Ένας συναρπαστικός τομέας της σύγχρονης επιστημονικής έρευνας είναι αυτός των νανοσύνθετων υλικών. Το πεδίο αυτό περιλαμβάνει τη μελέτη πολυφασικών υλικών, στα οποία μία ή περισσότερες από τις χωρικές διαστάσεις κάποιας φάσης βρίσκεται στην περιοχή νανομέτρων (10-9m). Αυτό που ξεχωρίζει τα νανοσύνθετα από τα άλλα συμβατικά σύνθετα υλικά είναι η ικανότητά τους να συνδυάζουν ιδιότητες, οι οποίες είναι απαγορευτικές για τα παραδοσιακά υλικά, αλλά και η λειτουργικότητα που παρουσιάζουν. Η εισαγωγή των νανοσύνθετων υλικών και οι πολλές επιστημονικές μελέτες που έγιναν τα τελευταία χρόνια στόχευαν και προσδοκούσαν σε μία δραματική βελτίωση των μηχανικών τους ιδιοτήτων, πράγμα που πολλές φορές δεν επαληθεύτηκε. Στις μέρες μας υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη μελέτη της διηλεκτρικής συμπεριφοράς και αγωγιμότητας των νανοσύνθετων πολυμερικής μήτρας με ανόργανα νάνο-εγκλείσματα. Τα νανοσύνθετα συστήματα πολυμερικής μήτρας – ανόργανων νάνο-εγκλεισμάτων αναμένεται να αποτελέσουν μια νέα γενιά υψηλού τεχνολογικού ενδιαφέροντος υλικών που θα επιδεικνύουν λειτουργικές ιδιότητες λόγω της μεταβαλλόμενης πόλωσης των κεραμικών νανοσωματιδίων. Η διασπορά κεραμικών εγκλεισμάτων στο εσωτερικό πολυμερικής μήτρας προσδίδει στα σύνθετα συστήματα βελτιωμένη μηχανική και ηλεκτρική συμπεριφορά. Τέτοιου τύπου συστήματα υλικών, που έχουν υψηλή ηλεκτρική διαπερατότητα (high-Κ materials) χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικές εφαρμογές, καθώς μειώνουν τα ρεύματα διαρροής και παράλληλα λειτουργούν ως ενσωματωμένοι νανο-πυκνωτές εισάγοντας ένα νέο είδος νανο-διατάξεων για την αποθήκευση ενέργειας. Η ηλεκτρική απόκρισή τους, εκφράζεται κυρίως μέσω της ηλεκτρικής διαπερατότητας και μπορεί να ρυθμιστεί, ελέγχοντας τον τύπο, το μέγεθος και την ποσότητα της κεραμικής ενίσχυσης. Η ενσωμάτωση πιεζοηλεκτρικών κρυστάλλων, που επιδεικνύουν μεταβαλλόμενη πόλωση, σε μια πολυμερική μήτρα, όπως η εποξειδική ρητίνη –που εν γένει είναι ηλεκτρικός μονωτής- με χαμηλή ηλεκτρική διαπερατότητα και υψηλή διηλεκτρική αντοχή μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη ενός ευφυούς συστήματος. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η παρασκευή και ο χαρακτηρισμός σύνθετων πολυμερικών συστημάτων εποξειδικής ρητίνης – νανοσωματιδίων οξειδίου του ψευδάργυρου (ZnO) καθώς και σύνθετων υβριδικών συστημάτων εποξειδικής ρητίνης - νανοσωματιδίων οξειδίου του ψευδάργυρου (ZnO) και καρβιδίου του τιτανίου (TiC) ώστε να οδηγηθούμε σε ένα σύστημα υλικών με βέλτιστη συμπεριφορά. Τα δοκίμια που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίστηκαν διηλεκτρικά, μορφολογικά και θερμικά. Τα νανοσύνθετα υποβλήθηκαν σε μορφολογικό και θερμικό χαρακτηρισμό. Η μορφολογία των δειγμάτων εξετάστηκε μέσω του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (SEM). Από την εξέταση προέκυψε πως η διασπορά των νανο-σωματιδίων μπορεί να χαρακτηρισθεί ως, τουλάχιστον, ικανοποιητική και σε όλα τα συστήματα συνυπάρχουν νανοδιασπορές και συσσωματώματα. Η θερμική απόκριση των συστημάτων μελετήθηκε μέσω της τεχνικής της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC). Από τα θερμογραφήματα προσδιορίστηκε η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης των συστημάτων. Η διηλεκτρική φασματοσκοπία (Broadband Dielectric Spectroscopy) έχει αποδειχθεί ως ένα ισχυρό εργαλείο για την έρευνα της μοριακής κινητικότητας, των αλλαγών φάσης, των μηχανισμών αγωγιμότητας και των διεπιφανειακών φαινομένων στα πολυμερή και τα σύνθετα πολυμερικά συστήματα. Η διηλεκτρική απόκριση των νάνο-συνθέτων εξετάστηκε στο εύρος συχνοτήτων 10-1-107 Hz και στο διάστημα θερμοκρασιών από 30οC έως 160οC. Από τα πειραματικά αποτελέσματα προκύπτει πως παρατηρούνται διηλεκτρικές χαλαρώσεις που οφείλονται τόσο στην πολυμερική μήτρα, όσο και στην ενισχυτική φάση. Τρεις διακριτοί τρόποι χαλάρωσης καταγράφηκαν στα φάσματα των συστημάτων που μελετήθηκαν και αποδίδονται στη διεπιφανειακή πόλωση (Interfacial Polarization) μήτρας/εγκλεισμάτων, στην μετάβαση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση (α- χαλάρωση) της πολυμερικής μήτρας και στην κίνηση πλευρικών πολικών ομάδων (β- χαλάρωση) των κύριων αλυσίδων. Τέλος, υπολογίστηκε η πυκνότητα ενέργειας όλων των συστημάτων με παραμέτρους τη συχνότητα, τη θερμοκρασία και την περιεκτικότητα σε πληρωτικό μέσο. Τα ενισχυμένα συστήματα παρουσιάζουν, εν γένει, μεγαλύτερη ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας. Η λειτουργική συμπεριφορά των νανοσύνθετων εξετάσθηκε με χρήση της Συνάρτησης Διηλεκτρικής Ενίσχυσης (DRF). / The impact of nano-materials and nano-structured materials is well known and recognized in our days. Nano-composites consists an exciting modern field of scientific research. Nano-composites are multiphase materials where at least one of the dimensions of the reinforcing phases is in nano-scale. The main difference of nano-composites in comparison with conventional composites is their ability to achieve superior performance at a very low concentration of their filler. The introduction of nanocomposite materials was followed by many scientific studies which aimed to achieve a dramatic improvement of their mechanical performance. The latter, in many cases has not been verified. Recently, there is an increasing interest in studying the dielectric behavior and conductivity of polymer matrix – inorganic nano-filler composites. Polymer matrix nano-composites are expected to be useful in replacing conventional insulating materials providing tailored performance, by simply controlling the type and the concentration of nano-inclusions. Nanocomposite