Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/31836Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Μπύρου, Μαρία | el |
| dc.date.accessioned | 2022-07-04T09:55:55Z | - |
| dc.date.available | 2022-07-04T09:55:55Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/31836 | - |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.26268/heal.uoi.11651 | - |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Θερμότητα | el |
| dc.subject | Ακτινοβόληση Laser | el |
| dc.title | Θεωρητική μελέτη διάχυσης θερμότητας κατά την ανόπτηση υλικών με ακτινοβόληση Laser | el |
| dc.title | Theoretical study of heat diffusion during material annealing under laser illumination | en |
| heal.type | masterThesis | - |
| heal.type.en | Master thesis | en |
| heal.type.el | Μεταπτυχιακή εργασία | el |
| heal.classification | Θερμότητα | - |
| heal.dateAvailable | 2022-07-04T09:56:55Z | - |
| heal.language | el | - |
| heal.access | free | - |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών | el |
| heal.publicationDate | 2020 | - |
| heal.bibliographicCitation | Βιβλιογραφία: σ. 101-104 | el |
| heal.abstract | Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει σημαντικά άλματα στις Τεχνολογικές Επιστήμες. Ειδικά στην σημερινή εποχή, η Επιστήμη των Υλικών, με τον τομέα της Νανοτεχνολογίας, έχει μεγάλο μερίδιο στην πρωτοποριακή έρευνα και σε Τεχνολογικές εφαρμογές. Ήδη, τέτοιες Τεχνολογίες βρίσκουν σήμερα εφαρμογές που κυμαίνονται από υψηλής απόδοσης φωτοβολταϊκά στοιχεία μέχρι και διατάξεις για οπτική αποθήκευση και οπτική επεξεργασία πληροφοριών (optical storage memories, all optical processing) κ.α. Σε πολλές περιπτώσεις, τέτοιες πρωτοπόρες διατάξεις αναπτύσσονται στο Εργαστήριο με χρήση οπτικών πηγών υψηλής ενέργειας όπως τα Lasers. Έτσι, εφαρμογές των πηγών Laser για λιώσιμο «σκληρών» υλικών ή για κοπή ανθεκτικών μετάλλων αλλά για το «ελεγχόμενο λιώσιμο» (Laser annealing) σε διαστρώσεις υλικών μικρού πάχους σε ανάλογες διατάξεις, αρχίζουν πλέον να γίνονται ευρύτερα εφαρμόσιμες. Στην περίπτωση ειδικά για το «ελεγχόμενο λιώσιμο», ο έλεγχος της «εσωτερικής» σύνθεσης των πολλαπλών στρωμάτων γίνεται με έλεγχο της παρεχόμενης οπτικής ενέργειας, που στα υλικά αυτά γίνεται πλέον θερμική ενέργεια, και επιφέρει έτσι τις απαραίτητες «τροποποιήσεις» για τις επιθυμητές κατασκευές. Στα πλαίσια της χρήσης των πηγών Laser για την ελεγχόμενη ανάπτυξη τέτοιων Νανοδιατάξεων, η παρούσα μελέτη εστιάζει στην ανάπτυξη μιας βασικής μεθοδολογίας στην ανάλυση της κατανομής της θερμοκρασίας, σε τέτοιες ή παρόμοιες διατάξεις, με σκοπό να παρέχει μια βάση προσέγγισης, ως πρότυπο, για περισσότερη και λεπτομερέστερη ανάλυση και περιγραφή της διάχυσης της παραγόμενης θερμότητας στο εσωτερικό των υλικών τέτοιων συναφών διατάξεων. Έτσι, αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1.) της μελέτης αυτής, γίνεται αναφορά σε έννοιες και στοιχεία για τη Θερμότητα, τις εξισώσεις της διάχυσης και στα Μαθηματικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται περαιτέρω στη μελέτη (μετασχηματισμός Laplace). Στο δεύτερο κεφάλαιο (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.) γίνεται αναφορά σε στοιχεία για τη λειτουργία του Laser και τους μηχανισμούς απορρόφησης της οπτικής ενέργειας από τα υλικά. Στη συνέχεια, περιγράφεται το μοντέλο της ανόπτησης των υλικών που χρησιμοποιείται ως πρότυπο – οδηγός στις αναλύσεις που ακολουθούν για τις κατανομές της Θερμοκρασίας. Έτσι, στο τρίτο κεφάλαιο (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.) ακολουθείται μια σταδιακή σειρά «σεναρίων» αυξανόμενης πολυπλοκότητας, για την ανάλυση του θερμικού προφίλ στα υλικά και με βάση τη γεωμετρία του μοντέλου των πολλαπλών στρωμάτων 7 που υιοθετήθηκε ως βάση περιγραφής. Ειδικά, στο τελευταίο «Σενάριο - Γ» γίνεται αναλυτικός υπολογισμός της κατανομής της θερμοκρασίας στην περίπτωση δύο στρωμάτων όπου το δεύτερο στρώμα θεωρείται ως υπόβαθρο (substrate) κυρίως για την απαγωγή της θερμότητας. Στο επόμενο κεφάλαιο (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4.) γίνονται οι αντίστοιχες γραφικές απεικονίσεις των κατανομών της Θερμοκρασίας, για τα «Σενάρια Α1, Α2, Β1, Β2», όπως υπολογίστηκαν αναλυτικά και σε αντιπαράθεση με τις κατανομές με βάση τις προσομοιώσεις με το Λογισμικό ComSol-MultiPhysics (v3.5). Τέλος, στο τελευταίο κεφάλαιο (ΚΕΦΑΛΙΟ 5.) γίνεται μια συνολική αξιολόγηση για το εύρος εφαρμογής των εξαχθέντων αναλυτικών μορφών για τις κατανομές της θερμοκρασίας, τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων με το Λογισμικό ComSol MultiPhysics, και διατυπώνονται συγκεντρωτικά οι επιδράσεις των θερμικών παραμέτρων στις θερμοκρασιακές κατανομές, ως διαπιστώσεις τόσο από τις αναλυτικές μορφές που εξήχθησαν όσο και από τις προσομοιώσεις που διεκπεραιώθηκαν. Επίσης, στον ΕΠΙΛΟΓΟ, παρατίθενται ορισμένες κατευθύνσεις για την «επέκταση» του μοντέλου για αναλυτικές λύσεις και σε πάνω από 1D με άμεση διεύρυνση του πεδίου εφαρμογών τέτοιων σχετικών αναλυτικών μεθόδων. Σε σχέση με όλα όσα αναφέρθηκαν, η παρούσα μελέτη δεν έχει σκοπό να αντικαταστήσει άλλες εξίσου σημαντικές θεωρητικές ή πειραματικές τεχνικές, αλλά ο σκοπός της είναι να δώσει ένα πρότυπο ανάλυσης ως βάση ή οδηγό για σχετικές τέτοιες μελέτες, αναδείχνοντας την αρμονική σχέση του φυσικών μεγεθών του «πραγματικού» κόσμου με τον «ιδεατό» κόσμο των Μαθηματικών εννοιών, ως ένα από τα θεμελιώδη στοιχεία που προάγουν την καινοτομία στα Επιστημονικά και Τεχνολογικά επιτεύγματα. | el |
