Θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα νανοσύνθετων πολυμερικής μήτρας πολυαιθυλενίου και εγκλεισμάτων νανοσωλήνων άνθρακα - Τεγόπουλος, Σωκράτης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2018)
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).