The main purpose of the present work is to develop an innovative system for Structural Health Monitoring (SHM) of aerospace composite structures based on dynamic strain measurements in order to identify in an exhaustive way the structural state condition. Fiber Bragg Grating (FBG) optical sensors will be used for the recording of dynamic strain measurements from a composite structure. The methodology that will be developed for structural damage detection will use the collected dynamic response data and will analyze them through a statistical data-driven learning model, i.e. an artificial neural network, coupled with wavelet multi-resolution analysis. This methodology will be the core of the SHM system. Structural damage will be initially simulated by slightly varying the mass properties of the structure. As a second step, actual damage was introduced to the structure. The structural dynamic behavior has been numerically simulated and experimentally verified by means of vibration testing. The analysis of operational dynamic responses will be employed to identify both the damage and its position. / Αντικείμενο της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος παρακολούθησης βλάβης για αεροδιαστημικές κατασκευές με αισθητήρες οπτικών ινών (Fiber Bragg Grating, FBG) με χρήση μετρήσεων δυναμικής απόκρισης και τεχνικών επεξεργασίας σήματος. Οι αισθητήρες οπτικών ινών FBG χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες ανίχνευσης παραμόρφωσης, εκμεταλλευόμενοι την μεταβολή του μήκους κύματος του φωτός που διέρχεται από αυτούς κατά την διαστολή ή τη συστολή τους. Η απλή μονότροπη τηλεπικοινωνιακή οπτική ίνα εκτίθεται σε συγκλίνουσες δέσμες UV laser light. Οι δέσμες αυτές όταν διασταυρώνονται παρεμβάλλει η μια την άλλη, μεταβάλλουν μέρος της δομής της οπτικής ίνας και αλλάζουν περιοδικά τον δείκτη διάθλασης δημιουργώντας διαφορετικές περιοχές υψηλού και χαμηλού δείκτη διαθλάσεως στον πυρήνα της ίνας. Η τροποποιημένη ζώνη της ίνας λειτουργεί σαν οπτικό φίλτρο, αντανακλώντας μια ελάχιστη ποσότητα του ευρυζωνικού σήματος, επιτρέποντας παράλληλα στο υπόλοιπο φως να συνεχίσει την πορεία του μέσα στην ίνα. Αυτή η τροποποιημένη περιοχή είναι ευαίσθητη στην τάση εφελκυσμού και στις μεταβολές θερμοκρασίας. Πλεονεκτήματα των αισθητήρων FBG είναι τα ακόλουθα: Απρόσβλητοι στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, απαιτούν μηδενική ενέργεια, προσφέρουν μακροχρόνια σταθερότητα, προσφέρουν ευκολία και χαμηλό κόστος εγκατάστασης, έχουν πολύ μικρές διαστάσεις, μεγάλη ακρίβεια και σχεδόν μηδενικό βάρος, μπορούν να σχηματίσουν συστοιχίες πολλαπλών οπτικών αισθητήρων σε μία μόνο οπτική ίνα (multiplexing) και μπορεί να γίνει ενσωμάτωσή τους σε σύνθετα υλικά. Οι αισθητήρες οπτικών ινών FBG μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνται μόνο για στατικές μετρήσεις. Οι στόχοι της παρούσας διατριβής είναι οι ακόλουθοι: Χρήση αισθητήρων οπτικών ινών FBG για μετρήσεις δυναμικής απόκρισης με σκοπό την παρακολούθηση καλής λειτουργίας και την εύρεση βλάβης κατασκευών από σύνθετα υλικά. Εκτέλεση ειδικά επιλεγμένων μηχανικών δοκιμών σε τρία είδη κατασκευών, αεροναυπηγικών και αεροδιαστημικών, από lab-scale κατασκευή σε πραγματική αεροδιαστημική κατασκευή. Διερεύνηση της καταλληλότερης τοπολογίας αισθητήρων οπτικών ινών στη σύνθετη κατασκευή και διερεύνηση του καταλληλότερου τρόπου τοποθέτησής τους. Ανάπτυξη του συστήματος παρακολούθησης βλάβης των κατασκευών με βάση αρχικά προσομοιωμένη βλάβη (μεταβάλλοντας το μητρώο μάζας της κατασκευής) και στα τελευταία στάδια πειραμάτων, με βάση πραγματική βλάβη (ρωγμή) στις στρώσεις του σύνθετου υλικού. Ανάπτυξη και εφαρμογή καινοτόμων τεχνικών επεξεργασίας για τα σήματα παραμόρφωσης βασιζόμενες στο μετασχηματισμό κυματιδίων. Ανάπτυξη στατιστικών δεικτών ευαίσθητων στην παρουσία βλάβης από την επεξεργασία των σημάτων των αισθητήρων FBG. Εκπαίδευση και επαλήθευση τεχνητού νευρωνικού δικτύου με βάση επιλεγμένους δείκτες για εύρεση βλάβης (μέγεθος βλάβης και τοποθεσία). Διερεύνηση και ανάπτυξη μεθόδου διάγνωσης βλάβης βασισμένο σε πειραματική modal ανάλυση μέσω των σημάτων παραμόρφωσης από τους αισθητήρες οπτικών ινών Fiber Bragg Gratings. Πειραματική modal ανάλυση μέσω των σημάτων παραμόρφωσης και υπολογισμός των ιδιομορφών παραμόρφωσης της κατασκευής μέσω των FBG σημάτων.

