Η παρούσα εργασία μελετά την ανάπτυξη ενός ευέλικτου συστήματος αντιμικροβιακής προστασίας για εφαρμογή σε είδη ρουχισμού και υφάσματα οικιακής χρήσης. Πιο συγκεκριμένα αναπτύχθηκαν διασυνδεδεμένα πολυμερικά νανοσφαιρίδια πολυστυρολίου-διβινυλοβενζολίου στα οποία ενσωματώθηκε Triclosan, μία ευρέος φάσματος εμπορική αντιμικροβιακή ουσία. Σημειώνεται ότι στο πλαίσιο ανάσχεσης των ενδονοσοκομειακών λοιμώξεων η ανάπτυξη αντιμικροβιακών νοσοκομειακών στολών, σεντονιών και άλλων σχετικών κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων αποτελούν τις τελευταίες δεκαετίες αντικείμενο έντονου επιστημονικού ενδιαφέροντος. Το μέγεθος των νανοσωματιδίων βρέθηκε μετά από εξέταση με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και δυναμική σκέδαση φωτός (DLS) να κυμαίνεται μεταξύ 35-350 nm ανάλογα την σύσταση. H θερμική συμπεριφορά τους μελετήθηκε μέσω διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) και διαπιστώθηκε σημείο τήξεως στους ~425 οC. Χρησιμοποιώντας την φασματοσκοπία UVVis προσδιορίστηκε ο πραγματικός εγκλωβισμός του αντιμικροβιακού στο σύστημα κατά μέσο όρο σε ποσοστό ~72% του ονομαστικού και παρακολουθήθηκε ο ρυθμός αποδέσμευσης του σε διαλύματα αιθανόλης-νερού. Επιπλέον, τα σφαιρίδια που όπως διαπιστώθηκε παρουσιάζουν χαρακτηριστικά ελεγχόμενης αποδέσμευσης ενσωματώθηκαν σε μήτρες πολυπροπυλενίου οι οποίες υπό την μορφή φιλμ εφελκύστηκαν μονοαξονικά. Τέλος κάνοντας χρήση της δονητικής φασματοσκοπίας Raman εκτιμήθηκε ο μοριακός προσανατολισμός που επιβλήθηκε στα εφελκυσμένα φιλμ και συσχετίσθηκε με την παρατηρούμενη μείωση που επιτεύχθηκε στην κινητική αποδέσμευσης της εγκλωβισμένης δραστικής ουσίας. Το πρώτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας ασχολείται με το πρόβλημα της μικροβιακής επιμόλυνσης υφασμάτων, τις διάφορες λύσεις που έχουν προταθεί κατά καιρούς και τέλος αναλύει τον στόχο της παρούσας εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο επεξηγείται η έννοια της ελεγχόμενης αποδέσμευσης και περιγράφονται οι διάφορες κατηγορίες συστημάτων ελεγχόμενης χορήγησης μαζί με χαρακτηριστικά παραδείγματα. Τα νανοσωματίδια, η σύστασή, οι μοναδικές ιδιότητες, οι εφαρμογές και οι διάφοροι τρόποι σύνθεσης και χαρακτηρισμού τους συζητούνται στο τρίτο κεφάλαιο. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρει πληροφορίες για τα υλικά και επεξηγεί τις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν στην σύνθεση, την επεξεργασία και τον χαρακτηρισμό των νανοσωματιδίων και των μιγμάτων τους. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν και ακολουθεί ο σχολιασμός τους. / The present thesis studies the development of a versatile system of antimicrobial protection for use in clothing and household products. In particular Triclosan incorporated crosslinked polystyrenedinylbenzene nanobeads were developed; triclosan is a widely used antimicrobial agent. It is noted that the health hazards arising during nosocomial treatment due to infections caused by microbial pathogens and the means to protect oneself against such threats have become the subject of many research activities during the last few decades. The size of the nanoparticles after examination with scanning electron microcopy (SEM) and dynamic light scattering (DLS) was found to vary between 35-350 nm depending on the system formulation. Their thermal behavior was studied with differential scanning calorimetry (DSC) and their melting point was measured at ~425 oC. Using UV-Vis spectroscopy the real encapsulation efficiency of the antimicrobial in the system was determined at ~72% and its release kinetics were studied in a water-ethanol solution. The nanobeads possess controlled release properties; they were furthermore incorporated into polypropylene matrixes which were uniaxially drawn in film form. Finally utilizing polarized Raman spectra, the draw induced molecular orientation of the films was correlated to the relevant variation of the related antimicrobial release kinetics. The first chapter of the present thesis reviews the textile microbial infections and the various solutions that have been proposed showing up the specific research goal targeted. In the second chapter the meaning of controlled release is explained and the basic system categories involved are presented along with characteristic examples. The nanoparticles, their composition, special attributes, applications, synthesis and characterization techniques are the subject of the third chapter. The fourth chapter reports information about the materials and the methods used in the synthesis, postprocessing and characterization of the nanoparticles and their blends. Finally the last chapter presents the experimental results and relevant comments.

