1. 1.Ανάπτυξη σύνθετων νανοδομημένων υλικών κεραμικής μήτρας με μεταλλικά εγκλείσματα - Διερεύνηση των μηχανικών και φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους με πειραματικές, θεωρητικές και υπολογιστικές μεθόδους (άρχισε 10/2012)
   

Α. Σύντομη περιγραφή Αντικειμένου

Αντικείμενο της προτεινόμενης έρευνας είναι η ανάπτυξη και ο σχεδιασμός μίας καινοτομικής τεχνολογίας για την παρασκευή σύνθετων νανοδομημένων υλικών, αποτελούμενα από αλούμινα με μεταλλικά πρόσθετα όπως Al2O3/Cu, Al2O3/Ni κ.ά.. Παρά την υψηλή διαθεσιμότητα των νανο-κόνεων στο εμπόριο, μέχρι σήμερα λόγω της ελλιπούς τεχνογνωσίας δεν έχει καταστεί δυνατή η επεξεργασία τους για την παραγωγή νανοδομημένων προϊόντων. Τα σημαντικότερα προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν, πηγάζουν από την ίδια τη φύση και τα χαρακτηριστικά των νανο-σωματιδίων. Για το σκοπό αυτό στη προτεινόμενη πρόταση συνδυάζεται η τεχνογνωσία από διαφορετικούς επιστημονικούς τομείς με στόχο την ανάπτυξη μίας ολοκληρωμένης γραμμής παραγωγής που θα αφορά στην κατάλληλη διαχείριση σύνθετων νανο-κόνεων και τη διατήρηση της νανο-δομής στο τελικό προϊόν. Η διατήρηση της νανο-δομής θα έχει ως άμεσο επακόλουθο σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας με μείωση της θερμοκρασίας και του χρόνου παραμονής κατά το στάδιο της πυροσυσσωμάτωσης και επιπλέον θα επιφέρει δραστική βελτίωση των ιδιοτήτων των υλικών που σχετίζονται άμεσα με την μικρο-δομή όπως μηχανική αντοχή, δυσθραυστότητα, αντοχή σε φθορά, κ.ά., καθιστώντας τα άκρως εξαιρετικά υποψήφια υλικά σε πλήθος εφαρμογών όπως σε εξαρτήματα κινητήρων αυτοκινήτου, κοπτικά εργαλεία, κατασκευή βαλβίδων, στην αεροδιαστημική κ.ά..

Ο σχεδιασμός των σύνθετων νανο-υλικών περιλαμβάνει διερεύνηση και βελτιστοποίηση των μεθόδων επεξεργασίας, μορφοποίησης και πύκνωσης των νανο-κόνεων. Παράλληλα θα αναπτυχθούν μαθηματικά/στατιστικά μοντέλα για την περιγραφή και την πρόβλεψη των φυσικοχημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά το στάδιο της πυροσυσσωμάτωσης των νανο-σωματιδίων. Επιπλέον, θα εφαρμοστούν πρότυπες μέθοδοι πολλαπλών σταδίων που θα προσομοιάζουν ακραίες συνθήκες λειτουργίας και θα στοχεύουν στην εξέταση της αξιοπιστίας των νανοκρυσταλλικών υλικών και στον έλεγχο της υποβάθμισης των ιδιοτήτων τους κάτω από περιβάλλοντα υψηλών θερμοκρασιών, διάβρωσης, κόπωσης, φθοράς, κ.ά.. Εν συνεχεία, θα πραγματοποιηθεί συσχέτιση της φθοράς/αστοχίας των προϊόντων με τις ιδιότητες και την νανοδομή τους καθώς και με την εφαρμοζόμενη μεθοδολογία. Λεπτομερής και συνεχής έλεγχος της νανοδομής τόσο των αρχικών κόνεων όσο και των τελικών προϊόντων θα επιτυγχάνεται με τη τεχνική της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διερχόμενης δέσμης. Αποτέλεσμα της εκτεταμένης μελέτης θα αποτελέσει η εξαγωγή χρήσιμων πληροφοριών σχετικά με τα αδύναμα σημεία των παραχθέντων υλικών και η αναζήτηση τρόπων βελτίωσης τους με απώτερο στόχο την παρασκευή, μέσω μίας βελτιστοποιημένης διαδικασίας, ενός τελικού προϊόντος με ελεγχόμενα χαρακτηριστικά και μικροδομή.

Β. Στόχοι

Από πλευράς επιστημονικού και τεχνολογικού ενδιαφέροντος οι επιδιωκόμενοι στόχοι της προτεινόμενης έρευνας περιλαμβάνουν: 

•Την επίτευξη ομοιόμορφης και πυκνής διευθέτησης των νανο-κόνεων κατά τη μορφοποίηση σε συμπυκνωμένα κονιάματα και την αποφυγή των συσσωματωμάτων.

•Τη παραγωγή σύνθετων νανο-δομημένων αντικειμένων με εφαρμογή πυροσυσσωμάτωσης χαμηλής θερμοκρασίας.

•Τη παρασκευή και το χαρακτηρισμό σύνθετων νανο-δομημένων υλικών με βάση την αλούμινα που θα εμφανίζουν εξαιρετικές ιδιότητες, όπως υψηλή πυκνότητα, αυξημένη αντοχή σε θλίψη, φθορά, τριβή κ.ά..