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιείται μελέτη και υλοποίηση μεθοδολογιών εντοπισμού Ακουστικής Εκπομπής (ΑΕ) στα πλαίσια του Μη Καταστροφικού Ελέγχου (ΜΚΕ). Αρχικά παρουσιάζονται οι γενικότερες κατηγορίες μεθόδων ΜΚΕ και γίνεται μια κριτική ανάλυση των δημοφιλέστερων. Επίσης γίνεται αναφορά στο φαινόμενο του πιεζοηλεκτρισμού καθώς και των βασικότερων χαρακτηριστικών των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων που χρησιμοποιούνται ευρέως για την μέτρηση σημάτων ΑΕ. Εν συνεχεία πραγματοποιείται μια εκτενής αναφορά στη μέθοδο της ΑΕ, παρουσιάζοντας τα πλεονέκτημα και μειονεκτήματα της μεθόδου, τον τρόπο παραγωγής και διάδοσης των ακουστικών κυμάτων, τα φαινόμενα της εξασθένισης και της ταχύτητας διάδοσης καθώς και τον απαραίτητο εξοπλισμό για την μέτρηση των σημάτων ΑΕ. Αναφέρονται τα είδη σημάτων ΑΕ, οι βασικές παράμετροι που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για τον εντοπισμό και ανάλυση αστοχιών καθώς και θεωρητικά μοντέλα για την προσομοίωση τέτοιων σημάτων στο Η/Υ. Εν συνεχεία αναλύεται το σημαντικό θέμα του εντοπισμού της θέσης της ακουστικής εκπομπής εξετάζοντας διάφορες μεθοδολογίες που έχουν αναπτυχθεί στην βιβλιογραφία. Οι μέθοδοι χρησιμοποιούν τους χρόνους άφιξης των σημάτων ή κάποιων χαρακτηριστικών αυτών για να υπολογίσουν την απόσταση αισθητήρων – πηγής και τελικά την θέση της πηγή. Τέλος παρουσιάζεται και αξιολογείται μεθοδολογία εντοπισμού της θέσης της ΑΕ υπολογίζοντας τους διαφορετικούς χρόνους άφιξης των φασματικών συνιστωσών του σήματος σε ένα αριθμό αισθητήρων. Αρχικά αναπτύχθηκε αλγόριθμος για τον υπολογισμό των χρόνων άφιξης των φασματικών χαρακτηριστικών χρησιμοποιώντας τα φίλτρα Goertzel. Ο αλγόριθμος υλοποιήθηκε σε υπολογιστικό μοντέλο (μέσω του λογισμικού MATLAB ) και αξιολογήθηκε για διαφορετικές θέσεις της πηγής. Σε κάθε περίπτωση η μέθοδος υπολογίζει με μεγάλη ακρίβεια τους χρόνους άφιξης των χαρακτηριστικών . Έχοντας μετρήσει τους χρόνους άφιξης οι κανονικοποιημένες αποστάσεις υπολογίζονται ελαχιστοποιώντας την συνάρτηση τετραγωνικού σφάλματος μεταξύ των πραγματικών χρόνων και των μετρούμενων χρόνων των φασματικών συνιστωσών και τέλος η ακριβής θέση της πηγής υπολογίζεται αναλυτικά ελαχιστοποιώντας την συνάρτηση τετραγωνικού σφάλματος μετρούμενων και πραγματικών αποστάσεων πηγής και αισθητήρων. Οι παραπάνω αλγόριθμοι υλοποιήθηκαν σε υπολογιστικά μοντέλα και αξιολογήθηκαν σε διάφορα υπολογιστικά πειράματα. Στα παραπάνω πειράματα δοκιμάζονται οι αλγόριθμοι για διαφορετικές θέσεις πηγής και αισθητήρων στο επίπεδο και τον χώρο. Επίσης αναλύεται η επίδραση του θορύβου των μετρήσεων προσθέτοντας λευκό Γκαουσιανό θόρυβο στις αρχικές παραμέτρους.Εδώ πρέπει να εξεταστεί η τροποποίηση του αλγορίθμου και η χρήση παραπάνω αισθητήρων για την μείωση της επίδρασης του θορύβου. / The objective of this thesis is the study and implementation of several methods for the Acoustic Emission (AE) source location. The thesis starts with a critical survey of several Non Destructive Testing (NDT) techniques as well as with a presentation of the basic characteristics of piezoelectric sensors. An extensive presentation of the AE method follows, including topics as the advantages and disadvantages of the method, acoustic emission sources and propagation of AE waves, attenuation and wave velocity, instrumentation. The different types of AE source signals as well as their basic parameters used to detect and identify several structural faults are reported. The methods of AE source location are analyzed. Most of methods use AE signals or signal characteristics Time of Arrival (TOA) to estimate the distances between the source and the sensors and finally the exact source location. Finally, an algorithm for calculation of TOA of several frequencies on different sensors is developed. The algorithm uses Goertzel filters on a moving window of the original signal to identify the TOA of different frequencies. Algorithm is implemented in MATLAB and its performance is evaluated using different source – sensors configurations. In all cases algorithm estimates with high accuracy the TOA . Based on the estimated TOA the normalized distances are estimated by minimizing the Sum of Square Errors (SSE) between the calculated and the real TOA and finally, the AE source location is estimated by minimizing the SSE between the calculated and the real distances between sensors and the AE source. The above algorithms are implemented in MATLAB as well, and their performance is evaluated for different configurations and noise levels.