Στην συγκεκριμένη εργασία παρουσιάζεται ένα μοντέλο προσομοίωσης των Πολυμερών Οπτικών Ινών και συγκεκριμένα των GI-POF ικανό να υπολογίζει την κρουστική απόκριση και τη διασπορά των συγκεκριμένων ινών. Επίσης ακολουθούν προσομοιώσεις 2 απλών συστημάτων μετάδοσης μέσω POF με λέιζερ και φωτοδιόδους χιονοστοιβάδας και ένα πλήρες προσομοιωμένο σύστημα μετάδοσης 2 καναλιών με πολυπλεξία μήκους κύματος μέσω των POF. Σχολιάζονται τα αποτελέσματα και η δυνατότητα χρήσης των ινών στη δομή του δίκτυου Μετάδοσης Κινητής Τηλεφωνίας. Επίσης αναλύονται όλα τα πιθανά πρωτόκολλα για τοπικά οπτικά δίκτυα και όλες οι πληροφορίες για τις POF, τους κατάλληλους πομπούς και δέκτες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μελλοντικές εφαρμογές. / In the specific project it is presented a simulation model of Polymer Optical Fibers and especially of GI-POF capable of calculating the impulse response and the dispersion of the specific fibers. Also next, simulations were realised of 2 simple transmission systems via POF with laser and avalange photodiodes, and a complete simulated transmission system with 2 channels with Wavelegth Division Multiplexing via POF. Results are being discussed as also the possibility of POF use in structure of Transmission Network of Cellular Telephony. In addition, all available protocols for local optical networks are described and all necessary information about POF, suitable transmitters and receivers that can be used in future applications.

Η χρήση των οπτικών ινών στην κατασκευή μητροπολιτικών δικτύων είναι βασικός παράγοντας για την ποιότητα των υπηρεσιών που προσφέρονται στους τελικούς χρήστες, αφού οι οπτικές ίνες είναι η μόνη μακροπρόθεσμη λύση που μπορεί να παρέχει το απαιτούμενο εύρος ζώνης για πολυμεσικές και αλληλεπιδραστικές εφαρμογές σε παγκόσμιο και διεθνές επίπεδο. Η διπλωματική εργασία αυτή απευθύνεται σε άτομα που κατέχουν βασικές γνώσεις πάνω στην τεχνολογία επικοινωνιών και θέλουν να πληροφορηθούν περαιτέρω πάνω σε ζητήματα οπτικής ενίσχυσης σήματος και χρήσης νέων τεχνολογικών μέσων για τον χαρακτηρισμό και την πιστοποίηση long-haul ζεύξεων SMF οπτικών ινών. Στην διπλωματική αυτή αναλύονται θέματα όπως τα είδη εξασθένησης που συναντούμε στις μονότροπες οπτικές ίνες, η χρησιμότητα και η λειτουργικότητα της συσκευής OTDR (Optical time-domain reflectometer) στον χαρακτηρισμό δικτύων οπτικών ινών μεγάλου μήκους, όπως και η δυνατότητα οπτικής ενίσχυσης Raman, μιας μεθόδου με πολλά συγκριτικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παρούσες τεχνολογίες ενίσχυσης οπτικού σήματος με ενισχυτές ίνας ερβίου. / -

H ευρυζωνικότητα δεν είναι μια στενή έννοια αλλά ένα δυναμικό πλαίσιο που αγγίζει ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών, υπηρεσιών και πολιτικοοικονομικών θεμάτων. Συνοπτικά θα λέγαμε ότι η ευρυζωνικότητα χαρακτηρίζει ένα περιβάλλον το οποίο συνίσταται: • Μια δικτυακή υποδομή που έχει τη δυνατότητα να αναβαθμίζεται συνεχώς με μικρό κόστος για να υποστηρίζει τις εκάστοτε ανάγκες των εφαρμογών σε εύρος ζώνης και διαθεσιμότητα • Γρήγορες, συνεχείς και με χαμηλό κόστος συνδέσεις χρηστών στην υποδομή αυτή για τις οποίες δεν τίθενται εγγενείς περιορισμοί που αφορούν τον τύπο τερματικού εξοπλισμού και συστημάτων μετάδοσης • Την ελευθερία επιλογής από το χρήστη της τεχνολογίας και του είδους της σύνδεσης, των υπηρεσιών και εφαρμογών και την δυνατότητα συμμετοχής στην παραγωγή περιεχομένου • Το κατάλληλο θεσμικό και νομικό πλαίσιο για την ενίσχυση της καινοτομίας και του ανταγωνισμού. Όσο αναφορά τις υποδομές και τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται ευρέως στην σύγχρονη εποχή αυτές διαφοροποιούνται σε ενσύρματες και ασύρματες, και από εκεί και πέρα ποικίλουν. Χαρακτηριστικά αναφέρουμε