systems, which include inorganic nano-particles represent a novel class of materials which are expected to exhibit functional properties because of the varying polarization of the ceramic particles. Dispersing ceramic inclusions within a polymer matrix, results in systems with enhanced mechanical and electrical behavior. Such material systems are used in electronic applications, for the reduction of leakage currents, and as integrated nano-capacitors. The ceramic filler could be piezoelectric crystal particles. Their varying polarization can be combined with a polymer host, like an epoxy resin – which is, in general, electrical insulator – with low dielectric permittivity and high dielectric breakdown strength. This combination could lead in the development of a smart materials’ system. The aims of this work are the preparation and characterization of epoxy resin nanocomposites with embedded zinc oxide (ZnO) and nanoparticles and in tandem hybrid system of epoxy resin– zinc oxide (ZnO) and titanium carbide (TiC) nanoparticles. Furthermore, morphology, thermal and electrical response of the produced specimens was examined. The morphology of the specimens was checked for voids and clusters, by means of Scanning Electron Microscopy. Ceramic particles distribution is considered as satisfactory, although clusters co-exist with nanodispersions in all the examined systems. Thermal response was examined via Differential Scanning Calorimetry (DSC), and the obtained thermographs were used for the determination of glass transition temperature. Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) has been proved to be a powerful tool for the investigation of molecular mobility, phase changes, conductivity mechanisms and interfacial effects in polymers and complex systems. The dielectric response of nano-composites was examined via BDS in the frequency range 10-1-107 Hz and temperature interval from 30 oC to 160 oC. Experimental results include relaxation phenomena arising from both the polymeric matrix and the filler. Three distinct relaxation modes were recorded in the spectra of all systems. They were attributed to interfacial polarization, glass to rubber transition (α-relaxation) and motion of polar side groups (β – relaxation). Finally, the energy density for all the studied systems was calculated with parameters the frequency, temperature and filler content. Composites systems exhibit, in general, higher energy storage efficiency. The systems’ functionality was examined by employing the Dielectric Reinforcing Function (DRF).

Ο όρος “σύνθετα υλικά” αναφέρεται σε μείγματα δύο ή και περισσότερων υλικών, τα οποία διαφέρουν στη μορφή ή και στη σύνθεση, συνήθως δεν διαλύονται το ένα στο άλλο και είναι δυνατόν να εντοπισθεί διεπιφάνεια μεταξύ των συστατικών τους. Τα σύνθετα υλικά αναπτύχθηκαν με σκοπό τη δημιουργία προϊόντων με εξειδικευμένο συνδυασμό ιδιοτήτων και επιτρέπουν την εξοικονόμηση φυσικών πόρων. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από τη μητρική και την ενισχυτική φάση. Πολύ σημαντικό ρόλο στη συμπεριφορά ενός σύνθετου παίζει η διεπιφάνεια, δηλαδή η κοινή επιφάνεια μεταξύ μήτρας και εγκλείσματος, καθώς και η περιοχή στα όρια αυτής της επιφάνειας. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο μορφολογικός, θερμικός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των σύνθετων συστημάτων πολυμερικής μήτρας-κεραμικού TiO2. Ως μήτρα χρησιμοποιήθηκε μια εμπορικά διαθέσιμη, χαμηλού ιξώδους εποξειδική ρητίνη (Epoxol 2004, Neotex S.A., Athens, Greece). Η συγκεκριμένη ρητίνη είναι ένα τυπικό μονωτικό πολυμερές χαμηλού ιξώδους, της οποίας η διηλεκτρική σταθερά καθώς και η αγωγιμότητα δεν διαφέρουν σημαντικά από τις αντίστοιχες τιμές για το TiO2. Ως ενισχυτική φάση (έγκλεισμα) επιλέχθηκε το κεραμικό TiO2. Η μελέτη του TiO2 παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον λόγω των οπτικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων του. Είναι ένας ημιαγωγός ευρέως χάσματος, διηλεκτρικά ανισότροπο υλικό, και μπορεί να κρυσταλλωθεί σε τρεις διαφορετικές δομές: ρουτίλιο, ανατάσιο και βρουκίτης (rutile, anatase και brookite). Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε TiO2 με δομή ανατασίου σε μορφή νανοεγκλεισμάτων με μέση διάμετρο μικρότερη από 25 nm. Παρασκευάστηκαν σύνθετα υλικά συγκέντρωσης 3, 5, 7, 10 και 12 phr σε TiO2 καθώς επίσης και δείγματα καθαρής ρητίνης τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ως δείγματα αναφοράς. Από τον μορφολογικό χαρακτηρισμό των δειγμάτων που πραγματοποιήθηκε με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (Scanning Electron Microscopy, SEM) προκύπτει ότι έχει επιτευχθεί καλή διασπορά των εγκλεισμάτων στην πολυμερική μήτρα. Επομένως η παρασκευή των δειγμάτων χαρακτηρίζεται επιτυχής. Ο θερμικός χαρακτηρισμός έγινε με διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (Differential Scanning Calorimetry, DSC). Στα θερμοδιαγράμματα που ελήφθησαν φάνηκε μικρή τάση αύξησης της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης (Tg) στα σύνθετα δείγματα σε σχέση με το δείγματα αναφοράς. Για τον ηλεκτρικό χαρακτηρισμό των σύνθετων, εφαρμόστηκε η τεχνική της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος (Broadband Dielectric Spectroscopy, BDS). Για κάθε εξεταζόμενο δείγμα έλαβαν χώρα ισόθερμες σαρώσεις συχνοτήτων σε εύρος από 0.1Hz ως 1MHz και σε περιοχές θερμοκρασιών από -100οC ως 150οC με βήμα 10οC. Όλη η διάταξη είναι συνδεδεμένη με ηλεκτρονικό υπολογιστή για ταυτόχρονο έλεγχο και αποθήκευση των δεδομένων. Παρατηρήθηκαν διεργασίες χαλάρωσης οι οποίες αποδίδονται στην πολυμερική