Topic outline

  • General

    Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά)

    Διδάσκοντες: Αναπλ. Καθ. Σ. Αγαθόπουλος, Καθ. Δ. Γουρνής, Καθ. Μ. Καρακασίδης


  • 1. Πορώδη Κεραμικά

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Σύνθεση και χαρακτηρισμός μεσοπορωδών MCM-41 υλικών. Τα MCM-41 είναι μεσοπορώδη κεραμικά υλικά με βάση το SiO2 τα οποία έχουν κυλινδρική νανοδομή όπου οι κύλινδροι είναι διατεταγμένοι σε εξαγωγική δομή. Τα υλικά αυτά έχουν πολύ καλά δομημένη νανοδομή και πολύ μεγάλη ειδική επιφάνεια, γεγονός που τα καθιστά εξαιρετικά υλικά για διεργασίες στην κατάλυση πετρελαιοειδών αλλά και στη στοχευμένη, χρονικά και τοπικά, απελευθέρωση φαρμάκων (drug delivery systems). Στην άσκηση αυτή, η σύνθεσή τους γίνεται με το συνδυασμό των μεθόδων του μοριακού εκμαγείου, όπου οικοδομείται η εξαγωγική νανοδομή των κυλινδρικών σωλήνων με χρήση ειδικών τασιενεργών ενώσεων, και της μεθόδου sol-gel για την οικοδόμηση του πλέγματος του SiO2 στην επιφάνεια αυτών των σωλήνων. Ο χαρακτηρισμός της σύστασης και της δομής των νανοϋλικών γίνεται με μεθόδους περίθλασης ακτίνων Χ και φασματοσκοπίας υπερύθρου. Πληροφορίες για το πορώδες του υλικού μπορούν να εξαχθούν με τη μέθοδο ΒΕΤ.

    Λέξεις κλειδιά: Κεραμικά υλικά, προηγμένα κεραμικά, νανο-δομημένα κεραμικά, κεραμικά εκμαγεία, σύνθεση κεραμικών, χαρακτηρισμός κεραμικών, μεσοπορώδη κεραμικά.

  • 2. Μοριακοί Ηθμοί

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Σύνθεση και χαρακτηρισμός υποστυλωμένων φυλλόμορφων ορυκτών. Ο μοντμοριλλονίτης είναι ένα φυλλόμορφο αργιλοπυριτικό υλικό το οποίο όμως αλλάζει τις διαστάσεις του ενδοστρωματικού χώρου ανάμεσα στα φύλλα του στην περίπτωση που είναι ενυδατωμένος ή αφυδατωμένος. Για να έχει τεχνική χρησιμότητα αυτό το νανο-υλικό, όπως στην περίπτωση των μοριακών κόσκινων, πρέπει να σταθεροποιηθεί η απόσταση του ενδοστρωματικού χώρου. Στην άσκηση αυτή γίνεται ένθεση ειδικών μορίων στον ενδοστρωματικό χώρο και έτσι καθίσταται σταθερή η απόσταση του ενδοστρωματικού χώρου. Η απόσταση αυτή μπορεί να μετρηθεί με τη χρήση περίθλασης ακτίνων Χ.

    Λέξεις κλειδιά: Κεραμικά υλικά, προηγμένα κεραμικά, νανο-δομημένα κεραμικά, σύνθεση κεραμικών, χαρακτηρισμός κεραμικών, υποστύλωση φυλλόμορφων αργίλων, χημική σύνθεση κεραμικών κόνεων υψηλής καθαρότητας.

  • 3. Νανοσυνθετικά Υλικά

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοσυνθετικών υλικών από NYLON 6-10 και φυλλόμορφους αργίλους. Η διασπορά μέσα σε μία πολυμερική μήτρα νανοσωματιδίων κεραμικής φύσης μπορεί να αυξήσει τις μηχανικές ιδιότητές της. Ο μοντμοριλλονίτης έχει την ικανότητα να μπορεί να αποφυλλοποιηθεί πλήρως ή μερικώς και το προϊόν της αποφυλλοποίησης να διασπαρεί μέσα σε μία πολυμερική μήτρα. Έτσι, ανάλογα με την ποσότητα της διεσπαρμένης φάσης και το βαθμό αποφυλλοποίησης μπορεί να ρυθμιστεί η μηχανική αντοχή του τελικού νανοσύνθετου υλικού. Στην άσκηση αυτή γίνεται διασπορά αποφυλλοποιημένου μοντμοριλλονίτη σε nylon 6-10 και ο χαρακτηρισμός του τελικού νανοσύνθετου υλικού γίνεται με χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου ενώ ο βαθμός αποφυλλοποίησης της αργίλου αξιολογείται με περίθλαση ακτίνων Χ.

    Λέξεις κλειδιά: Κεραμικά υλικά, προηγμένα κεραμικά, νανο-δομημένα κεραμικά, σύνθετα υλικά κεραμικών, νανοσύνθετα υλικά.

  • 4. Ύαλοι Οξειδίων

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Παρασκευή και δομική μελέτη βορικών υάλων αλκαλίων. Στην άσκηση αυτή γίνεται παρασκευή άχρωμων υάλων με τη μέθοδο της τήξης και της ταχείας ψύξης οξειδίων. Επιλέγονται βορικές ύαλοι. Με φασματοσκοπία υπερύθρου γίνεται ο χαρακτηρισμός της δομής των υάλων με σκοπό να γίνει κατανοητό ότι η δομή των υάλων είναι άμεσο αποτέλεσμα του υαλοσχηματιστή και του υαλοτροποποιητή και των σχετικών ποσοτήτων τους στη σύσταση της υάλου.