Σε αυτή τη Διπλωματική εργασία μελετάται η ταλαντωτική συμπεριφορά μιας κυκλικής πλάκας γραφενίου προκειμένου να διαπιστωθεί αν μπορεί να λειτουργήσει σαν νανομηχανική συσκευή ανίχνευσης μάζας. Για το λόγο αυτό δημιουργήθηκε και χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων. Σε αυτό το μοντέλο οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων και οι σχετικές κινήσεις αυτών προσομοιώθηκαν με κατάλληλα ελατήρια των οποίων η δυσκαμψία έχει υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ενέργεια δεσμού από τη θεωρία των μορίων. Ακόμη, τα άτομα του άνθρακα προσομοιώνονται με μάζες στη θέση των ατόμων άνθρακα. Το αναπτυχθέν μοντέλο αναπαριστά το δίσκο του γραφενίου σαν ορθότροπο υλικό. Προκείμενου να αποκτηθεί μια καλή εικόνα της συμπεριφοράς του κυκλικού γραφενίου γίνεται αρχικά διερεύνηση της ελεύθερης ταλάντωσης για διάφορες διαμέτρους αυτού. Επιπλέον, εξετάζεται η ταλαντωτική συμπεριφορά του γραφενίου με την προσκόλληση μάζας διαφόρων μεγεθών και σε διάφορες θέσεις πάνω στο γραφένιο κατά μήκος της ακτίνας του. Η επεξεργασία των μοντέλων έχει ως αποτέλεσμα τις φυσικές συχνότητες ταλάντωσης του γραφενίου και τις αντίστοιχες ιδιομορφές των φύλλων γραφενίου με ή χωρίς την προσκολλημένη μάζα παρέχοντας τα ταλαντωτικά τους χαρακτηριστικά. Επομένως, έχοντας δημιουργήσει μοντέλα για διάφορες διαμέτρους και μάζες μπορεί να εξεταστεί και να αποκτηθεί μια πλήρης εικόνα για την ενδεχόμενη ταλαντωτική συμπεριφορά του κυκλικού μονοστρωματικού δίσκου γραφενίου σαν αισθητήριο μάζας. / In this Diploma thesis is studied the vibrational behavior of a circular graphene sheet so as to investigate if this can operate as a nanomechanical system of mass sensing. For this purpose a finite elements’ model was created and being used. In this model the interatomic interactions and their relative positions are simulated by equivalent spring elements whose stiffness derived by corresponding potential energies provided by molecular theory and expressing the resistance in relative movements between carbon atoms under deformation. Moreover, the inertial effects of the system are simulated by using appropriate lumped masses in atomic positions. The model created represents the graphene plate as an orthotropic material. In order to obtain a full view of the behavior of circular graphene, firstly is been done investigation of its free vibration for different diameters of the plate. After that, is studied the Vibrational behavior with a mass lying on it. The solution gives the natural frequencies and corresponding mode shapes of vibration of individual graphene sheets and graphene-attached mass systems providing their vibrational characteristics. Subsequently, assuming the geometric characteristics of graphene as well as the weight and position of the attached mass as the global design parameters, a parametric study on mass sensing characteristics is presented in order to examine the potential behavior of a circular graphene monolayer as mass sensor.