μήτρα, οι οποίες εμφανίστηκαν τόσο στα σύνθετα δείγματα όσο και στα δείγματα αναφοράς. Οι διεργασίες αυτές είναι η α-χαλάρωση, που σχετίζεται με την υαλώδη μετάβαση της πολυμερικής μήτρας, η γ-χαλάρωση, που είναι ο πιο γρήγορος μηχανισμός και αποδίδεται σε περιορισμένες τοπικές κινήσεις μικρών τμημάτων της πολυμερικής αλυσίδας, και η β-χαλάρωση που προέρχεται από τον επαναπροσανατολισμό πλευρικών ομάδων της πολυμερικής αλυσίδας. Στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων και στα σύνθετα υψηλής συγκέντρωσης σε TiO2, παρατηρήθηκε η διεργασία IDE (Intermediate Dipolar Effect), η οποία αποδίδεται στην ενισχυτική φάση. Επιπλέον, στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων και υψηλών θερμοκρασιών παρατηρήθηκε και το φαινόμενο της Διεπιφανειακής πόλωσης (IP) Σε όλες τις συγκεντρώσεις η β-χαλάρωση παρουσιάζει εξάρτηση από τη θερμοκρασία, η οποία ακολουθεί την εξίσωση Arrhenius, ενώ η εξάρτηση της α- χαλάρωσης από τη θερμοκρασία περιγράφεται από την εξίσωση Vogel-Fulcher-Tamann (VTF). Εξετάστηκε τέλος, η ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας των σύνθετων δειγμάτων, η οποία φάνηκε να αυξάνεται αυξανομένης της συγκέντρωσης της ενισχυτικής φάσης. Από τη σύγκριση της ικανότητας αποθήκευσης ενέργειας σε νανοσύνθετα δείγματα και σε μικροσύνθετα δείγματα με εγκλείσματα TiO2, φάνηκε γενικά ότι τα νανοσύνθετα παρουσιάζουν πολλαπλάσια ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας συγκριτικά με τα μικροσύνθετα ίδιας περιεκτικότητας. / The term “composite materials” refers to mixtures of two or more materials, which differ in shape or in composition, usually not dissolving in one another and it is possible to detect an interface between the components. The composite materials were developed with the purpose of creating products with specialized combination of properties allowing the preservation of natural resources. The composites consist of the matrix and the reinforcing phase. The interface, ie the common face between the matrix and the inclusions and the boundaries of this region, has a very important role in the behaviour of a composite. The purpose of this study is the morphological, thermal and electrical characterization of complex systems with polymer matrix and ceramic TiO2 inclusions. The matrix used was a commercially available low viscosity epoxy resin (Epoxol 2004, Neotex S.A., Athens, Greece). This resin is a typical insulating polymeric material of low viscosity, whose dielectric constant and conductivity does not differ significantly from the corresponding values for the TiO2. The ceramic TiO2 was chosen as the reinforcing phase. The study of TiO2 is of great interest because of its optical and electronic properties. It is a wide gap semiconductor, an anisotropic dielectric material and it crystallizes in three different structures: rutile, brookite and anatase. In the present work the TiO2 used was the anatase structure, in the form of nanoinclusions with mean diameter less than 25 nm. Nanocomposites were prepared, in five different concentrations 3, 5, 7, 10 and 12 phr in TiO2. Samples of pure resin were also prepared, which were used as control samples. From the morphological characterization of the samples, which was performed via scanning electron microscopy (Scanning Electron Microscopy, SEM), it can be concluded that a good dispersion of the inclusions in the polymeric matrix was achieved. Hence the sample preparation can be characterized as successful. The thermal characterization was conducted by differential scanning calorimetry (Differential Scanning Calorimetry, DSC). The thermograms obtained showed a tendency to increase the glass transition temperature (Tg) in the composite samples compared to the samples of pure resin. The technique of Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) was applied for the electrical characterization of the composites. Isothermal frequency scans were conducted for each of the examined specimens in the frequency range of 0.1Hz to 1MHz and temperature range of –100°C to 150°C with the step of 10°C. The whole measuring system device was computer controlled for simultaneous control and data storage. The relaxation processes observed, which appeared in both the composite samples and the pure epoxy samples, are attributed to the polymeric matrix. These processes are the α-relaxation, which is related to the glass transition of the polymeric matrix, the γ-relaxation, which is the faster mechanism, attributed to limited local movements of small parts of the polymer chain and the β-relaxation derived from reorientation of polar side groups of the polymer chain. In the high frequency region and in the samples with high concentration in TiO2, the process IDE (Intermediate Dipolar Effect) was observed, which is attributed to the reinforcing phase. Moreover, in the low frequencies and high temperatures the phenomenon of Interfacial Polarization (IP) was observed. At all concentrations the β-relaxation exhibits temperature dependence according to the Arrhenius equation, while the temperature dependence of the α-relaxation is described by the Vogel-Fulcher-Tamann (VTF) equation. Finally, the energy storage capacity of the composite samples was examined and seems to increase with increasing concentration of the reinforcing phase. A comparison of the energy storage capacity in nanocomposites and in samples with micro scale inclusions in TiO2, reveals that, in general, the nanocomposites exhibit higher energy storage capacity compared to microcomposite samples with the same concentration.

