκαν ανάμεσα στα φύλλα οξειδίου το γραφενίου (GO) συνδυάζοντας την τεχνική Langmuir-Schaefer με ένα ή δύο στάδια της τεχνικής αυτο-οργάνωσης, αντίστοιχα. Τα υβριδικά λεπτά υμένια χαρακτηρίστηκαν με μια πληθώρα τεχνικών με στόχο την επιβεβαίωση της ύπαρξης των παραγώγων των φουλερενίων ανάμεσα στα φύλλα του GO. Όπως παρατηρήθηκε από τις μετρήσεις διαβροχής το υβριδικό σύστημα ODA-GO-C60(OH)24, παρουσιάζει έναν πιο υδρόφοβο χαρακτήρα συγκριτικά με το σύστημα ODA-GO-HEX-C60Br24 υποδηλώνοντας ότι η υδροφοβικότητα δεν εξαρτάται από τις λειτουργικές ομάδες των αρχικών νανοϋλικών αλλά από την σχηματιζόμενη μορφολογία του υβριδικού συστήματος. Τα παραγόμενα υβριδικά λεπτά υμένια με βάση το γραφένιο στο οποίο περιέχονται παράγωγα των C60 μορίων συνιστούν νέα υβριδικά συστήματα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως ιδανικά νανοϋλικά για εφαρμογές στα oπτοηλεκτρονικά συστήματα, στα φωτοβολταϊκά, στα φάρμακα καθώς επίσης και στον τομέα της φωτοκατάλυσης. Στο 5ο κεφάλαιο, περιγράφεται η ενσωμάτωση νανοτελειών άνθρακα (Cdots) στη δομή του γραφενίου για πρώτη φορά, κάνοντας χρήση μιας τροποποιημένης Langmuir-Schaefer τεχνικής. Πιο συγκεκριμένα νέα υβριδικά πολυστρωματικά υμένια αποτελούμενα από οξείδιο του γραφενίου και εντεθειμένες φωτοβόλες νανοτελείες άνθρακα παρασκευάστηκαν συνδυάζοντας την τεχνική Langmuir- Schaefer με την τεχνική της αυτο- οργάνωσης. Ο ακριβής έλεγχος σε συνδυασμό με την ομοιογενή εναπόθεση, καθιστά την LS τεχνική ιδανική για την πρόληψη της συσσωμάτωσης των νανοδομών άνθρακα σε υβριδικά συστήματα, όπως τα φουλερένια και οι νανοτελείες άνθρακα. Οι νανοτελείες άνθρακα, με μέση διάμετρο 4 nm, παρήχθησαν με πυρόλυση υποβοηθούμενη από μικροκύματα, η οποία είναι μια προτιμητέα μέθοδος εξαιτίας τους χαμηλού κόστους, της εύκολης εγκατάστασης και της αποτελεσματικότητάς της. Τα υβριδικά πολυστρωματικά υμένια αποτελούμενα από εντεθειμένες νανοτελείες άνθρακα ανάμεσα στα φύλλα του οξειδίου του γραφενίου, παρουσίασαν ελεγχόμενη διαφάνεια ανάλογα με την προσαρμογή του αριθμού των εναποτεθειμένων στρωμάτων. Τέλος, τα υβριδικά πολυστρωματικά υμένια εμφανίζουν υψηλής ποιότητας φωτοφωταύγεια με στενές εκπομπές γεγονός που οφείλεται στην επιτυχημένη ενσωμάτωση των νανοτελειών άνθρακα ανάμεσα σε φύλλα γραφενίου. Αυτά τα πολυστρωματικά υμένια αποτελούν ένα καινοτόμο υβριδικό σύστημα κατάλληλο για μια πληθώρα εφαρμογών όπως οι νανοανιχνευτές, οι οπτοηλεκτρονικές διατάξεις και τα διαφανή ηλεκτρόδια, καθώς επίσης και σε συστήματα χορήγησης φαρμάκων. Το γερμανάνιο (GeH), ένα ανάλογο του γραφενίου, έχει προσελκύσει πρόσφατα ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω των οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων του καθώς και λόγο της σταθερότητάς του. Η υψηλή κινητικότητα των ηλεκτρονίων, το μη μηδενικό ενεργειακό χάσμα και οι χαμηλές διαστάσεις καθιστούν το γερμανάνιο ένα πολλά υποσχόμενο δισδιάστατο υλικό για μια πληθώρα εφαρμογών υψηλής απόδοσης. Στο 6ο κεφάλαιο, το γερμανάνιο παρασκευάστηκε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος με μία καινούρια μέθοδο σύνθεσης βασιζόμενη στην τοποτακτική απένθεση της φάσης β-CaGe2 σε υδατικό διάλυμα HF. Επιπλέον χρησιμοποιήθηκε η οργάνωση Langmuir Schaefer για τον έλεγχο της πυκνότητας των αποφυλλοποιημένων νανοφυλλιδίων γερμανανίου, με σκοπό την δημιουργία νέων μονοστρωματικών υμενίων. Η επικάλυψη, η ομοιομορφία και ο έλεγχος της οργάνωσης σε μονοατομικό επίπεδο επιβεβαιώθηκαν από τις π-Α ισόθερμες καμπύλες καθώς και από την μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (AFM). Η αντιμικροβιακή δράση του γερμανανίου σε υδατική διασπορά καθώς και σε μορφή μονοστρωματικού υμενίου διερευνήθηκε για πρώτη φορά με τη βοήθεια της