This thesis addresses novel nanocomposite materials by incorporating quantum dots, and other nanoentities, into polymer and sol-gel derived matrices, aiming to produce integrated photonic structures. Its objectives embrace the synthesis and the investigation of photonic materials, together with alternative fabrication methodologies enabling the effective integration of functional nanocomposite photonic structures, such as active waveguides, micro-ring structures and diffractive optical elements for sensing applications. Design, synthesis and characterization of nanocomposite materials in this context, involves QD incorporation in tailored-made polymers, synthesized using radical polymerization as well as QD embedment in titania matrices synthesized via sol-gel methods. Low cost sol-gel derived silica incorporating NiCl2 ¬ nanoentities was exploited in the proposed scheme of remote point sensing for ammonia detection. Commercially available hybrid organic/inorganic materials of the ORMOCER family are also used for structure fabrication. Further to microscopy, characterization of the materials mainly includes spectroscopic studies and refractive index measurements using reflectance interferometry. For the demonstration of complex photonic structures by using nanocomposites elaborated studies are presented here focusing on two fabrication methods: a) direct laser ablative microfabrication using ArF excimer radiation at λ=193 nm and, b) soft lithography. To achieve this, a fully automated ArF excimer laser microfabrication station was established comprising computer controlled nanopositioning and laser beam control, as well as various prototype materials synthesis and fabrication devices. QD/polymer computer generated holograms, waveguides and micro-ring structures were simulated, designed and fabricated. Specific protocols and method were established. A modified solvent-assisted soft lithography method was also used for micropatterning and fabrication of photonic structures using QD/polymer and QD/titania films in conjunction to common UV and thermally curable materials. A solvent vapor smoothing process was found to significantly enhance the quality of the structures as observed with scanning electron microscopy. QD/polymer computer generated holograms, diffractive optical elements, micro-ring structures, vertical cavity resonators and other advanced photonic structures comprising quantum dot nanocrystals and nano-entities are investigated. A new photonic sensing scheme is proposed and demonstrated here for remote, spatially-localized sensing. It comprises a low cost diffractive thin film of a sensing material remotely interrogated by use of light beams. A silica/NiCl2 system fabricated via the sol-gel methods and micropatterned using the direct laser ablative microfabrication method is demonstrated, to allow detection of as low as 1 ppm of ammonia. Finally, the merits of incorporating epitaxially grown quantum dots in highly resonant structures for signal amplification, namely vertical cavity semiconductor optical amplifier and micro-ring semiconductor optical amplifiers, are discussed. Such devices are demonstrated to lack a laser threshold if designed properly allowing for the full exploitation of the fast carrier dynamics of quantum dots by driving them at high currents, for amplification of high-bit-rate signals of up to 100 Gb/s. A rate equation theoretical model was developed which provides both performance prediction of the devices under discussion and design guidelines for threshold-less operation. This doctoral thesis served, as a whole, its main scope of providing a palette of materials and methods as well as some useful concepts for the fabrication of functional photonic structures and devices based on advanced nanocomposites. / Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετώνται νανοδομημένα υλικά με ενσωματωμένες κβαντικές ψηφίδες και άλλες νανο-οντότητες σε πολυμερή και ανόργανες μήτρες μέσω της μεθόδου sol-gel, στοχευοντας στην κατασκευή δομών ολοκληρωμένων φωτονικών κυκλωμάτων. Οι στόχοι της διατριβής επικεντρώνονται στην σύνθεση και μελέτη φωτονικών υλικών και στον συνδυασμό τους με εναλλακτικές μεθόδους κατασκευής φωτονικών δομών. Τα νανοσύνθετα υλικά που μελετήθηκαν παρουσιάζουν μια σειρά από φωτονικές ιδιότητες για την υλοποίηση φωτονικών δομών διαφόρων