Tßτλος του μαθÞματος

ΤεχνικÝς Χαρακτηρισμοý Υλικþν και ΕργαστÞριο

Κωδικüς αριθμüς μαθÞματος

MPH103

Τýπος του μαθÞματος

Υποχρεωτικü

Επßπεδο του μαθÞματος

Μεταπτυχιακü (ΜΔΕ)

¸τος σπουδþν

Πρþτο

ΕξÜμηνο

Πρþτο

ΠιστωτικÝς μονÜδες ECTS

9

¼νομα του διδÜσκοντος/των διδασκüντων

Στ. ΓεωργÜ, ΚαθηγÞτρια (Συντονßστρια)
Δ. Αναστασüπουλος, Επ. ΚαθηγητÞς,
Ε. ΒιτωρÜτος, ΚαθηγητÞς
Αλ. ΒραδÞς Αν. ΚαθηγητÞς
Χρ. ΚροντηρÜς, ΚαθηγητÞς
Α. Πομüνη Αν. ΚαθηγÞτρια
Ν. Σπηλιüπουλος, ΛÝκτορας
Μ. ΦακÞς, ΛÝκτορας
Σπ. Γιαννüπουλος, ΕρευνητÞς ΕΙΧΗΜΥΘ
Γ. ΨαρρÜς, Επ. ΚαθηγητÞς

Επιδιωκüμενα μαθησιακÜ αποτελÝσματα του μαθÞματος

Στο τÝλος αυτοý του μαθÞματος ο φοιτητÞς θα Ýχει ενημερωθεß θεωρητικÜ και να Ýχει εξοικειωθεß πρακτικÜ με τις πÜρα κÜτω πειραματικÝς τεχνικÝς σε ερευνητικü επßπεδο:

1. ΜετρÞσεις ηλεκτρικÞς αγωγιμüτητας συνεχοýς (DC conductivity) ημιαγωγþν συναρτÞσει της θερμοκρασßας (ΔιÜρκεια 5 þρες, ΔιδÜσκων Ε. ΒιτωρÜτος).
2. ΜετρÞσεις ηλεκτρικÞς αγωγιμüτητας εναλλασσομÝνου (AC conductivity) συναρτÞσει της συχνüτητας σε διηλεκτρικÜ υλικÜ με παρÜμετρο τη θερμοκρασßα και την τÜση (ΔιÜρκεια 5 þρες, ΔιδÜσκοντες Σ. ΓεωργÜ και Χ. ΚροντηρÜς).
3. Ηλεκτρικüς Χαρακτηρισμüς διατÜξεων MOS. (ΔιÜρκεια 4 þρες, ΔιδÜσκοντες Δ. ΣκαρλÜτος, Σ. ΓεωργÜ και Χ. ΚροντηρÜς).
4. ΜετρÞσεις μεταβατικÞς φωτοαγωγιμüτητας σε νανοκρυσταλλικÜ υλικÜ (ΔιÜρκεια 5 þρες, ΔιδÜσκουσα Α. Πομüνη).
5.   Προσδιορισμüς δομÞς στερεþν με ακτßνες Χ (ΔιÜρκεια 4 þρες, ΔιδÜσκοντες Α. ΒραδÞς και Δ. Αναστασüπουλος).
6.  Φασματοσκοπßα υπερýθρου (FTIR) (ΔιÜρκεια 4 þρες, ΔιδÜσκοντες A. ΒραδÞς και Δ. Αναστασüπουλος).
7. ΑτομικÞ Μικροσκοπßα Δýναμης (AFM).(ΔιÜρκεια 2 þρες, ΔιδÜσκων Ν.. Σπηλιüπουλος)
8.  Φασματοσκοπßα χρονικÞς ανÜλυσης στην περιοχÞ των femtoseconds (Μ. ΦακÞς)
9.   ΕισαγωγÞ στη θεωρßα και την οργανολογßα της ανελαστικÞς σκÝδασης φωτüς (Raman). (ΔιÜρκεια 4 þρες, ΔιδÜσκων Σπ. Γιαννüπουλος)
10. ΕισαγωγÞ στη ΣτατικÞ και ΔυναμικÞ ΣκÝδαση φωτüς απü διαλýματα και διασπορÝς σωματιδßων. (ΔιÜρκεια 4 þρες, ΔιδÜσκων Σπ. Γιαννüπουλος)
11. ΔιαφορικÞ Θερμιδομετρßα ΣÜρωσης (DTS) (ΔιÜρκεια 4 þρες, ΔιδÜσκων Γ. ΨαρρÜς)
12.  ΔυναμικÞ ΜηχανικÞ ΑνÜλυση (DMA) (ΔιÜρκεια 4 þρες, ΔιδÜσκων Γ. ΨαρρÜς)