την χρήση των καναλιών της καλωδιακής τηλεόρασης, των καλωδίων του ρεύματος, της οπτικής ίνας καθώς και την χρήση του wi-fi, του WiMAX και των δικτύων κινητής τηλεφωνίας. Θα κάνουμε μια πιο εκτενής ανάλυση της τεχνολογίας της οπτικής ίνας, οποία αποτελεί την βασικότερη υποδομή ενσύρματης δικτύωσης πλέον, περιγράφοντας τα χαρακτηριστικά της καθώς και τους διάφορους τρόπους δικτύωσης που συναντάμε σήμερα, κάνοντας ιδιαίτερη αναφορά στις τεχνολογίες FTTx. Η ανταγωνιστικότητα ενός κράτους στο νέο αυτό περιβάλλον υψηλής τεχνολογίας και ψηφιακής σύγκλισης, συσχετίζεται έντονα με την ύπαρξη προηγμένων δικτυακών υποδομών υψηλής ποιότητας, χωρητικότητας και απόδοσης, ορθολογικά ανεπτυγμένων και κοστολογημένων, οι οποίες προσφέρουν εύκολη, ασφαλή και αδιάλειπτη πρόσβαση στο διεθνές «ηλεκτρονικό πλέγμα» της γνώσης και του εμπορίου, με προσιτά τιμολόγια χωρίς τεχνητούς αποκλεισμούς. Παρά όμως την σχετικά γρήγορη διάχυση της ευρυζωνικότητας, προς το παρόν όλα τα κράτη είναι στα αρχικά βήματα στην εξάπλωση της. Ο ανταγωνισμός στην αγορά έχει παίξει μεγάλο ρόλο στην ανάπτυξη της ευρυζωνικότητας, δεν φαίνεται όμως να είναι αρκετός για την διασφάλιση της γρήγορης εφαρμογής της. Για το λόγο αυτό παγκοσμίως οι κυβερνήσεις διερευνούν και εφαρμόζουν τρόπους για την προώθηση των ευρυζωνικών υποδομών και των υπηρεσιών, την δημιουργία περιεχομένου και την διασφάλιση της δυνατότητας συμμετοχής στο περιβάλλον αυτό όλων των περιοχών και πολιτών. Καθώς όμως η ευρυζωνικότητα είναι ένα πολυσύνθετο θέμα, δεν φαίνεται να έχουν βρεθεί ευρέως αποδεκτές και ακολουθούμενες βέλτιστες πρακτικές. Αντίθετα κάθε κράτος ακολουθεί τις δικές του πρωτοβουλίες με βάση το θεσμικό του πλαίσιο, την πολιτική και την κουλτούρα του, τις οικονομικές και κοινωνικές συνθήκες που επικρατούν. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας θα αναλύσουμε τους στόχους, τα σχέδια, τις πολιτικές και τις στρατηγικές των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής για όλα αυτά που μόλις αναφέρθηκαν. Θα φανούν οι τρόποι με τους ποίους οι Η.Π.Α. σκοπεύουν να αναπτύξουν και να κάνουν προσβάσιμες τις ευρυζωνικές υπηρεσίες στους Αμερικανούς πολίτες, καθώς και τα οφέλη που οι ίδιοι αναμένουν να έχουν από τις υπηρεσίες αυτές σε πολλούς τομείς της καθημερινότητας όπως η εκπαίδευση, η υγεία, η ασφάλεια, η εργασία, η συμμετοχή στα κοινά. / Broadband is not a limited sense, but a dynamic framework that touches a broad range of technologies, services and political and economical issues. Synoptically the broadband features an environment that consists of the following: • A Web-based infrastructure which can be upgraded continuously with low cost due to support the needs of applications to bandwidth and the availability. • Fast, continuous and low cost of user connections to this infrastructure for which there are inherent limitations to the type of terminal equipment and transmission systems. • The user has the option of the technology and type of connection, services and applications and the ability to participate in content production. • The appropriate institutional and legal frame for fostering innovation and competition. The infrastructure and technologies which widely used in modern times are various, and they are divided into wired and wireless. In this point it should be mentioned the use of channels of cable television, cable current, the optical fiber and the use of Wi-Fi, the WiMAX and cellular networks. An extensive analysis of the optical fiber technology, which is the most basic infrastructure, where is now known as wired networking, with description of its characteristics and the various ways of networking in the modern world , with particular reference to technologies FTTx will be followed. The