λειτουργικοτήτων όπως ενεργοί οπτικοί κυματοδηγοί, ενεργοί συντονιστές μικροδακτυλίου και περιθλαστικά οπτικά στοιχεία για φωτονικές εφαρμογές. Στα πλαίσια της σχεδίασης, σύνθεσης και χαρακτηρισμού αυτών των νανοδομημένων υλικών κβαντικές ψηφίδες ενσωματώθηκαν σε πολυμερικές μήτρες ειδικά σχεδιασμένες για τον σκοπό αυτό καθώς και σε ανόργανες μήτρες παρασκευασμένων με την μέθοδο sol-gel. Μελετήθηκαν ακόμα υλικά διοξειδίου του πυριτίου εμπλουτισμένα με νανο-οντότητες χλωριούχου νικελίου του για χρήση σε φωτονικούς αισθητήρες. Τα υλικά αυτά συνετέθησαν με μεθόδους χαμηλού κόστους και χρησιμοποιήθηκαν σε καινοτόμες διατάξεις φωτονικών αισθητήρων που περιγράφονται εδώ. Επιπλέον μελετήθηκαν υβριδικά οργανικά/ανόργανα υλικά ORMOCER για την κατασκευή μιας σειράς φωτονικών διατάξεων. Ο χαρακτηρισμός των υλικών που περιγράφονται εδώ πραγματοποιήθηκε με φασματοσκοπικές μεθόδους ενώ ο δείκτης διάθλασης τους μετρήθηκε με την τεχνική της ανακλαστικής συμβολομετρίας. Η κατασκευή και επίδειξη σύνθετων νανοδομημένων φωτονικών διατάξεων πραγματοποιήθηκε με δύο μεθόδους: α) την μέθοδο φωτο-εκρηκτικής αποδόμησης με χρήση excimer laser σε μήκος κύματος λ=193 nm και β) με την μέθοδο soft lithography. Για τον σκοπό αυτό αναπτύχθηκε μια πλήρως αυτοματοποιημένη διάταξη μικροκατασκευής με χρήση ArF excimer laser στην οποία τόσο η πηγή laser όσο και η νανομετρική πλατφόρμα για την κίνηση του υπό διαμόρφωση δείγματος ελέγχονται από υπολογιστή. Η διάταξη αυτή χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή διαφόρων διατάξεων σε πολυμερικά υμένια με ενσωματωμένες κβαντικές ψηφίδες όπως υπολογιστικά σχεδιασμένων ολογραμμάτων, κυματοδηγοί και συντονιστές μικροδακτυλίου με γεωμετρικά χαρακτηριστικά που προκύπτουν από θεωρητικές προσομοιώσεις. Ακόμα αναπτύχθηκε μια παραλλαγή της μεθόδου soft lithography για την υποβοηθούμενη από χημικό διαλύτη φωτονικών δομών πολυμερικών μητρών και μητρών τιτανίας με ενσωματωμένες κβαντικές ψηφίδες σε συνδυασμό με κοινά υλικά σχεδιασμένα για την μέθοδο soft lithography και τα οποία διαμορφώνονται με έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία. Στην διατριβή αυτή παρουσιάζεται ακόμα μια καινοτόμα σχεδίαση φωτονικών αισθητήρων για την τοπική ανίχνευση διαφόρων χημικών ή φυσικών παραγόντων από απόσταση. Οι αισθητήρες αυτοί αποτελούνται από περιθλαστικές δομές κατασκευασμένες σε υμένα κατάλληλων υλικών, οι οπτικές ιδιότητες των οποίων ανιχνεύονται με τη χρήση δέσμης laser. Ένας τέτοιος περιθλαστικός αισθητήρας αμμωνίας υμενίου διοξειδίου του πυριτίου με ενσωματωμένες νανο-οντότητες χλωριούχου νικελίου παρουσιάζεται εδώ, του οποίου η περιθλαστική δομή κατασκευάστηκε με τη μέθοδο της φωτο-εκρηκτικής αποδόμησης με laser. Ο αισθητήρας αυτός παρουσιάζει εξαιρετική επίδοση και ικανότητα ανίχνευσης αμμωνίας συγκέντρωσης μόλις 1 ppm. Τέλος, συζητούνται τα πλεονεκτήματα της χρήσης κβαντικών ψηφίδων αναπτυγμένων με την επιταξιακές μεθόδους σε δομές οπτικών ενισχυτών ισχυρού συντονισμού, συγκεκριμένα σε οπτικούς ενισχυτές ημιαγωγού κάθετης κοιλότητας και οπτικούς ενισχυτές ημιαγωγού μικροδακτυλίου. Συγκεκριμένα, επιδεικνύεται με τη χρήση ενός θεωρητικού μοντέλου που αναπτύχθηκε εδώ πως με τον κατάλληλο σχεδιασμό είναι δυνατόν στις διατάξεις αυτές να αποτρέπεται πλήρως η λειτουργία laser με την απουσία ρεύματος κατωφλίου. Η ιδιαιτερότητα αυτή επιτρέπει την χρήση μεγάλων ρευμάτων και την συνεπακόλουθη εκμετάλλευση της γρήγορης δυναμικής των φορέων στις κβαντικές ψηφίδες για την αποτελεσματική ενίσχυση σημάτων υψηλών ταχυτήτων (μεχρι 100 Gb/s). Η Διαδακτορική διατριβη, υπηρετεί συνολικά τον κύριο σκοπό της προσφέροντας μια παλέττα υλικών και μεθόδων για την ανάπτυξη λειτουργικών φωτονικών δομών και διατάξεων βασισμένων σε προηγμένα νανοσύνθετα υλικά.