Δεξιüτητες

Στο τÝλος αυτοý του μαθÞματος ο φοιτητÞς θα Ýχει περαιτÝρω αναπτýξει τις ακüλουθες δεξιüτητες στα ακüλουθα:

1. Χειρισμüς βασικþν πειραματικþν μεθüδων μελÝτης της δομÞς διαφüρων κατηγοριþν στερεþν.
2. ΕπιλογÞ κατÜλληλων μετρητικþν οργÜνων και κατασκευÞ αναγκαßων διατÜξεων για τον ακριβÞ προσδιορισμü διαφüρων φυσικþν μεγεθþν συναρτÞσει της θερμοκρασßας και του χρüνου.
3. Επεξεργασßα των μετρÞσεων, Üντληση πληροφοριþν απü αυτÝς, προσδιορισμüς της αβεβαιüτητας των τελικþν αποτελεσμÜτων.
4. Σýνδεση της δομÞς διαφüρων τýπων στερεþν με τις φυσικÝς ιδιüτητες που μετροýνται. Προσδιορισμüς και Ýλεγχος των αντιστοßχων θεωρητικþν μοντÝλων.
5. ¸ρευνα βιβλιογραφßας και σýγκριση των αποτελεσμÜτων που προÝκυψαν με ανÜλογα αποτελÝσματα Üλλων ερευνητþν.
6. Ικανüτητα να αλληλεπιδρÜ με Üλλους σε οιοδÞποτε πρüβλημα προκýψει στο μÝλλον.

ΠροαπαιτÞσεις

Οι φοιτητÝς θα πρÝπει να Ýχουν καλÞ γνþση της ΦυσικÞς ΣτερεÜς ΚατÜστασης και γενικÝς γνþσεις Κρυσταλλογραφßας και ΚβαντομηχανικÞς.

Περιεχüμενα (ýλη) του μαθÞματος

1. ΜÝτρηση ηλεκτρικÞς αγωγιμüτητας συνεχοýς ημιαγωγþν συναρτÞσει της θερμοκρασßας
ΚατÜ τα τελευταßα χρüνια μελετÜται η ηλεκτρικÞ αγωγιμüτητα συνεχοýς συζυγþν αγþγιμων πολυμερþν, των οποßων η συμπεριφορÜ μοιÜζει με εκεßνη των ανüργανων ημιαγωγþν. Μελετþνται η δομÞ, οι φορεßς ηλεκτρικοý φορτßου και οι μηχανισμοß γÞρανσης αυτþν των πολυμερþν.

2. ΜÝτρηση της ηλεκτρικÞς αγωγιμüτητας εναλλασσομÝνου σε διηλεκτρικÜ υλικÜ συναρτÞσει της θερμοκρασßας και της τÜσης
Γßνονται μετρÞσεις διηλεκτρικÞς φασματοσκοπßας [σ´(f), ε´(f), ε´´(f), κλπ.] σε διηλεκτρικÜ υλικÜ σε ευρý φÜσμα συχνοτÞτων και θερμοκρασιþν. Απü την επεξεργασßα των μετρÞσεων προκýπτουν πληροφορßες για τους μηχανισμοýς αγωγιμüτητας και τους μηχανισμοýς διηλεκτρικÞς χαλÜρωσης [π.χ. α, β. γ, χαλÜρωση σε πολυμερικÝς μÞτρες] των υλικþν.

3. Ηλεκτρικüς Χαρακτηρισμüς διατÜξεων MOS:
ΛÞψη χαρακτηριστικþν C-V, C-f, G p-ω σε διατÜξεις MOS, και προσδιορισμüς του πÜχους του οξειδßου και της πυκνüτητας των διεπιφανειακþν καταστÜσεων Dit.

 

4. ΜÝτρηση της μεταβατικÞς φωτοαγωγιμüτητας σε νανοκρυσταλλικÜ υλικÜ
Τα οξεßδια των μεταβατικþν μετÜλλων με νανοκρυσταλλικÞ δομÞ, λüγω των πολλαπλþν εφαρμογþν τους, Ýχουν προσελκýσει ιδιαßτερα το ενδιαφÝρον της ερευνητικÞς κοινüτητας. Η μÝτρηση της μεταβατικÞς τους αγωγιμüτητας δßνει χρÞσιμες πληροφορßες για τον ανταγωνισμü μεταξý των ρυθμþν φωτοπαραγωγÞς, επανασýνδεσης και παγßδευσης των φορÝων.