| heal.abstract | During the last years, Science and Technology have made substantial advances, especially in the field of new material innovations such as Nanostructures and devices. Applications of the new technologies span from industrial photocell installations to novel optical computing storage and processing devices. Such promising material structures are usually fabricated in specialized Labs with excessive control of the fabrication conditions. One technique that is applied in that area, for controlling the development and fabrication of such devices, is by using Laser illumination to produce controllable temperature variations inside the body of the materials. These applications cover areas for industrial metal melting needs or precise material cutting, by using high power Lasers and, among the most common processes, the one known as Laser annealing, has been proven to offer substantial control of the nanostructure formations and all these by mostly controlling the induced temperature variations inside the material interlayer structures. In that framework, of these new technological advances in the area of Nanodevices, this study has been conducted on the direction to formulate a basic set of the necessary steps as a basic methodology to describe the temperature distributions in such nanostructure formations under the illumination of optical Laser power and in specific most common geometries of such formations. Thus, in the first chapter of the present work (Chapter 1.), presented are the necessary for the reader concepts in thermal diffusion and transport, the temperature distribution governing differential equations and the basic mathematical tool, i.e. the Laplace transforms, that is being used for finding analytical solutions to the heat diffusion differential equation. In the second chapter (Chapter 2.) a description of Lasers as sources of light is attempted together with some basic description of light absorption mechanisms by the materials, such as dielectrics, metals, and semiconductors. The effect of Laser heating is treated in one dimensional geometry of multilayer structures the implement thin layers of dielectric and metal in an alternating sequence. Thus, in the next chapter (Chapter 3.) a series of «Scenarios» is being used, with increasing complexity, as a guide to describe heat diffusion and end up with analytic mathematical forms of solutions for the temperature distribution T(x,t). In the next chapter (Chapter 4.) relative simulation results are obtained by using the ComSol-MultiPhysics Software (v3.5) and graphical depictions 9 are presented for the «Scenarios A1, A2, B1, B2», for both the analytical calculation results and the predictions of the Software simulations. At the next chapter, (Chapter 5.), an overall evaluation of the results is made and new directions for research actions on the subject are being proposed. Finally, at Conclusion the basic points of the study are summarized and the overall estimation of the importance of the results obtained is discussed. At a further step, new ideas are cited on how to extend the analytical mathematical methods of obtaining solutions to heat distributions for other various cases, which are more realistic approaches to the «real» experimental configurations. Nevertheless, the main ambition of this study is not to substitute other important Scientific methods and techniques in these areas, but to form a basic guide for the reader to extend the cases of descriptions with analytical mathematical solutions by gaining more insight in the physical underlying processes in these areas. At the same time a natural bonding of the real world of physical quantities with the abstract world of Mathematical concepts is given rise as necessary fundamental block in building up any novel Scientific and Technological advances. | en |
| heal.advisorName | Λοιδωρίκης, Ελευθέριος | el |
| heal.committeeMemberName | Λοιδωρίκης, Ελευθέριος | el |
| heal.committeeMemberName | Παπαγεωργίου, Δημήτριος | el |
| heal.committeeMemberName | Λέκκα, Χριστίνα | el |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | - |
| heal.numberOfPages | 115 σ. | - |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters) - ΜΕΥ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Μ.Ε. ΜΠΥΡΟΥ ΜΑΡΙΑ 2020.pdf | 4.18 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License