μεθόδου πλάκας μικροτίτλου και των βιώσιμων κυττάρων επιβίωσης σε επιφάνειες επικαλυπτόμενες με γερμανάνιο, αντίστοιχα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η αντιμικροβιακή δράση του γερμανανίου εξαρτάται από τη δομική διαφορά των κυτταρικών μεμβρανών και τη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος των Gram-αρνητικών και Gram-θετικών βακτηριδίων. Πιο συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα της υδατικής διασποράς του γερμανίου αποκάλυψαν ότι κατά τη διάρκεια των πρώτων έξι ωρών η βακτηριακή ανάπτυξη καταστέλλεται πολύ έντονα ενώ μία εξαιρετική αντιμικροβιακή δράση των υμενίων γερμανανίου παρατηρήθηκε για τα βακτηριακά στελέχη Brevibacterium. Τα μονοατομικά υμένια που παρασκευάστηκαν με την μέθοδο Langmuir-Schaefer θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στο μέλλον ως αντιμικροβιακές επιφάνειες υψηλών αποδόσεων σε νοσοκομεία καθώς επίσης και στη βιομηχανία τροφίμων. | el |
| heal.abstract | The extraordinary physicochemical properties and the high specific area of 2D materials render them very attractive for a plethora of potential applications; they can be used as platforms for integrating different moieties, clusters, molecules or nanomaterials into hybrids, allowing for the creation of composites with new or enhanced properties. On the other hand, the importance of preparing layer-by-layer hybrid films relies on the ability to control the architecture, the thickness, and the functionality of the formed nanostructures. The aim of this thesis focuses on the development and study of novel low-dimensional films and hybrids based on layered nanomaterials such as graphene and germanane, assembled with the help of the Langmuir-Blodgett (LB) technique. The Langmuir-Blodgett technique is one of the most promising layer-by-layer methods for preparing thin films with varying layer composition (organic or/and inorganic nanostructures). This bottom-up approach allows to accurately control the thickness of the deposited film and allows for a homogeneous deposition over large areas with a high degree of structural order. Numerous studies have been reported during the past years concerning the assembly of graphene sheets and different building blocks by the LB method in order to produce hybrid thin films with enhanced optoelectronic and mechanical properties. Such single layer or multilayer systems can be employed in a variety of different application areas such as in electronics, solar cells and sensors, as described in Chapter 2. Much of the research effort on graphene focuses on its use in the development of new hybrid nanostructures suitable for applications in gas storage, heterogeneous catalysis, gas/liquid separations, nanosensing, and biomedicine. Towards this aim, in Chapter 3 we describe a bottom-up approach, which combines the self-assembly with the Langmuir-Schaefer (LS) deposition technique in order to fabricate graphene-based layered hybrid materials that host fullerene molecules within the interlayer space. As was revealed by conductivity measurements, the presence of C60 within the interlayer spacing lowers the resistivity of the hybrid material as compared to the pure organographene matrix. This graphene/fullerene hybrid could ideally be used as transparent electrodes as well as in thin film transistors or supercapacitors. Motivated by the previous work, a further investigation of graphene-based hybrid thin films fabricated by the same bottom-up approach but hosting fullerene derivatives was reported in Chapter 4. More specifically, fullerols (C60(OH)24) and bromo-fullerenes (C60Br24) molecules were integrated in graphene oxide (GO) layers by combining