    Λέξεις κλειδιά: Ύαλοι, δομή υάλων, υαλοκεραμικά υλικά.

  • 5. Οπτικές Ιδιότητες Κεραμικών

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Σύνθεση και χαρακτηρισμός έγχρωμων υάλων οξειδίων. Στην άσκηση αυτή παρασκευάζονται έγχρωμες διαφανείς βορικές ύαλοι με τη μέθοδο της τήξης και της ταχείας ψύξης οξειδίων. Το χρώμα στις υάλους οφείλεται στην εισαγωγή στοιχείων μεταπτώσεως στη σύσταση των υάλων. Ο χαρακτηρισμός της δομής των υάλων γίνεται με χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου και ορατού-υπεριώδους. Από τις καταγραφές των φασμάτων γίνεται κατανοητός ο σημαντικός ρόλος της δομής των υάλων στον τρόπο που διαχωρίζονται τα d-τροχιακά των στοιχείων μεταπτώσεως και δίνουν το χρώμα σε κάθε ύαλο.

    Λέξεις κλειδιά: Ύαλοι, δομή υάλων, υαλοκεραμικά υλικά, έγχρωμες ύαλοι.

  • 6. Μέθοδος Sol-Gel

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Παρασκευή και μελέτη SiO2. Στην άσκηση αυτή γίνεται παρασκευή υπερκαθαρών κεραμικών κόνεων οξειδίων με τη μέθοδο sol-gel. Συγκεκριμένα, παρασκευάζεται σκόνη SiO2 μέσω υδρόλυσης και συμπύκνωσης αλκοξειδίων του πυριτίου. Παρασκευή σίλικας γίνεται και με χρήση υδρυάλου. Μαζί με τις παρατηρήσεις κατά τη διάρκεια της εργαστηριακής σύνθεσης, με φασματοσκοπία υπερύθρου, περίθλαση ακτίνων Χ  και με χρήση διαφορικής θερμικής ανάλυσης γίνεται καταγραφή των αντιδράσεων και των προϊόντων τους σε όλα τα στάδια της πορείας σύνθεσης καθώς και του χαρακτηρισμού του τελικού προϊόντος.

    Λέξεις κλειδιά: Κεραμικές πρώτες ύλες, σύνθεση κεραμικών κόνεων υψηλής καθαρότητας, χαρακτηρισμός.

  • 7. Μορφοποίηση Κεραμικών Υλικών

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Κατασκευή δοκιμίων από αλούμινα και μετρήσεις μηχανικών ιδιοτήτων. Στην άσκηση αυτή διδάσκεται η διαδικασία μορφοποίησης κεραμικών δοκιμίων από αλούμινα με τις μεθόδους του tape-casting (χύτευση ταινίας) και slip-casting (χύτευση αιωρήματος). Επίσης γίνεται χαρακτηρισμός του προϊόντος και συγκεκριμένα της διαδικασίας ξήρανσης, της μέτρησης του πορώδους και της αντοχής πυροσυσσωματωμένων-ψημένων δοκιμίων σε αντοχή σε κάμψη 3-σημείων.

    Λέξεις κλειδιά:  Προηγμένα κεραμικά, παραδοσιακά κεραμικά, συνδετικά υλικά, τσιμέντο, γύψος, κεραμικά εκμαγεία, κεραμικές πρώτες ύλες, μορφοποίηση κεραμικών, έψηση κεραμικών, χαρακτηρισμός κεραμικών.

  • 8. Κεραμικά Υμένια

    Περιγραφή θεματικής ενότητας: Τεχνολογίες επίστρωσης από διαλύματα και αιωρήματα για την εφαρμογή κεραμικών επιστρωμάτων. Στην άσκηση αυτή επικαλύπτονται λείας επιφάνειας επίπεδα δοκίμια με λεπτές επιστρώσεις οξειδίων μετάλλων της τάξης των νανομέτρων και συγκεκριμένα με αλλεπάλληλα στρώματα με τη μέθοδο της αργής εμβάπτισης (dip-coating) σε διάλυμα όπου λαμβάνει χώρα in situ αντίδραση υδρόλυσης αλκοξειδίων μετάλλων (μέθοδος sol-gel). Ο σκοπός είναι η κατασκευή κατόπτρων και οπτικών φίλτρων και αυτό αξιολογείται πειραματικά με φασματοσκοπία ορατού-υπεριώδους και τα πειραματικά αποτελέσματα συσχετίζονται με τη σχέση του πάχους των επιστρώσεων με το μήκος κύματος της προσπίπτουσας δέσμης του φωτός.

    Λέξεις κλειδιά: Κεραμικές επικαλύψεις, κεραμικά υμένια, χαρακτηρισμός κεραμικών επικαλύψεων.

  • ΑΣΚΗΣΕΙΣ

  • ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Προτεινόμενα συγγράμματα

    Εγχειρίδιο Ασκήσεων Εργαστηρίου, Εκδόσεις Τυπογραφείου Πανεπιστημίου Ιωαννίνων.

    Επιπλέον συνιστώμενη βιβλιογραφία

    • Χ. Π. Φτίκος, Επιστήμη και Τεχνική των Κεραμικών, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Ε.Μ.Π., 2005.
    • Εκδόσεις της American Ceramic Society.