competitiveness of a country in this new environment of high technology and digital convergence correlates strongly with the presence of advanced network infrastructure quality, capacity and performance, rationally developed and costed, which offer easy, secure and uninterrupted access to the international "electronic network" of knowledge and commerce, with affordable rates without artificial exclusions. Despite the relatively rapid diffusion of broadband, currently all States are in the early steps in the spread. The market competition has strongly affected the development of broadband, but it is not sufficient to ensure the rapid implementation. For this reason, governments worldwide are investigating and implementing ways to promote broadband infrastructure and services, content creation and ensuring the participation of all regions and citizens in this environment. Due to the broadband is a complex issue, it seems that practises, which will be widely accepted and followed, are not established yet. Contrary each state follows its own initiatives under the institutional frames, policy and culture, economic and social conditions. As part of this thesis, it will analyze the targets, plans, policies and strategies of the United States of America for all those which were just mentioned. Providing the means that U.S. intend to develop in order to make accessible broadband services to all American citizens, and the expected benefits applying in many areas of daily life, such as education, health, safety, labor and citizenship, from the use of these services.

Διαφυγές αερίων μεθανίου και υδρόθειου από τον πυθμένα του λιμανιού του Κατάκολου, Δυτική Πελοπόννησος, μελετήθηκαν με την χρήση των οργάνων distributed temperature sensor (DTS) και intelligent distributed acoustic sensor (iDAS) από το Εργαστήριο Θαλάσσιας Γεωλογίας & Φυσικής Ωκεανογραφίας, του Παν/μίου Πατρών, σε συνεργασία με την εταιρεία Silixa Ltd. Είναι η πρώτη φορά που τα όργανα DTS & iDAS χρησιμοποιούνται για μελέτη σε υποθαλάσσιο περιβάλλον. Ο σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής ειδίκευσης είναι η δημιουργία θερμικών προφίλ και ακουστικών σινιάλων των φυσαλίδων κατά την διαφυγή τους από τον πυθμένα, και η έρευνα για την εφαρμοσιμότητα των δύο οπτικών ινών για ανίχνευση και αναγνώριση των υποθαλάσσιων διαφυγών αερίων. Για την επίτευξη του στόχου δημιουργήθηκαν, αρχικά, χωρικές κατανομές μέσης θερμοκρασίας και τυπικής απόκλισης θερμοκρασίας, καθώς και διαγράμματα θερμοκρασίας-απόστασης ώστε να εντοπιστούν πιθανές διαφυγές αερίων. Στην συνέχεια, οι χωρικές κατανομές συγκρίθηκαν με τα ακουστικά δεδομένα του iDAS με σκοπό την επιβεβαίωση των διαφυγών σε συγκεκριμένα σημεία κατά μήκος του καλωδίου. / A sizeable seepage of gas containing methane and hydrogen sulphide on the seafloor of Katakolo Bay in Western Greece was monitored using both a distributed temperature sensor (DTS) and an intelligent distributed acoustic sensor (iDAS) by the Laboratory of Marine Geology and Physical Oceanography, the Department of Geology, the University of Patras, in association with Silixa, Ltd. It was the first time that DTS and iDAS were used in a sub-marine environment. The aim of this thesis is to produce a thermal profile and study noise signal of seafloor seepages via bubble metrics and to investigate the applicability of both optical fibers to underwater seepage detection and recognition. This aim was to be achieved utilizing a two-fold methodology. Firstly, temperature and standard deviation spatial distributions and temperature-distance diagrams along the fiber were calculated in order to detect possible gas seepage. These figures were then used to ascertain whether and to what extent water current could impact measurement methodology. Secondly, spatial distributions were compared with acoustic data of iDAS in order to confirm the seepages along the fiber.