Κατά την διάρκεια αυτής της πτυχιακής εργασίας παρασκευάστηκαν δυο δείγματα νανοσύνθετων υλικών TiO2/αλλοϋσίτη, με διαφορετικές αναλογίες (60:40, 50:50) όπου μελετήθηκαν πειραματικά οι ιδιότητες τους, με σκοπό να χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο στη φωτοκαταλυτική αποδόμηση αέριων ρύπων (π.χ. NOx) και οργανικών πτητικών ενώσεων (VOCs). Η μορφή του φωτοκαταλύτη (TiO2) που συντέθηκε ήταν ο ανατάσης. Στα τροποποιημένα πλέον δείγματα του αλλοϋσίτη, εφαρμόστηκαν διάφορες τεχνικές για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων τους, όπως: Περιθλασιμετρία Ακτίνων X, Υπέρυθρη Φασματοσκοπία Μετασχηματισμού κατά Fourier, Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης και Προσδιορισμός Μεγέθους και Κατανομής Πόρων καθώς και Ειδικής Επιφάνειας. Ο φωτοκαταλύτης διασπείρεται σχετικά ομοιογενώς στις εξωτερικές επιφάνειες του αλλουσίτη, δίνοντας πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα για την φωτοκαταλυτική του δράση που θα μελετηθεί σε επόμενο στάδιο. Τα νανοσύνθετα που παρασκευάστηκαν, εμφανίζουν τη δημιουργία μεσοπορώδους δομής με πόρους μεγέθους περίπου στα 5,8nm. Τα τροποποιημένα αργιλικά ορυκτά παρουσιάζουν ιδιότητες αντίστοιχες άλλων νανοσύνθετων TiO2-αλλουσίτη αποτελεσματικών για την καταπολέμηση των αέριων ανόργανων ρύπων (NOx) και των οργανικών πτητικών ενώσεων (VOCs). / During this thesis prepared two samples nanocomposite materials TiO2 / halloysite, with different ratios (60:40, 50:50) where experimentally studied their properties, to be used at a later stage in the photocatalytic degradation of gaseous pollutants (p. x. NOx) and volatile organic compounds (VOCs).

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά διοξειδίου του τιτανίου (TiO2)/παλυγορσκίτη (60:40, 70:30, 80:20) για την περιγραφή και μελέτη των χαρακτηριστικών τους ώστε να την εφαρμοστούν σε επόμενο στάδιο στη φωτοκαταλυτική αποδόμηση αέριοων ρύπων (των οξειδίων του αζώτου - NOx) και οι οργανικών πτητικών ενώσεων (VOC’s). Ο παλυγορσκίτης που χρησιμοποιήθηκε για την διεξαγωγή των πειραμάτων συλλέχτηκε από την λεκάνη του Βεντζίου στα Γρεβενά. Τα νανοσύνθετα παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο διασποράς-επικάθησης του TiO2 και στις μικροΐνες του Παλυγορσκίτη. Η κρυσταλλική μορφή του TiO2 που συντέθηκε ήταν ο ανατάσης. Για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων των τροποποιημένων δειγμάτων εφαρμόστηκαν διαφορετικές τεχνικές όπως: περιθλασιμετρία ακτίνων X, υπέρυθρη φασματοσκοπία μετασχηματισμού κατά Fourier, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης και προσδιορισμός μεγέθους και κατανομής πόρων καθώς και ειδικής επιφάνειας. Με την άυξηση του TiO2 στα δείγματα μας το αποτιθέμενο υλικό που είναι μεταξύ 3-10nm έδειξε ότι διασπίρεται σε όλη την επιφάνεια του παλυγορσκίτη. Επίσης τα τροποποιημένα με ΤιΟ2 δείγματά μας παρουσίασαν τη δημιουργία μεσοπορώδους δομής με πόρους μεγέθους κυρίως 5,8nm. Τα νανοσύνθετα εμφανίζουν ιδιότητες που φαίνεται να τα καθιστούν αρκετά αποτελεσματικά για τη εφαρμογή τους στους αέριους ρύπους NOx και ως εκ τούτου μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για άλλους αέριου ρύπους όπως οι οργανικές πτητικές ενώσεις VOC’s. / In this study three TiO2-Pal nanocomposites were prepared (80:20, 70:30, 60:40). The synthesis and characterization of the nanocomposite were conducted in order to be applied (in a next stage) in several environmental applications including the photocatalytic degradation of Nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOC’s). The palygorskite sample was collected from Western Macedonia (Grevena, Ventzia basin). The samples were prepared by dispersing TiO2 nanoparticles on the microfibers of palygorskite. The crystal form of TiO2 that was synthesized was anatase. The physical properties of the nanocomposites were tested using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), attenuated total reflection using Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and N2 surface analysis by BET. By increasing the amount of the TiO2 in the nanocomposites, the deposited 3-10nm TiO2 particles were found to be aggregated on the surfaces of the palygorskite particles. After treating with TiO2, the nanocomposites showed largely interpaticle mesopores of about 5.8nm. The properties of nanocomposites that were measured are very promising showing that all three of them could be effective photocatalysts in decomposing air pollutants like NOx and probably other air pollutants such as volatile organic compounds (VOC’s).

Στην παρούσα πτυχιακή παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά TiO290-HALL10 και TiO280-HALL20 ώστε να εφαρµοστούν στην φωτοκαταλυτική αποδόµηση αερίων ρύπων. Τα νανοσύνθετα παρασκευάστηκαν µε τη µέθοδο διασποράς-επικάθισης του TiO2 και στους επιµήκεις κρυστάλλους του Αλλουσίτη.Η κρυσταλλική µορφή του TiO2 που συντέθηκε ήταν ο ανατάσης. Εφαρµόστηκαν οι παρακάτω τεχνικές:περιθλασιµετρία ακτίνων X(XRD), υπέρυθρη φασµατοσκοπία µετασχηµατισµού κατά Fourier(ATR-FTIR), ηλεκτρονική µικροσκοπία σάρωσης(SEM),προσδιορισµός µεγέθους και κατανοµής πόρων καθώς και ειδικής επιφάνειας. Tα νανοσύνθετα υλικά λόγω των ιδιοτήτων τους φαίνεται να είναι αποτελεσµατικά στην εφαρµογή τους στους αέριους ρύπους και έτσι µπορούν να χρησιµοποιηθούν και στις οργανικές πτητικές ενώσεις. / In this study were prepared nanocomposites TiO290-HALL10 and TiO280-HALL20 order to be applied in several environmental applications. The samples were prepared by dispersing TiO2 nanoparticles on the microfabers of alloysite. The crystal form of TiO2 that was synthesized was anatase. The nanocomposites were characterized using the following techniques:X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM), attenuated total reflection using Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and N2 surface analysis by BET. The nanocomposites due to their characteristics showing to be effective in decomposing air pollutants and can be used in volatile organic compounds.