Στον τομέα της κινητικής αποκατάστασης, η έννοια της βιοανάδρασης για τη βελτίωση του ταλάντευσης της στάσης του ανθρώπινου σώματος και του ελέγχου της ισορροπίας είναι αρκετά διαδεδομένη. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το υποκείμενο προσπαθεί να ελέγξει τη θέση του με μια οπτική, προφορική ή αφής ανατροφοδότηση που παρέχεται από ένα ηλεκτρονικό σύστημα ή έναν νοσοκομειακό γιατρό. Πρόσφατες μελέτες αφορούν ασθενείς με κάποια νευρολογική ασθένεια που ελάμβαναν την οπτική ανατροφοδότηση στεκόμενοι σε μια δυναμοπλατφόρμα, ώστε να ελέγχουν την θέση του σημείου κεντρικής τους πίεσης (CoP). Στην έρευνά μας, καταγράφουμε τη κατανομή πίεσης κάτω από τα πόδια του υποκειμένου και παρέχουμε τις σχετικές ακουστικές πληροφορίες βιοανάδρασης (ABF) στην κατεύθυνση της βελτίωσης της ισορροπίας στάσης του. Με την παροχή αυτών των πρόσθετων ακουστικών πληροφοριών, στόχος μας είναι να διευκολύνουμε τη διαδικασία αντιστάθμησης της ελλείπουσας ή ανεπαρκούς αισθητήριας πληροφορίας από το κεντρικό νευρικό σύστημα (CNS). Έχουμε αναπτύξει και σε προκαταρκτικό στάδιο δοκιμάσει ένα σύστημα ακουστικής βιοανάδρασης βασιζόμενο σε μεσοσόλες με αισθητήρες πίεσης. Ο χρησιμοποιούμενος αλγόριθμος ABF έχει την ίδια βάση με αυτον που εφαρμόζεται σε ένα πρωτοτύπο ABF σύστημα, ήδη αναπτύγμενο και δοκιμασμένο, το οποίο ελέγχει τις μετακινήσεις επιτάχυνσης του σώματος. Οι μετρήσεις των τιμών πίεσης στα πόδια γίνονται μέσω ενός ζευγαριού εύκαμπτων μεσοσολών με 24 ειδικούς ενσωματωμένους αισθητήρες πίεζο-αντίστασης που περικλύονται σε κυτταρική δομή γεμάτη υγρό (Paromed). Η εφαρμογή ελέγχου αναπτύχθηκε σε περιβάλλον LabView και επιτρέπει τη συλλογή δεδομένων πίεσης σε 100Hz και την επεξεργασία αυτών σε πραγματικό χρόνο για τον υπολογισμό μιας εκτίμησης της τιμής του στιγμιαίου CoP. Η συμπεριφορά ταλάντευσης του CoP στα δυο επίπεδα, εμπρόσθια-οπίσθια AP και διάμεσα-πλευρικά ML, αποτυπώνεται σε ένα στερεοφωνικό ακουστικό σήμα που αλλάζει στο εύρος, τη συχνότητα και την ισορροπία L/R και μέσω των ακουστικών παρέχεται στο υποκείμενο. Το πειραματικό μας πρωτόκολλο περιέλαβε μια σειρά μετρήσεων με υγιείς εθελοντές εκτελώντας συγκεκριμένους στατικούς στόχους, με και χωρίς παρεχόμενο ABF. Κατά τη διάρκεια αυτών των στόχων προσπαθήσαμε να εξομοιώσουμε τις συνθήκες όπου η αισθητήρια πληροφορία είναι ελλείπουσα ή ανεπαρκής. Προκαταρκτικά αποτελέσματα στην ML κατεύθυνση, έδειξαν οτι με την ύπαρξη του ABF το ανθρώπινο σώμα ταλαντεύθηκε λιγότερο, γεγονός ενδεικτικό του ότι αυτό το νέο-αναπτυγμένο σύστημα βιοανάδρασης βασιζόμενο στις πίεζο-μεσοσόλες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει την ισορροπία. Περισσότερα πειράματα και αναλυτική στατιστική ανάλυση πρέπει να ακολουθήσουν ώστε να γίνει κατανοητή η επιρροή αυτού του ABF στην ισορροπία του ανθρώπινου σώματος. / In the area of motor rehabilitation, the concept of biofeedback for improving postural sway and balance control is quite common. In most cases, the subject tries to control his position by a visual, oral or tactile feedback provided by an electronic system or a clinician. Recent studies involved patients with neurological disease that were receiving visual feedback as were standing in a force plate, for the monitoring of their centre of pressure (CoP) position. In our research, we record the pressure distribution beneath the subject's feet and provide related audio biofeedback (ABF) info in the direction of improving posture balance. By providing this extra audio information to the subject our aim is to facilitate the compensation process of the missing or inadequate sensory information by its central nervous system (CNS). We have developed and preliminary validated an insole pressure sensor-based, ABF system. The ABF concept followed is the same with the one applied in a prototype ABF system, already developed and validated, which monitors trunk acceleration movements. Foot pressure values were acquired through a pair of flexible insoles with 24 embedded discrete piezo-resistive sensors contained in a fluid-filled cell (Paromed). The control application was developed in LabView environment and permits pressure data collection in 100Hz and real-time processing for the calculation of an estimated value of the instant CoP. Swaying CoP behaviour in both AP and ML planes is mapped in a stereo audio signal changing in amplitude, frequency and L/R balance, which through the earphones is provided to the subject. Our experimental protocol involved a series of measurements with normal subjects performing specific static tasks, with and without ABF provided. During these tasks we tried to simulate conditions of missing or inadequate sensory information. Preliminary results about ML direction, shown that when ABF was provided the subject swayed less, suggesting that this new-developed biofeedback pressure-sensor insole-based system can be used to improve balance. More experiments and appropriate statistical analysis has to be done so as to understand the influence of this ABF on subject’ s balance.