5. Προσδιορισμüς δομÞς με ακτßνες Χ.
Ο χαρακτηρισμüς της δομÞς εßναι πÜρα πολý βασικüς για üλες σχεδüν τις ιδιüτητες των υλικþν. Σε αυτü το μÝρος αναλýεται κατ αρχÞν η λειτουργßα συσκευÞς χαρακτηρισμοý δομÞς με ακτßνες Χ (XRD). Ακολουθεß η βασικÞ θεωρßα που αποβλÝπει στον υπολογισμü του παρÜγοντα δομÞς για ορισμÝνες δομÝς του κυβικοý συστÞματος ενþ λαμβÜνονται μετρÞσεις και ταυτοποιοýνται δομÝς για μερικÜ χαρακτηριστικÜ υλικÜ.

6. Φασματοσκοπßα υπερýθρου (FTIR).
Ο χαρακτηρισμüς της δομÞς μακρομορßων γßνεται δυνατüς με τη χρÞση ηλεκτρομαγνητικÞς ακτινοβολßας στην υπÝρυθρο περιοχÞ του ηλεκτρομαγνητικοý φÜσματος (λ=2-25 μm). Η δονÞσεις των ατüμων των μορßων γýρω απü τις θÝσεις ισορροπßας τους προκαλοýν απορρüφηση της υπÝρυθρης ακτινοβολßας και αυτü Ýχει σαν αποτÝλεσμα απü Ýνα απλü μüριο να λαμβÜνουμε Ýνα πολýπλοκο αλλÜ χαρακτηριστικü φÜσμα. Αναλýεται η βασικÞ θεωρßα που αποβλÝπει στην εýκολη ταυτοποßηση των γραμμþν απορρüφησης διαφüρων χημικþν δεσμþν και ακολουθοýν μετρÞσεις üπου ταυτοποιοýνται διÜφορα εßδη μακρομορßων.

7. Ατομικü μικροσκüπιο δýναμης (AFM):
Το AFM λειτουργεß με το να φÝρει μια ακßδα σε επαφÞ με την επιφÜνεια που πρüκειται να απεικονιστεß. Η απωθητικÞ δýναμη (ιονικÞς φýσης) απü την επιφÜνεια που ασκεßται στην ακßδα κÜμπτει το πρüβολο στÞριξης της ακßδας προς τα πÜνω. Το μÝγεθος της κÜμψης μετριÝται απü το ßχνος μιας δÝσμης λÝιζερ που ανακλÜται προς Ýνα φωτοανιχνευτÞ. Η κÜμψη μπορεßνα χρησιμοποιηθεß για να υπολογιστεß η δýναμη. Κρατþντας τη δýναμη σταθερÞ καθþς η ακßδα σαρþνεται στην επιφÜνεια, αναγκÜζουμε την ακßδα να παρακολουθÞσει τις διακυμÜνσεις της επιφÜνειας και καταγρÜφεται ως τοπογραφßα της επιφÜνειας απü το AFM. Το AFM μπορεß να απεικονßσει σχεδüν οποιοδÞποτε τýπο επιφÜνειας, συμπεριλαμβανομÝνων των πολυμερþν, των κεραμικþν, των σýνθετων υλικþν, των υÜλων, και των βιολογικþν δειγμÜτων.

8. Φασματοσκοπßα χρονικÞς ανÜλυσης στην περιοχÞ των femtoseconds
Με τις τεχνικÝς φασματοσκοπßας χρονικÞς ανÜλυσης στην περιοχÞ των femtoseconds εßναι δυνατÞ η ανßχνευση καιμελÝτη υπερταχÝων φαινομÝνων στην ýλη. Εδþ παρουσιÜζεται η τεχνολογßα των femtoseconds lasers και η τεχνικÞ φασματοσκοπßας χρονικÞς ανÜλυσης με τη χρÞση της μßξης συχνοτÞτων. Η τεχνικÞ προσφÝρει ποσοτικü προσδιορισμü του χρüνου ζωÞς της διηγερμÝνης κατÜστασης, με χρονικÞ ανÜλυση ~150fs, καταγρÜφοντας Ýτσι ανταγωνιστικοýς ακτινοβολητικοýς και μη ακτινοβολητικοýς μηχανισμοýς αποδιÝγερσης. Γßνεται πειραματικÞ μελÝτη χαρακτηριστικþν υλικþν και επεξεργασßα των πειραματικþν αποτελεσμÜτων.