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής ήταν η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νανοσύνθετων πολυμερικών μεμβρανών για την εφαρμογή τους σε κυψελίδες καυσίμου. Τα κελιά καυσίμου είναι ηλεκτροχημικές διατάξεις που μετατρέπουν με συνεχή τρόπο τη χημική ενέργεια ενός καυσίμου και ενός οξειδωτικού σε ηλεκτρική με ταυτόχρονη παραγωγή νερού. Μια πολύ σημαντική κατηγορία κελίων, είναι τα κελιά καυσίμου μεμβράνης πολυμερούς (PEMFC, Polymer Exchange Membrane Fuel Cell) τα οποία χρησιμοποιούν ως ηλεκτρολύτη μια πολυμερική μεμβράνη. Ανάλογα με τη θερμοκρασία λειτουργίας τα PEMFCs χωρίζονται σε αυτά που λειτουργούν σε θερμοκρασίες μέχρι 80ºC και στα υψηλής θερμοκρασίας που λειτουργούν στους 120-200ºC. Λειτουργία σε θερμοκρασίες πάνω από 100ºC έχει διάφορα πλεονεκτήματα, όπως αύξηση της κινητικής των αντιδράσεων, δυνατότητα χρησιμοποίησης άλλων καυσίμων εκτός από υδρογόνο, η χρήση όχι υψηλής καθαρότητας υδρογόνου και/ή χαμηλότερης ποσότητας του ακριβού καταλύτη Pt στα ηλεκτρόδια. Ένας από τους ηλεκτρολύτες για εφαρμογές σε PEMFC υψηλών θερμοκρασιών είναι το συμπολυμερές αρωματικού πολυαιθέρα με ομάδες πυριδίνης Advent TPS. Το συμπολυμερές Advent TPS έχει εξαιρετική ικανότητα σχηματισμού φιλμ, υψηλό Tg (>280ºC), υψηλή θερμική σταθερότητα (Τd>400ºC), υψηλή οξειδωτική σταθερότητα, ενώ μετά από εμποτισμό με Η3ΡΟ4 85% η ιοντική αγωγιμότητα είναι επίσης της τάξης του 10-2 S/cm. Στη παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετες μεμβράνες, με την εισαγωγή υδρόφιλων, ανοργάνων προσθέτων στην υδρόφοβη πολυμερική μήτρα του Advent TPS με απώτερο σκοπό τη παρασκευή ενός νανοσύνθετου πολυμερικού ηλεκτρολύτη ο οποίος έχει την ικανότητα να εμποτίζεται με νερό βελτιώνοντας έτσι την αγωγιμότητα του συστήματος TPS/H3PO4.Τα ανόργανα εγκλείσματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο τροποποιημένος μοντμοριλλονίτης (H+-MMT), το οξείδιο του τιτανίου (ΤiΟ2) και το TiO2-P2O5. Οι νανοσύνθετες μεμβράνες εμφάνισαν ικανότητα εμποτισμού στο Η2Ο, οξειδωτική σταθερότητα και η ιοντική τους αγωγιμότητα ύστερα από τον εμποτισμό τους με Η3ΡΟ4 πλησίασε τη τιμή του Advent TPS. Επιπλέον στη περίπτωση των μεμβρανών με τον Η+-ΜΜΤ το H3PO4 συγκρατείται ισχυρότερα στη μεμβράνη, λόγω της μορφολογίας του ΜΜΤ, μειώνοντας έτσι το πρόβλημα διάχυσης του H3PO4 από τον ηλεκτρολύτη κατά τη διαδικασία της ψύξης του κελιού. / The objective of this thesis was the synthesis and characterization of nanocomposite membranes for use in fuel cells. Fuel cells are devices that convert the chemical energy of a fuel and an oxidant to electrical with simultaneous production of water. Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) represents an important class of fuel cells, which uses a polymer membrane as its electrolyte. Operating above 150ºC has many advantages such as increased reaction rate, flexibility to use not so pure hydrogen as fuel and/or lower loading of the expensive metal (Pt) on the electrode. Advent TPS is an electrolyte for high temperature PEMFC that exhibits excellent film-forming properties, mechanical integrity, high glass transition temperature (2800C) as well as high thermal stability up to 4000 C. In addition to the above properties, Advent TPS shows high oxidative stability and acid doping ability, enabling proton conductivity in the range of 10-2 S/cm. The main goal of this thesis was to synthesize a nanocomposite electrolyte by adding inorganic, hydrophilic fillers in Advent TPS polymer matrix in order to fabricate a membrane that reveals ability to absorb water. The hydration of electrolyte can increase the proton conductivity. Inorganic fillers such as modified montmorillonite (H+-MMT), TiO2, TiO2-P2O5 were used. The nanocomposite membranes showed doping water ability, oxidative stability and proton conductivity in the range of 10-2 S/cm. Furthermore, the nanocomposite membranes with H+-MMT can retain the acid into the membrane, reducing the leaching problem during the cooling process of the cell. Finally the hybrid membranes were characterized with conventional techniques and showed thermal and mechanical stability.