•Την υποβολή των παραχθέντων προϊόντων σε περιβάλλοντα που προσομοιάζουν ακραίες συνθήκες λειτουργίας για την εξέταση της αντοχής και διάρκειας ζωής των υλικών.

•Την εξασφάλιση αξιοπιστίας και επαναληψιμότητας για καθένα από τα περιλαμβανόμενα παραγωγικά στάδια.

•Την εξαγωγή μαθηματικών και στατιστικών μοντέλων που θα αποτελέσουν χρήσιμα εργαλεία για την κατανόηση και την πρόβλεψη των φυσικοχημικών διεργασιών που σχετίζονται με την νανοσωματιδιακή φύση.

1. •Κλιμάκωση μεγέθους – Ανάπτυξη μίας βελτιστοποιημένης παραγωγικής μεθοδολογίας που θα επιτρέψει την παρασκευή σε βιομηχανική κλίμακα σύνθετων νανοδομημένων προϊόντων με ελεγχόμενες ιδιότητες.
   

Συντονιστής: Α. Τσετσέκου, Μηχ.Μεταλ.Μεταλ, ΕΜΠ.

2. 2.Σχέση δομής και ρεολογικών ιδιοτήτων πολυμερών με πολύπλοκη δομή στο τήγμα και σε ημι-στερεά κατάσταση (άρχισε 10/2012).
   

Α. Σύντομη περιγραφή Αντικειμένου

Το αντικείμενο του έργου είναι η μελέτη της ρεολογικής συμπεριφοράς πολυμερών στο τήγμα ή σε ημιστερεά μορφή (semi-solid polymer rheology) σε διατμητικές και εφελκυστικές παραμορφώσεις και η ανάπτυξη νέων ρεολογικών μοντέλων για την περιγραφή τους. Π.χ., σε ημιστερεά μορφή, τα υλικά αυτά μπορούν να συνδυάζουν την ιξωδοελαστική συμπεριφορά των πολυμερών με την ιξωδοπλαστική συμπεριφορά υλικών με τάση διαρροής (πλαστικά Bingham). Επίσης, η συμπιεστότητα πρέπει να ληφθεί υπόψη στις εξισώσεις διατήρησης μάζας και ορμής, καθώς και ολίσθηση στα τοιχώματα. Το νέο μοντέλο θα πρέπει να συνδυάζει τις παραπάνω αυτές ιδιότητες ώστε να μπορεί να προβλέπει τη συμπεριφορά των πολυμερών σε ροή και παραμόρφωση.

Η δυνατότητα τροποποίησης της μοριακής αρχιτεκτονικής των εμπορικών πολυμερών έχει οδηγήσει στην ανάγκη θεωρητικής περιγραφής των ιδιοτήτων τους και της σχέσης τους με τη δομή, ιδίως όσον αφορά τις ιδιότητες που καθορίζουν την ευκολία εφαρμογής συγκεκριμένων  διεργασιών μορφοποίησης. Στο παρόν έργο θα μελετηθεί αυτή η σχέση και το τελικό (βραχυπρόθεσμο) προϊόν του είναι ένα νέο ρεολογικό μοντέλο που θα περιγραφεί αυτή τη σχέση. Το μοντέλο αυτό θα βοηθήσει στην κατανόηση των μηχανισμών παραμόρφωσης των πολυμερών και θα χρησιμοποιηθεί και στην υπολογιστική ρεολογία για τη μοντελοποίηση των υλικών αυτών και την ανάλυση διεργασιών μορφοποίησης, όπως η εκβολή πολυμερών σε ημιστερεά μορφή (semi-solid polymer extrusion). Ο στόχος του μοντέλου αυτού είναι να μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης και στην βελτιστοποίηση της τροποποίησης του υλικού ώστε να επιτυγχάνεται η κατάλληλη δομή για την κατάλληλη διεργασία και το προϊόν με τις επιθυμητές ιδιότητες. Η εφαρμογή του σε προβλήματα διεργασιών μορφοποίησης είναι το μακροπρόθεσμο όφελος που μπορεί να προκύψει στη βιομηχανία πολυμερών και σύνθετων υλικών.

Β. Στόχοι

1.…

2.…

3.Η μελέτη της ρεολογίας των πολυμερών σε ημιστερεά κατάσταση

4.Η μελέτη της επίδρασης της αρχιτεκτονικής της μοριακής αλυσίδας στις ιδιότητες που καθορίζουν την επεξεργασιμότητα των πολυμερών και η εξαγωγή χρησίμων κανόνων και οδηγιών για την εφαρμογή της γνώσης σε καινοτόμες βιομηχανικές διεργασίες μορφοποίησης πολυμερών.

5.Ανάπτυξη ρεολογικών μοντέλων για πολυμερή με πολύπλοκη μοριακή αρχιτεκτονική

6.Ανάπτυξη ρεολογικών μοντέλων για πολυμερή σε ημι-στερεά κατάσταση

7. 7.…
   

Συντονιστής: Γ. Πετεκίδης, Σχολή Επιστήμης Υλικών, Πανεπιστήμιο Κρήτης.