the Langmuir-Schaefer technique with one and two selfassembly steps respectively. The hybrid thin films were characterized by a variety of techniques in order to prove the presence of the fullerene derivatives between the GO layers. Moreover, wetting experiments revealed that the ODA-GO-C60(OH)24 hybrid system exhibits a more hydrophobic character than ODA-GO-HEX-C60Br24, suggesting that the hydrophobicity doesn’t depend on the functional groups of the pristine nanomaterials but on the morphology of the hybrid system. These novel fullerene-based hybrid films could be candidates for potential applications in photovoltaics, sensors, or optoelectronic devices as well as in photocatalysis and drug delivery. In Chapter 5 a new class of highly ordered hydrophilic luminescent carbon dot (C-dot) intercalated graphene oxide structures was reported for the first time; the material was produced by combining the Langmuir-Schaefer method with self-assembly. The precise thickness control combined with homogeneous deposition makes the LS technique ideal for preventing aggregation of carbon-based nanostructures such as fullerene or carbon dots in hybrid systems. C-dots with a mean diameter of 4 nm were produced by microwave-assisted pyrolysis, which is a convenient method because it is lowcost, facile and efficient. The transparency of the hybrid multilayers consisting of C-dots sandwiched between graphene oxide showed could be controled by adjusting the number of the deposited layers. The high quality photoluminescence with narrow emissions of C-dots is preserved in these multilayer films. These novel hybrid systems are suitable for applications such as nanoprobes, optoelectronic devices and transparent electrodes as well as for drug delivery. Germanane (GeH), the germanium graphane-analogue has recently attracted considerable interest due to its high mobility, non-zero band gap and optoelectronic properties. In Chapter 6, we describe how germanane was produced at room temperature by a new synthetic approach based on the topotatic deintercalation of β-CaGe2 in aqueous HF solution. The exfoliated germanane nanosheets can be assembled into deposited monolayer films with different packing density exploiting the Langmuir-Schaefer method. The coverage, uniformity and single-layer level control of the assembly was confirmed by π-Α isotherms and AFM measurements. The antimicrobial activity of germanane in aqueous dispersion and in monolayers form was investigated for the first time. Our results revealed that an antimicrobial effect of germanane for Gram-negative and Gram-positive bacteria, with an especiallly outstanding activity against Brevibacterium bacterial strains. The monolayers produced by the Langmuir-Schaefer might be applied in the future as high efficiency antimicrobial surfaces in hospitals and in the food industry. | en |
| heal.advisorName | Γουρνής, Δημήτριος | el |
| heal.committeeMemberName | Γουρνής, Δημήτριος | el |
| heal.committeeMemberName | Καρακασίδης, Μιχαήλ | el |
| heal.committeeMemberName | Μπουρλίνος, Αθανάσιος | el |
| heal.committeeMemberName | Rudolf, Petra | en |
| heal.committeeMemberName | Φρουδάκης, Γεώργιος | el |
| heal.committeeMemberName | Σταμάτης, Χαράλαμπος | el |
| heal.committeeMemberName | Παϊπέτης, Αλκιβιάδης | el |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | - |
| heal.numberOfPages | 158 σ. | - |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διδακτορικές Διατριβές - ΜΕΥ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Δ.Δ. ΚΟΥΛΟΥΜΠΗΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ 2017.pdf | 28.86 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License