Η βασική ιδέα της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η παρασκευή νανοσυνθέτων υλικών πολυμερικής μήτρας νανοσωλήνων άνθρακα και ο προσδιορισμός των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Ως συνιστώσα ενίσχυσης, χρησιμοποιήθηκαν λεπτές μεμβράνες νανοσωλήνων άνθρακα (buckypapers) που αποτελούν δίκτυα υψηλού πορώδους. Παρασκευάζονται μέσω διήθησης αιωρημάτων νανοσωλήνων άνθρακα από φίλτρα με μικρό μέγεθος πόρων (< 1 μm), παρουσία κενού. Οι τελικές ιδιότητες των buckypapers επηρεάζονται από ποικίλες παραμέτρους, όπως η χημική οξείδωση των νανοσωλήνων, ο χρόνος διασποράς, το μέγεθος του κενού και το είδος του διαλύτη. Στην εργασία αυτή παρασκευάστηκαν buckypapers από νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος, οξειδωμένων είτε με νιτρικό οξύ είτε με υπερμαγγανικό κάλιο και μελετήθηκε η επίδραση του διαφορετικού μέσου οξείδωσης και διαφορών στη διαδικασία παραγωγής. Τα ξηραμένα buckypapers που παρασκευάστηκαν αποδείχτηκε ότι ήταν ομογενή, ομαλά και χωρίς ατέλειες, επιδεικνύοντας εξαιρετική δομική ακεραιότητα. Η ομογενή και πυκνή μορφολογία παρατηρήθηκε όχι μόνο στις επιφάνειες, αλλά και στο εσωτερικό των buckypaper. Νανοσύνθετα υλικά υψηλής περιεκτικότητας σε νανοσωλήνες άνθρακα παρήχθησαν με δύο διαφορετικές μεθόδους – απλή εμβάπτιση των φιλμ σε διάλυμα ρητίνης και εμποτισμός με φιλμ ρητίνης σε αυτόκλειστο φούρνο (Resin Film Infusion, RFI). Και στις δύο περιπτώσεις παρατηρήθηκε πλήρης διαβροχή του δικτύου των νανοσωλήνων με πολυμερές. Τα υλικά μελετήθηκαν ως προς τις μηχανικές τους ιδιότητες. Κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, τα σύνθετα υλικά επέδειξαν βελτιωμένη μηχανική συμπεριφορά σε σχέση με αυτήν της πολυμερικής μήτρας. / The basic concept of this master thesis is the preparation of nanocomposite materials of polymeric matrices and buckypapers and the determination of their mechanical properties. Buckypapers are thin sheets of entangled carbon nanotubes (CNTs), which are highly porous networks. They are prepared by vacuum filtration of well-dispersed CNT suspension. Final properties of buckypapers can be affected with various factors, such as chemical oxidation of nanotubes, sonication time, vacuum pressure and solvent. Buckypapers from MWCNTs oxidized by either nitric acid or potassium permanganate were prepared. The effect of different oxidation treatment of MWCNTs and different procedure conditions on the mechanical properties of buckypapers is studied. Dry buckypapers prepared by vacuum filtration of well-dispersed CNT - water solution were uniform, smooth and crack-free disks exhibiting significant structural integrity. Homogeneous and dense morphology is achieved not only on the surface but also through the thickness of the buckypapers. High-volume fraction CNT composites were produced by two different techniques – simple soaking with resin solution or autoclave resin film infusion (RFI). In both cases, full impregnation of CNT network with polymer was observed. The materials were tested to determine their mechanical properties. Some of prepared buckypapers-composites showed significant improved mechanical performance.

Η μελέτη της δυνατότητας αποθήκευσης ενέργειας σε σύνθετα συστήματα ελαστομερικής μήτρας με ενσωματωμένα ανόργανα νανοεγκλείσματα, παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον τόσο από τη πλευρά της έρευνας όσο και από τη πλευρά των εφαρμογών. Η μεγάλη τους ανάπτυξη οφείλεται, κυρίως, στην ηλεκτρική συμπεριφορά που παρουσιάζεται σε εναλλασσόμενο πεδίο αλλά και στο ευρύ φάσμα εφαρμογών που περιλαμβάνει τις δομικές και μηχανικές εφαρμογές, τις ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές εφαρμογές και τέλος εφαρμογές σε πεδία όπως η οπτική, οπτοηλεκτρονική, βίο- νανοτεχνολογία και σε διατάξεις αποθήκευσης ενέργειας. Στο πρώτο μέρος της διπλωματικής εργασίας παρουσιάζονται οι βασικές αρχές που αφορούν τα σύνθετα υλικά, τη θεωρία των διηλεκτρικών, την ηλεκτρική απόκριση σύνθετων υλικών με ελαστομερική μήτρα και τις μεθόδους αποθήκευσης ενέργειας σε τέτοια συστήματα. Στο δεύτερο μέρος εξετάζεται η διηλεκτρική απόκριση ελαστομερικών σύνθετων υλικών με ενσωματωμένα νανοσωματίδια στρωματικά άλατα πυριτίου και η δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας μέσω της συνάρτησης πυκνότητας ενέργειας. / The study of the energy storage efficiency in elastomeric matrix composites with embedded inorganic nano-inclusions, presents an increasing interest not only from the research point of view, but also from the technological applications side. Their increased development is mainly ought to their electric behavior, under the influence of an alternating field, but also to a wide range of applications, which include structural and mechanical applications, electric and electronic applications and finally, applications in fields such as optical, optoelectrical, and bio-nanotechnology. At the first part of this final project basic issues concerning composite materials, the theory of dielectrics, electric response of composites materials in a elastomeric matrix, and the methods of energy storing at the examined systems are presented. In the second part, the dielectric response of elastomeric composites with embedded layered silicates nanoinclusions is investigated. Finally, the energy storage efficiency of the nanocomposites is examined via the density of energy.

Η ανακάλυψη των νανοσωλήνων άνθρακα το 1991 από τον Iijima και οι εκπληκτικές ιδιότητες που βρέθηκε ότι παρουσιάζουν προκάλεσε τεράστιο ενδιαφέρον στην επιστημονική κοινότητα και πολλές ερευνητικές ομάδες ανά τον κόσμο ξεκίνησαν την προσπάθεια να εκμεταλλευτούν τις ιδιότητες αυτές στην ανάπτυξη νέων συνθέτων υλικών και εφαρμογών. Από τις σημαντικότερες εφαρμογές που εξαρχής οι νανοσωλήνες δοκιμάστηκαν, ήταν για την ενίσχυση των μηχανικών, ηλεκτρικών και θερμικών ιδιοτήτων των πολυμερών. Πολύ γρήγορα ωστόσο διαπιστώθηκε ότι η ανάμιξη νανοσωλήνων με πολυμερή είναι εξαιρετικά δύσκολη, με αποτέλεσμα τα νανοσύνθετα υλικά που παράγονταν είτε να έχουν πολύ μικρή ενίσχυση των ιδιοτήτων τους, είτε να παρουσιάζουν ιδιότητες υποδεέστερες από την πολυμερική μήτρα. Το πρόβλημα πηγάζει από την σχεδόν μονοδιάστατη δομή των νανοσωλήνων, με αποτέλεσμα να έχουν την τάση να συσσωματώνονται και έτσι να μην διασπείρονται ομογενώς σε μεγάλες συγκεντρώσεις μέσα στην πολυμερική μήτρα