9. ΕισαγωγÞ στη θεωρßα και την οργανολογßα της ανελαστικÞς σκÝδασης φωτüς (Raman).
Θα αναπτυχτοýν οι βασικÝς αρχÝς που διÝπουν την αλληλεπßδραση ακτινοβολßας και ýλης με συνοπτικÞ περιγραφÞ των φαινομÝνων απορρüφησης και εκπομπÞςκαι εκτενÞ αναφορÜ στο φαινüμενο της σκÝδασης. ¸μφαση θα δοθεß στην περιγραφÞ του φαινομÝνου σκÝδασης Raman απü τους δονητικοýς βαθμοýς ελευθερßας των μορßων προσεγγßζοντας το φαινüμενο απü την κλασσικÞ αλλÜ και την κβαντικÞ σκοπιÜ (συνοπτικÜ). Θα αναπτυχθοýν επßσης τα βασικÜ στοιχεßα της οργανολογßας της σκÝδασης Raman και θα γßνει επßδειξη πειραμÜτων σκÝδασης Raman απü κρυσταλλικÜ και Üμορφα υλικÜ.

10. ΕισαγωγÞ στη ΣτατικÞ και ΔυναμικÞ ΣκÝδαση φωτüς απü διαλýματα και διασπορÝς σωματιδßων.
Η ΣτατικÞ και η ΔυναμικÞ σκÝδαση φωτüς αποτελοýν σημαντικÜ εργαλεßα για την μελÝτης της δομÞς, της δυναμικÞς και των αλληλεπιδρÜσεων που λαμβÜνουν χþρα σε διαλýματα (π.χ. πολυμερþν) αλλÜ και σε διασπορÝς σωματιδßων (π.χ. κολλοειδÞ αιωρÞματα). Στην παροýσα διÜλεξη θα παρουσιαστοýν οι βασικÝς αρχÝςτης ΣτατικÞς και της ΔυναμικÞς σκÝδασης φωτüς και οι εφαρμογÝς αυτþν σε αραιÜ και πυκνÜ διαλýματα πολυμερικþν συστημÜτων, με Ýμφαση στον τρüπο υπολογισμοý φυσικþν ποσοτÞτων üπως το μοριακü βÜρος, ο δεýτερος συντελεστÞς virial, η γυροσκοπικÞ ακτßνα, αλλÜ και η υδροδυναμικÞ ακτßνα κολλοειδþν διασπορþν. Θα ακολουθÞσεις επßδειξη πειραμÜτων ΔυναμικÞς ΣκÝδαση φωτüς με την τεχνικÞ Συσχετισμοý Φωτονßων (Photon Correlation Spectroscopy).

.

Συνιστþμενη βιβλιογραφßα προς μελÝτη

1. “Laboratory Notes on Electrical and Galvanomagnetic Measurements” Wieder H.H. Elsevier, Amsterdam (1979)
2. “Handbook of Polymers in Electronics” Bansi D. Malhotra (Ed.) Rapra Techn. Ltd., Shawbury, UK (2002).
3. “Conjugated Polymers” (Theory, Synthesis, Properties and Characterization)Eds T.A. Skotheim and J.R. Reynolds, CRC Press, USA (2007).
4. “Conjugated Polymers” (Processing and Applications)Eds T.A. Skotheim and J.R. Reynolds, CRC Press, USA (2007).
5. “ Photoelectronic properties of semiconductors”, Cambridge Univesity Press (1992).
6. “Thermal Analysis of Polymers” Ch. 6. Ed. By J.D. Menczel, R. Bruce Prime (J. Wiley) (2009).

ΔιδακτικÝς και μαθησιακÝς μÝθοδοι

ΕνημÝρωση των φοιτητþν σχετικÜ με την πειραματικÞ μÝθοδο, τη συσκευÞ, τη λÞψη και την επεξεργασßα των μετρÞσεων. Παρακολοýθηση και συμμετοχÞ των φοιτητþν σε ολιγομελεßς ομÜδες στην λÞψη των μετρÞσεων.

ΜÝθοδοι αξιολüγησης/βαθμολüγησης

ΠαρÜδοση εργασßας, στην οποßα γßνεται γενικÞ περιγραφÞ της συσκευÞς, της μεθüδου λÞψης των μετρÞσεων και επεξεργασßα αυτþν. Παρουσßαση και σχολιασμüς των αποτελεσμÜτων.

Γλþσσα διδασκαλßας

ΕλληνικÜ. Mποροýν üμως να γßνουν οι παραδüσεις στην αγγλικÞ γλþσσα στην περßπτωση που αλλοδαποß φοιτητÝς παρακολουθοýν το πρüγραμμα.