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην πρόβλεψη της διείσδυσης της FTTH (Fiber To The Home) τεχνολογίας στο σύνολο των αστικών και ημιαστικών περιοχών της Βόρειου Αμερικής. Η εν λόγω πρόβλεψη γίνεται με την χρήση μοντέλων διείσδυσης και μοντέλων ARIMA, ενώ γίνεται και σύγκριση με το αποτέλεσμα τροποποιημένων γενετικών αλγόριθμων, καθώς και με πραγματικές τιμές. Βασικός στόχος είναι να προβλέψουμε όσο το δυνατόν καλύτερα πώς θα συμπεριφερθεί η διείσδυση της συγκεκριμένης ευρυζωνικής υπηρεσίας στο εγγύς μέλλον. Γίνεται επίσης εκτενής αναφορά στα δίκτυα πρόσβασης, την αρχιτεκτονική των δικτύων, στις ευρυζωνικές υπηρεσίες και στις ευρυζωνικές τεχνολογίες πρόσβασης που υπάρχουν στις μέρες μας, καθώς και στα μοντέλα με τα οποία μπορεί να γίνει πρόβλεψη, με χρήση παρελθοντικών τιμών. / This dissertation concerns the provision FTTH (Fiber To The Home) penetration in urban and suburban areas of North America. This prediction is a result of the use of diffusion models, Arima Models, while the results of those models are compared with the results of modified genetic algorithms and real data. The main objective is to predict as better, as possible, the conduct of penetration, of a spesific broadband service in the near future. Another part of this dissertation, is an extensive reference to access networks, network architecture and broadband services and broadband access technologies that exist today,as well as, to models that prediction can be achieved, with the use of past values.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη λογισμικού για τον υπολογισμό της φέρουσας ικανότητας σύμμικτου στοιχείου ΙΑΜ-ΟΣ (Ινοπλέγματος Ανόργανης Μήτρας-Οπλισμένου Σκυροδέματος) τύπου πλακολωρίδας. Η ανάπτυξη του λογισμικού έγινε αρχικά στην DIGITAL Visual Fortran v6.0 και στην συνέχεια μεταγλωττίστηκε σε Microsoft Visual Basic 6.0. Η εργασία αποτελείται από πέντε(5) κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται γενικές πληροφορίες για τα Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας, για την συνάφεια, την μηχανική τους συμπεριφορά, την αντοχή στον χρόνο και στην φωτιά καθώς και παραδείγματα χρήσης τους σε διάφορες εφαρμογές. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικότερα είδη ινών που χρησιμοποιούνται σήμερα καθώς και οι ιδιότητες τους. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά ο αλγόριθμος του προγράμματος και πιο ειδικά οι βρόγχοι υπολογισμού των ροπών διαρροής και αστοχίας καθώς και ο υπολογισμός της βύθισης. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η χρήση του προγράμματος, παραθέτοντας εικόνες από το γραφικό του περιβάλλον. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται διάφορες εφαρμογές που έγιναν με χρήση του λογισμικού παράλληλα με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα. Στο τέλος κάθε εφαρμογής εξάγονται συμπεράσματα για κάθε ένα από τα αποτελέσματα. Από την εργασία προκύπτει ότι υπάρχουν ακόμα μεγάλα περιθώρια εμπλουτισμού του λογισμικού με περισσότερα στοιχεία. Αυτά μπορεί να αφορούν τα χρησιμοποιούμενα υλικά (π.χ. να χρησιμοποιεί το πρόγραμμα περισσότερες πληροφορίες που να περιγράφουν τα ινοπλέγματα ανόργανης μήτρας), τους βρόγχους υπολογισμού των εσωτερικών δυνάμεων iii και ροπών (να είναι πιο ακριβής) , αλλά και την επίλυση πιο σύνθετων δομικών στοιχείων όπως είναι η πλάκα. / This project is about designing a program which calculates the bearing ability of a plate.