με τις υπάρχουσες τεχνικές μορφοποίησης των πολυμερών. Τα παραγόμενα νανοσύνθετα υλικά είναι χαμηλής περιεκτικότητας σε νανοσωλήνες άνθρακα και παρουσιάζουν φτωχές ιδιότητες καθώς, εντέλει, τα συσσωματώματα δρουν ως ατέλειες, και όχι ως ενισχυτικά μέσα. Η παρούσα εργασία φιλοδοξεί να δώσει μια κατεύθυνση προς τη λύση του παραπάνω προβλήματος, της ανομοιογενούς δηλαδή διασποράς νανοσωλήνων σε πολυμερικές μήτρες και να παράγει ένα νανοσύνθετο υλικό με υψηλή περιεκτικότητα σε νανοσωλήνες και βελτιωμένες ιδιότητες σε σχέση με την πολυμερική μήτρα. Η βασική ιδέα είναι η παρασκευή ξηρών υμενίων νανοσωλήνων άνθρακα (τα λεγόμενα buckypapers), αποτελούμενων δηλαδή από δίκτυα νανοσωλήνων άνθρακα περιπλεγμένων μεταξύ τους και κατόπιν η διαβροχή τους από το πολυμερές. Η μέθοδος αυτή έχει το μεγάλο πλεονέκτημα ότι τα υμένια παρουσιάζουν πολύ υψηλό βαθμό ομοιογένειας, η οποία και διατηρείται και μετά την εισροή του πολυμερούς. Το αποτέλεσμα είναι τα παραγόμενα νανοσύνθετα να είναι ομογενή και υψηλής περιεκτικότητας σε νανοσωλήνες. Πιο συγκεκριμένα, στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά εποξειδικής μήτρας με πολυφλοιικούς νανοσωλήνες άνθρακα ως ενισχυτική φάση σε μορφή υμενίων. Η παρασκευή τους έγινε σε τέσσερα στάδια. Αρχικά οι νανοσωλήνες τροποποιήθηκαν επιφανειακά με δύο διαφορετικές χημικές μεθόδους (οξείδωση-εποξείδωση), ώστε να αποφευχθεί η συσσωμάτωσή τους και για να επιτευχθεί καλύτερη χημική συνάφεια με την εποξειδική ρητίνη. Το δεύτερο στάδιο περιελάμβανε την παρασκευή των υμενίων νανοσωλήνων άνθρακα με ή χωρίς οξείδια του γραφενίου, δηλαδή σχηματίστηκαν μακροδομές νανοσωλήνων, οι οποίες και αποτέλεσαν την ενισχυτική φάση για τα νανοσύνθετα υλικά. Στο τρίτο στάδιο παρασκευάστηκαν προεμπτισμένα με ρητίνη υμένια νανοσωλήνων άνθρακα (prepregs), με την εμβάπτιση των υμενίων σε εποξειδική ρητίνη και την κατάψυξή τους, ενώ κατά το τέταρτο στάδιο πραγματοποιήθηκε η παραγωγή των νανοσυνθέτων από τα προεμποτισμένα υμένια με χρήση αυτόκλειστου φούρνου. Στη συνέχεια τα υμένια και τα νανοσύνθετα που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίσθηκαν ώστε να μελετηθεί η δομή και οι ιδιότητες των υλικών αυτών. Οι νανοσωλήνες χαρακτηρίσθηκαν θερμικά με θερμοσταθμική ανάλυση και δομικά με φωτοηλεκτρονιακή φασματοσκοπία ακτίνων Χ και ηλεκτρονική μικροσκοπία. Η δομή των υμενίων μελετήθηκε με ποροσιμετρία υδραργύρου και ηλεκτρονική μικροσκοπία. Μηχανικά, τα υμένια δοκιμάστηκαν με εφελκυσμό και μελετήθηκε η μικρομηχανική τους με φασματοσκοπία Raman. Τα νανοσύνθετα που παρασκευάστηκαν μελετήθηκαν δομικά με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και προσδιορίστηκαν οι μηχανικές, ηλεκτρικές και θερμικές τους ιδιότητες. Η μελέτη των πειραματικών αποτελεσμάτων έδειξε ότι η χημική τροποποίηση της επιφάνειας των νανοσωλήνων επηρεάζει τις ιδιότητες των υμενίων όπως το πορώδες, το οποίο με τη σειρά του επηρεάζει τις ιδιότητες των παραγόμενων νανοσυνθέτων. Υπάρχει δηλαδή άμεση συσχέτιση δομής-ιδιοτήτων μεταξύ των νανοσωλήνων, των υμενίων και των νανοσυνθέτων. Τα παραγόμενα νανοσύνθετα υλικά εμφανίζουν ενισχυμένες μηχανικές, ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες οι οποίες μπορούν να φανούν χρήσιμες για την ανάπτυξη νέων εφαρμογών. / The discovery of carbon nanotubes in 1991 by Iijima and their explicit properties has attracted for many years the scientific interest and many research groups around the world have started an effort to take advantage of these properties for the development of new materials and applications. Carbon nanotubes have been used mostly for the reinforcement of the mechanical, electrical and thermal properties of polymers, but very soon it was found that the dispersion of these nanomaterials into polymers is very difficult and the produced nanocomposites presented negligible reinforcement of their properties, or even inferior than the properties of polymeric matrices. The problem arises from the quasi-one dimensional structure of the nanotubes, leading them to form bundles and preventing them to be dispersed homogenous and in large amounts by the current polymers processing. The aim of the current thesis is to solve the problem of the inhomogeneous dispersion of nanotubes into polymers and to fabricate a high volume fraction nanocomposite material of carbon nanotubes with improved properties compared to the matrix. The basic idea is the formation of thin sheets of randomly entangled nanotubes, the so-called buckypapers, and the impregnation of them by the matrix. The main advantage of this method is that buckypapers are homogenous materials and this homogeneity remains after the infusion of the polymer. More specifically, at this work polymeric nanocomposite materials with carbon nanotubes as reinforcement at the form of buckypapers were produced. The production involved four steps. Firstly, the surface of the nanotubes was modified by two different chemical processed (oxidation-epoxidation) to prevent the formation of bundles and to achieve a better chemical compatibility with the matrix. At a second stage buckypapers were prepared to consist the reinforcement material for nanocomposites. The third step was the soaking of buckypapers into an epoxy resin and the refrigeration to form prepregs and on the final step prepregs were place on an autoclave oven for the curing and the production of the nanocomposites. The nanotubes and the produced buckypapers and nanocomposites characterized to study their structure and properties. Nanotubes characterized by thermogravimetric analysis (TGA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscopy (SEM). Buckypapers structure was studied by porosity measurements and SEM, and their mechanical properties by tensile experiments and Raman spectroscopy. Nanocomposites were studied by SEM and their mechanical, electrical and thermal properties were determined. The study of the experimental results showed that the chemical modification of the nanotubes affects the properties of the buckypapers such as the porosity, which also influences the properties of the subsequent nanocomposites. So there is a strong structure-properties correlation between nanotubes, buckypapers and nanocomposites. The produced nanocomposites presented improved mechanical, electrical and thermal properties that may be useful for the development of new applications.