Η επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια και κυρίως μετά το 1970 έχει δείξει τεράστιο ενδιαφέρον για τον τομέα της επεξεργασίας εικόνας και video σε συνδυασμό με τον έλεγχο κλειστού βρόγχου και όλα αυτά σε πραγματικό χρόνο. Γι’ αυτό και η οπτική παρακολούθηση (vision tracking) είναι και μία από τις πιο σημαντικές εφαρμογές στον τομέα του computer vision. Το συγκεκριμένο αντικείμενο [1] αποτελεί πρόκληση για πολλούς, εξαιτίας της μεγάλης δυσκολίας που έγκειται στο γεγονός της παράλληλης αναγνώρισης των κινούμενων στόχων με την ταυτόχρονη κίνηση της camera. Περίτρανη απόδειξη όλων των παραπάνω είναι η μεγάλη ποικιλία των σχετικών άρθρων που έχουν δημοσιευτεί σε διάφορα σχετικά με τον αντικείμενο περιοδικά, βιβλία καθώς και έχουν παρουσιαστεί σε διάφορα συνέδρια. To μεγαλύτερο πλεονέκτημα αυτών των αυτόματων συστημάτων παρακολούθησης (automatic surveillance systems) είναι η πολύ καλή αξιοπιστία και η αποδοτικότητα για παρακολούθηση από απόσταση (long distance surveillance) σε σύγκριση με αυτή που θα παρουσίαζαν εάν στη θέση τους υπήρχε ο ανθρώπινος παράγοντας. Τα συστήματα(3) που χρησιμοποιούνται για παρακολούθηση μπορούν αν περιλαμβάνουν radar, sonars ή ακόμη και lasers. Κύριο μειονέκτημα αυτών των συστημάτων είναι οι συσκευές σάρωσης που περιλαμβάνουν. Αυτές είναι ενδεχομένως αναξιόπιστες και καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, γεγονός μη επιθυμητό κυρίως σε διαστημικές εφαρμογές. Μία ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση αντί της χρήσης των παραπάνω συσκευών είναι να υιοθετηθούν vision συστήματα, τα οποία παρέχουν ακριβής χρονική και χωρική ανάλυση (spatiotemporal resolution). Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εξομοίωση ενός ελεγκτή ο οποίος έχοντας στην διάθεση του κάθε χρονική στιγμή την θέση του στόχου προς παρακολούθηση στην εικόνα θα θα οδηγεί την κάμερα ετσι ώστε να κρατάει τον στόχο σε μια περιοχή γύρω από το κέντρο της. Μελλοντική εφαρμογή αυτης της διπλωματικής θα μπορούσε να είναι η ενσωμάτωση του συστήματος παρακολούθησης σε ένα σύστημα μονοκατευθυντικών κεραιων έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η βέλτιστη επικοινωνία με τα αεροσκάφη. / -

Η διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία, μέσω προγραμματισμού, μιας πειραματικής διάταξης αυτοματισμού που περιλαμβάνει εξοπλισμό όπως πνευματικά έμβολα κλατικού τύπου ή τύπου μυών, αισθητήρες θέσης κλπ.- είτε ανεξάρτητα είτε συνδυασμός αυτών - και έναν Προγραμματιζόμενo Λογικό Ελεγκτή (PLC) που ελέγχει τη λειτουργία της διάταξης. Το κομμάτι του προγραμματισμού αναφέρεται στο PLC. Η πειραματική διάταξη αυτοματισμού που κατασκευάστηκε είναι ένας μηχανικός αναρριχητής. Η διάταξη αναρρίχησης αποτελείται απο 4 έμβολα / τεχνητούς μύες πεπιεσμένου αέρα προσαρμοσμένα στο ένα τους άκρο σε μια κοινή βάση (σώμα του αναρριχητή). Στο άλλο άκρο υπάρχει κατάλληλος μηχανισμός ολίσθησης που τους επιτρέπει να κινηθούν πάνω στην επιφάνεια των κάθετων δοκών αλουμινίου που συνθέτουν τη διαταξη προς αναρρίχηση. Κάθε μηχανισμός ολίσθησης διαθέτει μικρό έμβολο πεπιεσμένου αέρα με χρήση του οποίου επιτυγχάνουμε την παύση της ολίσθησης του άκρου. Η συνδυασμένη και διαδοχική έκταση-συστολή των εμβόλων προκαλεί την κίνηση προς τα πάνω ή προς τα κάτω του σώματος, το οποίο μιμείται κατά έναν τρόπο την αναρρίχηση του ανθρώπου σε σκάλα. Η λειτουργια της διάταξης έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε ο αναρριχητής να φθάνει στο επιθυμητό ύψος το οποίο και θα ορίζεται απο τον χρήστη. Η αναρρίχηση στο επιθυμητό σημείο μπορεί να εκτελεστεί με τέσσερις (4) διαφορετικους τροπους: 1) Αναρρίχηση με λειτουργία μόνο των άνω άκρων. 2) Αναρρίχηση με λειτουργία μόνο των κάτω άκρων. 3) Αναρρίχηση με ταυτόχρονη λειτουργία των άνω και κάτω άκρων. 4) Αναρρίχηση με λειτουργία των άνω & κάτω άκρων και PID έλεγχο θέσης. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να ορίσει το επιθυμητό σημείο θέσης και να διαλέξει ένα από τα τέσσερα μοτίβα ανάβασης. Στα τρία πρώτα μοτίβα η έκταση και συστολή των μυών γίνεται με χρήση προκαθορισμένων τιμών πίεσης. Με αυτό το τρόπο για τα τρία αυτά σενάρια κίνησης ο έλεγχος θέσης προσεγγίζει τη διακοπτική ON/OFF θεωρία ελέγχου. Στο τέταρτο σενάριο, η ανάβαση πραγματοποιείται επίσης με το διακοπτικό ON/OFF τρόπο, ο τελικός όμως έλεγχος θέσης επιτυγχάνεται με χρήση PID ελεγκτή. Μετά την ολοκλήρωση ή και κατά την διάρκεια εκτέλεσης του εκάστοτε μοτίβου κίνησης, ο χρήστης έχει επίσης την δυνατότητα ενεργοποίησης της ρουτίνας κατάβασης που επιστρέφει τον αναρριχητή στην αρχική του θέση. / This Diploma Thesis consists of the construction and operation, through the means of programming, of an experimental automated system which includes equipment such as pneumatic cylinders (classic or muscle type), position sensors etc. - combined or independent – and a Programmable Logic Controller (PLC) which controls the functions of the automated system. The programming part is referred to the PLC. The experimental automated system that was constructed is that of a mechanical climber. The climber consists of 4 pneumatic cylinders / artificial muscles, the one end of which is attached to a common body. The other end is attached to a sliding mechanism which allows the movement of the muscles on the surface of the vertical aluminum beams that compose the climbing structure. A small pneumatic cylinder is attached on every sliding mechanism, which is used to stop the sliding of the muscles. The combined and successive outstroke and instroke of the cylinders causes the upward or downward movement of the climber’s body, which mimics in a way the movements of a human body while climbing a ladder. Those functions are designed so that the mechanical climber reaches a desired height, which is set by the user. The climb to the desired height can be executed with four (4) different movement patterns: 1) Climb using only the upper limbs. 2) Climb using only the lower limbs. 3) Climb using the upper and lower limbs simultaneously. 4) Climb using the upper and lower limbs and PID position control. The user can set the desired height and choose one of the four movement routines. During the first three movement patterns, the instroke and outstroke of the cylinders is done with the use of predetermined pressure values. In this way, during those patterns the position control approximates the ON/OFF control theory. During the fourth movement pattern, the climb is executed with the same ON/OFF way but the final position control is done by use of a PID controller. After the completion of a movement pattern, or even during movement, the user can always enable the descendance movement routine which returns the climber to its former position.