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη τηλεπικοινωνιακής κίνησης και η αποτίμηση της επίδοσης OCDMA δικτύων ως προς την πιθανότητα φραγής κλήσης. Αρχικά γίνεται αναφορά στην εξέλιξη και τις ιδιότητες των οπτικών ινών και των οπτικών δικτύων. Στη συνέχεια περιγράφονται τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες των OCDMA συστημάτων. Ακολούθως χρησιμοποιούνται αναλυτικά μοντέλα, τα οποία υλοποιούνται στη γλώσσα προγραμματισμού C, για τον υπολογισμό των πιθανοτήτων φραγής κλήσης σε συγκεκριμένα οπτικά δίκτυα στα οποία υφίσταται μία υπηρεσία (service class). Τα αποτελέσματα των μεθόδων ανάλυσης συγκρίνονται με τα αποτελέσματα της αντίστοιχης προσομοίωσης που υλοποιείται με χρήση της γλώσσας προσομοίωσης SIMSCRIPT ΙΙ.5. Τέλος, η προναφερθείσα διαδικασία πραγματοποιείται για οπτικά δίκτυα πρόσβασης υπό την παρουσία πολλών υπηρεσιών και επιπρόσθετων ειδών θορύβου. / The objective of this thesis is the study of telecommunications traffic and the progress evaluation of OCDMA networks. In the first place,my essay starts with presentation of optical fiber technology.At the second chapter we focus on the characteristics of OCDMA systems.Finally,using analytical models,we calculate the blocking probabilities in certain optical networks that support one service class. The analytical results are compared with the relevant simulation results. Moreover,the above procedure applies for optical access networks with many service classes plus extra kinds of additive noise.

Κατά την διάρκεια των αμέσως προηγούμενων δεκαετιών, η οικοδομική βιομηχανία ενσωμάτωσε τα πολυμερή και τα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας στο φάσμα των μεθόδων και υλικών που χρησιμοποιεί για ένα μεγάλο αριθμό εφαρμογών. Τα υλικά πολυμερικής μήτρας μπορούν είτε να εφαρμοστούν σε υφιστάμενα στοιχεία των κατασκευών (π.χ. ελάσματα άνθρακα σε στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα) ή μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την αντικατάσταση συμβατικών δομικών υλικών (π.χ. αντικατάσταση ράβδων χάλυβα με ράβδους υάλου ή άνθρακα). Εφόσον το σκυρόδεμα είναι ένα από τα πιο σημαντικά σύγχρονα οικοδομικά υλικά, έχει διεξαχθεί εκτεταμένη έρευνα στον τομέα της χρήσης πολυμερών για την βελτίωση των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του. Δύο κύριες στρατηγικές έχουν ακολουθηθεί: Η πρώτη στρατηγική δεν αλλοιώνει την τσιμεντοειδή μήτρα του υλικού. Δυο κατηγορίες έχουν προκύψει από την εφαρμογή αυτής της στρατηγικής : το εμποτισμένο με πολυμερή σκυρόδεμα (Polymer Impregnated Concrete (PIC) και το τροποποιημένο με πολυμερή σκυρόδεμα (Polymer Modified Concrete (PMC). Το PIC είναι σκυρόδεμα που μετά την σκλήρυνση του έχει εμποτιστεί με ένα πολυμερές χαμηλού ιξώδους ενώ το PMC είναι ένα σκυρόδεμα στην μάζα του οποίου, ενώ βρίσκεται ακόμα στην ρευστή φάση, έχουν προστεθεί πολυμερή. Η δεύτερη στρατηγική η τσιμεντοειδής μήτρα του σκυροδέματος αντικαθίσταται εντελώς από μια πολυμερική μήτρα. Το παράγωγο αυτής της διαδικασίας ονομάζεται πολυμερικό σκυρόδεμα {Polymer Concrete (PC)}. Αυτή η εργασία είναι μια πειραματική διερεύνηση των μηχανικών ιδιοτήτων πολυμερικού σκυροδέματος που αποτελείται από εποξειδική ρητίνη και μαρμαρόσκονη, που από κοινού θα αποτελούν την υβριδική μήτρα του υλικού, και διάφορους τύπους ενίσχυσης όπως ίνες υάλου, σφαιρίδια υάλου και ίνες χάλυβα. Οι μηχανικές ιδιότητες (μέτρο ελαστικότητας και αντοχή) των υλικών διερευνήθηκαν υπό συνθήκες κάμψης τριών σημείων (TPB) ενώ αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε ένα εμπειρικό μοντέλο σε μια προσπάθεια να υπολογιστεί η μεταβολή του μέτρου ελαστικότητας συναρτήσει της περιεκτικότητας σε ενίσχυση. Επιπρόσθετα, η δομή των υλικών που κατασκευάστηκαν διερευνήθηκε με την μέθοδο της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (Scan Electron Microscopy - SEM). Τα πολυμερή είναι γνωστό ότι υφίστανται