Η χρήση επιφανειακά τροποποιημένων νανοσωλήνων ως ενισχυτικό μέσο σε πολυμερή σύνθετα υλικά έχει αναφερθεί σε εκτενώς στην βιβλιογραφία [53,77,80]. Στην μελέτη μας εφαρμόστηκαν οξειδωτικές διεργασίες σε νανοσωλήνες πολλαπλού τοιχίου (MWCNTs) για να βελτιωθεί η συμβατότητα τους με την πολυμερική μήτρα. Μελετήθηκε η επίδραση της οξείδωσης στην δομή των MWCNTs με όξινες διεργασίες (HΝΟ3 και ένα μείγμα H2SO4/H2O2) και με μια βασική (ΝΗ4ΟΗ/Η2Ο2). Για να καθαριστεί το πρωτογενές υλικό εφαρμόστηκε μια μη-οξειδωτική διεργασία (με HCl) επίσης . Η ηλεκτρονική μικροσκοπία και η θερμοσταθμική ανάλυση φανέρωσαν ότι το υλικό που είναι τροποποιημένο με HNO3 υπέστη τον υψηλότερο βαθμό υποβάθμισης, όπως τον τεμαχισμό των νανοσωλήνων και επιπρόσθετη παραγωγή ατελειών στο γραφιτικό δίκτυο. Η βασική οξειδωτική κατεργασία οδήγησε σε πλήρη απομάκρυνση του άμορφου άνθρακα και των προσμείξεων μεταλλικών οξειδίων αλλά η δομική ακεραιότητα φάνηκε να είναι ανέγγιχτη. Η φασματοσκοπία XPS χρησιμοποιήθηκε για να επιβεβαιώσουμε τις διαφορετικές λειτουργικές ομάδες καρβοξυλίων και υδροξυλίων που παράγει ο κάθε οξειδωτικός φορέας. Εξετάστηκε η πιθανότητα ελέγχου του απαιτούμενου ποσού δραστικών ομάδων, μέσω των διεργασιών οξείδωσης Οι οξειδωμένοι MWCNTs χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτη ύλη για την παρασκευή ξηρών υμενίων. Τα υμένια MWCNTs παρασκευάστηκαν με διήθηση αιωρήματος νανοσωλήνων που προετοιμάστηκαν από διαφορετικές οξειδωτικές διεργασίες, και μελετήθηκαν οι τοπολογικές και μηχανικές ιδιότητες τους. Οι μηχανικές ιδιότητες των υμενίων έχουν βρεθεί να είναι ισχυρά εξαρτώμενες από τα τοπολογικά χαρακτηριστικά όπως το πορώδες και το μέγεθος των συσσωματωμάτων των νανοσωλήνων. Βρέθηκε ότι υμένια χαμηλού πορώδους που είναι προετοιμασμένα από υψηλά οξειδωμένους CNTs οδηγούν σε ενίσχυση των μηχανικών τους ιδιοτήτων, και εμφανίζουν μεταφορά φορτίου μεταξύ των νανοσωλήνων. Αυτό δίνει την δυνατότητα στα υμένια αυτά να χρησιμοποιηθούν ως ενισχυτικές νανοδομές που αποτελούν (μαζί με την ρητίνη) τις πρώτες ύλες για την παρασκευή πολυμερών συνθέτων υλικών. Τέλος επιχειρήθηκε η παρασκευή πολυμερών νανοσύνθετων με βάση τις ενισχυτικές νανοδομές οξειδωμένων MWCNTs χρησιμοποιώντας την τεχνική RFI (Resin Film Infusion). Τα παραγόμενα υλικά διαθέτουν βελτιωμένο μέτρο ελαστικότητας έναντι της καθαρής ρητίνης, κάτι το οποίο διαπιστώθηκε μέσω μηχανικού εφελκυσμού. Η τεχνική παρασκευής νανοσύνθετων χρήζει περαιτέρω διερεύνησης για την χρήση της σε βιομηχανική κλίμακα, ως μεθόδου παρασκευής προηγμένων υλικών. / The use of surface treated carbon nanotubes as a reinforcing media in polymer composites has been referred widely in literature [53,77,80]. In our work oxidative treatments to multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) was applied in order to improve their compatibility with the polymer matrix. The effect of oxidation on the structure of MWCNTs was studied by acidic treatments (HΝΟ3 and a mixture of H2SO4/H2O2) and by one basic (ΝΗ4ΟΗ/Η2Ο2). To purify the pristine material a non-oxidative treatment (by HCl) was carried out. Electron microscopy and thermogravimetric analysis revealed that HNO3 treated material got the highest degree of degradation, like cutting of nanotubes and extra production of defects on graphitic network. Basic oxidative treatment led to complete removal of amorhous carbon and metal oxide impurities but the structural integrity was kept intact. XPS spectroscopy was used to verify different functionalities, carboxyl and hydroxyl groups, that every oxidation agent produces. Also we examined the possibility of control the required amount of functionalities through different via these oxidation treatments. The oxidized MWCNTs used as raw material for the production of sheets. The MWCNTs sheets were produced by nanotube suspension filtration. The topological and mechanical properties of MWCNTs sheets were studied. Sheet’s mechanical properties were found to be strongly dependent to topological characteristics like porosity and nanotubes clusters’ size. Also was found that low porosity sheets that are prepared by highly oxidized MWCNTs lead to enhancement of their mechanical properties and reveal improved stress transfer between nanotubes. This provides the possibility to MWCNTs sheets to be used as reinforcing nanostructures that comprise (with resin) the main components for manufacturing of polymer composite materials. Finally, production of polymer nanocomposites based on oxidized MWCNTs reinforcing nanostructures was attempted, by using the RFI technique (Resin Film Infusion). The produced materials offer improved Young modulus against neat resin that was examined by tensile testing. The manufacturing technique requires further investigation in order to be applied in industrial grade, as a production method of advanced materials.