έντονη υποβάθμιση των μηχανικών τους ιδιοτήτων υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών. Για τον λόγο αυτό ακολουθήθηκε μια πειραματική διαδικασία ώστε να διερευνηθεί ποσοτικά η έκταση αυτής της υποβάθμισης όταν το υλικό υποβληθεί σε μια ανοικτή φλόγα αερίου (βουτανίου/προπανίου). Επιπροσθέτως, διερευνήθηκε η επίδραση της περιεκτικότητας σε ενίσχυση στον περιορισμό της έκτασης της υποβάθμισης, ενώ έγινε προσπάθεια για την ανάπτυξη και εφαρμογή μοντέλων για την πρόβλεψη της υποβάθμισης που προκαλείται υπό διαφορετική χρονική διάρκεια έκθεσης στην φλόγα.Τέλος, και εξαιτίας του γεγονότος ότι τα πολυμερή χαρακτηρίζονται από έντονη βισκοελαστική συμπεριφορά, διεξήχθη μια πειραματική διαδικασία (χαλάρωση υπό συνθήκες κάμψης τριών σημείων) με σκοπό να μελετηθούν οι βισκοελαστικές ιδιότητες των υλικών που κατασκευάστηκαν. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν μοντέλα που μπορούν να αναπαράγουν την βισκοελαστική συμπεριφορά τους. / During last decades, building industry has incorporated polymers and polymer matrix composites in the spectrum of the available methods and materials for a number of applications. Polymers matrix composites can either be applied on existing structure members (e.g. carbon fiber plates on concrete beams) or they can be used to substitute traditional building materials (e.g. glass or carbon fibers rebars substituting concrete reinforcement steel rebars). Since concrete is one of the most important modern building materials, quite extensive research has been made in the field of enhancing its properties by the use of polymers. Two main strategies have been followed. First strategy does not alter the cementious composition of the material. Two main categories are derived from this approach: Polymer Impregnated Concrete (PIC) and Polymer Modified Concrete (PMC). PIC is hardened concrete which is impregnated by a low-viscosity polymer, while PMC is a cementious concrete which, when still in liquid phase, polymers are added in its mass. In the second strategy, cementious matrix is totally replaced by a polymer. The product of these procedure is called Polymer Concrete (PC). This work is an experimental investigation of a polymer concrete material consisting of a polymer epoxy matrix and marble sand, serving as a hybrid matrix, and various types of reinforcements, namely short E-glass fibers, E-glass beads and short stainless steel fibers. The mechanical properties (stiffness and flexural strength) of the materials are investigated by means of three-point bending tests (TPB) and a empirical model is developed and applied in order to reproduce the stiffness variation due to variation of the reinforcement content. Additionally, scan electron microscopy (SEM) was used in order to investigate the structure of the materials that were manufactured. Since polymers are known to exhibit high degradation of their mechanical properties under elevated temperatures, an experimental scheme was conducted to investigate, in a quantitative manner, the extend of degradation that an open gas flame causes to the materials manufactured. The role of reinforcement content in limiting mechanical degradation was studied. Additionally, an effort was made to develop and apply models capable of predicting degradation at different exposure to flame time periods. Finally, and due to the fact that polymers are characterized by strong viscoelastic behavior, an experimental procedure was conducted in order to investigate relaxation behavior of the materials manufactured and tested. Relaxation experiments were conducted on material specimens and the results were used to apply and validate a number of models used to reproduce their viscoelastic behavior.

During this thesis, it has been proved that the electrical conductivity of multilayered and electrically anisotropic carbon fiber materials can be expressed by an equivalent second order tensor, which is equal to sum of each layer’s electrical conductivity tensor. The aforementioned equivalent electrical conductivity tensor is valid assuming that the material’s thickness is negligible compared to the other dimensions of the body. The mathematical expression for the prediction of the electrical conductivity of a multilayered material for any stacking sequence, is based on the electric current conservation, and was validated using different methods. Each layer’s electrical conductivity was experimentally studied at the two principal directions. Transverse to the fibers’ direction, an empirical model was developed for the prediction of the electrical conductivity as a function of the layer’s thickness, of the fibre volume fraction and of temperature. All cases involved the study of multidirectional and unidirectional carbon fiber materials without the presence of matrix (porous form – CF preform) as well as in the presence of polymeric matrix (CFRP). The validation of the equivalent tensor was achieved through three different ways: a) through the measurement of the electric resistance, for various stacking sequences, b) through the Joule heating effect, by recording and comparing the developing temperature field to the respective numerically calculated, c) through 3D numerical models which approximate the analytical solution of the 2D domain problem. Moreover using the finite difference method, certain electrothermal models were developed in order to study the temperature field for different stacking sequences. The electrical problem can be expressed by an elliptic PDE, for the case where the material is electrically anisotropic and homogeneous, or non-homogeneous. On the other hand, the transient heat transfer problem involves the case where the material is thermally anisotropic and homogeneous. Using the equivalent tensor, the 3D domain problem is simplified to a 2D domain problem resulting in less computational requirements for the solution of the problem. The present research study could be used in a plethora of application, such as the development of carbon fibre reinforced heating elements (direct heating CFRP molds) as well as damage detection in multidirectional composite materials with electrical conductive reinforcement. / Κατά τη διάρκεια της παρούσας διδακτορική διατριβής, αποδείχθηκε ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα των πολύστρωτων και ηλεκτρικά ανισότροπων υλικών με ίνες άνθρακα, μπορεί να εκφραστεί από έναν ισοδύναμο τανυστή δεύτερης τάξης, ο οποίος είναι το άθροισμα των τανυστών κάθε στρώσης. Ο ισοδύναμος τανυστής ισχύει υποθέτοντας ότι το πάχος συγκριτικά με τις υπόλοιπες διαστάσεις του υλικού είναι πολύ μικρό. Η μαθηματική έκφραση με την οποία μπορεί να προβλεφθεί η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός πολύστρωτου υλικού για οποιαδήποτε αλληλουχία στρώσεων αποδείχτηκε με συστηματικό τρόπο και βασίζεται στην αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα κάθε στρώσης μελετήθηκε πειραματικά στις δύο κύριες διευθύνσεις. Κάθετα στη διεύθυνση των ινών αναπτύχθηκε ένα εμπειρικό μοντέλο πρόβλεψης της ηλεκτρικής αγωγιμότητας συναρτήσει του πάχους της στρώσης, της περιεκτικότητας σε ίνες άνθρακα και της θερμοκρασίας. Σε όλες τις περιπτώσεις μελετήθηκαν πολύστρωτα υλικά ινών άνθρακα χωρίς μήτρα (πορώδης μορφή-CF preforms) και με πολυμερική μήτρα (CFRPs). Η επιβεβαίωση της εγκυρότητας του ισοδύναμου τανυστή έγινε με τρεις διαφορετικούς τρόπους: α) μέσω μετρήσεων της ηλεκτρικής αντίστασης, για διαφορετικές αλληλουχίες στρώσεων, β) μέσω του φαινομένου Joule, καταγράφοντας και συγκρίνοντας το αναπτυσσόμενο θερμοκρασιακό πεδίο με το θερμοκρασιακό πεδίο που υπολογίζεται αριθμητικά, γ) μέσω τρισδιάστατων αριθμητικών μοντέλων όπου τείνουν στην αναλυτική λύση του δισδιάστατου προβλήματος. Στη συνέχεια αναπτύχτηκαν ηλεκτροθερμικά μοντέλα με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών με σκοπό τη μελέτη του θερμοκρασιακού πεδίου για διαφορετικές αλληλουχίες στρώσεων. Το ηλεκτρικό πρόβλημα εκφράζεται από μία ελλειπτική διαφορική εξίσωση όπου το υλικό είναι ηλεκτρικά ανισότροπο και ομογενές ή μη ομογενές ενώ το θερμικό πρόβλημα είναι θερμικά ανισότροπο και ομογενές. Χρησιμοποιώντας τον ισοδύναμο τανυστή το τρισδιάστατο πρόβλημα μετατρέπεται σε ένα δισδιάστατο πρόβλημα με αποτέλεσμα να απαιτούνται λιγότεροι πόροι για την επίλυση του προβλήματος. Η συγκεκριμένη εργασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μία πληθώρα εφαρμογών όπως στην ανάπτυξη και στη λειτουργία θερμαινόμενων στοιχείων ενισχυμένων με ίνες άνθρακα (καλούπια όπου το θερμαντικό στοιχείο το αποτελούν οι ίνες άνθρακα) αλλά και στην ανίχνευση βλάβης συνθέτων υλικών με αγώγιμη ενίσχυση.