Η παρούσα εργασία εστιάζει στη διαδικασία δημιουργίας του χάρτη απωλειών ρεύματος της δέσμης ηλεκτρονίων κατά μήκος της Tρίτης Πειραματικής Διάταξης για το Συμπαγή Γραμμικό Επιταχυντή του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών CERN (Beam Loss Map for Clic Test Facility 3). Ο χάρτης απωλειών χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των σημείων στα οποία υπάρχει απώλεια ρεύματος των φορτίων της δέσμης. Ο προσδιορισμός των σημείων αυτών είναι πρωτεύουσας σημασίας, τόσο από θεωρητική όσο και από πρακτική πλευρά, επειδή πιθανές απώλειες συνεπάγονται αυξημένους κινδύνους έκθεσης σε ακτινοβολία για τον άνθρωπο, πιθανές βλάβες στα μαγνητικά στοιχεία, αλλά και μείωση της ισχύος της δέσμης. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, παρουσιάζεται το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών και οι πειραματικές εγκαταστάσεις στις οποίες έγινε η παρούσα εργασία. Στη συνέχεια, περιγράφεται η συλλογή και ανάλυση των δεδομένων με στόχο την χαρτογράφηση των σημείων απώλειας ρεύματος δέσμης στο σύμπλεγμα του CTF3. / The Diploma Thesis focuses on creating the Beam Loss Map for Compact Linear Collider Test Facility 3, at CERN. The goal of the project is the allocation of the points where beam current losses occur. Defining these points is of great importance, because any loss of beam current, especially at the maximum energy of 150 MeV, can induce radiation activation along the machine, which is dangerous for both the hardware and the personnel who need to service the machine. In the first part of the project, CERN, LHC and CLIC are presented. The second part contains data analysis, presentation of the calibration procedure of the BPMs, the new scaling factors and finally the Beam Loss Map for CTF3.

Το παρόν τεύχος αποτελεί διπλωματική εργασία που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Γενικής Ηλεκτροτεχνίας του Τομέα Συστημάτων και Αυτόματου Ελέγχου. Συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία μιας πειραματικής διάταξης αυτοματισμού στην οποία εφαρμόζονται τεχνικές ελέγχου για την πραγματοποίηση ελεγχόμενης αεροδυναμικής αιώρησης ελαφρών σωμάτων. Περιλαμβάνει εξοπλισμό όπως αναλογικές βαλβίδες πεπιεσμένου αέρα, αισθητήρες και έναν Προγραμματιζόμενo Λογικό Ελεγκτή (PLC) που ελέγχει τη λειτουργία της διάταξης. Η πειραματική διάταξη αυτοματισμού που κατασκευάστηκε είναι ένα σύστημα αιώρησης ελαφρών σωμάτων με χρήση πεπιεσμένου αέρα. Αισθητήρες θέσης προσφέρουν την δυνατότητα γνώσης κάθε χρονική στιγμή της θέσης του σώματος. Μέσω του Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή επιτυγχάνουμε αιώρηση του σώματος σε αυστηρά ελεγχόμενο ύψος κάνοντας χρήση διαφόρων μεθόδων ελέγχου (On-Off, PID). Τα αντικείμενα με τα οποία πειραματιστήκαμε ήταν κυρίως σφαίρες μικρής διαμέτρου(4-5cm) και βάρους μερικών γραμμαρίων. Κατά την διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής, έγινε προσπάθεια αιώρησης και ελέγχου επίπεδων αντικειμένων. Με το διατιθέμενο εξοπλισμό (περιορισμοί πίεσης αέρα, είδους ακροφυσίου κλπ.) κατέστη δυνατή η αιώρηση επίπεδων αντικειμένων μόνο για μικρή χρονική διάρκεια. Δοκιμάσθηκαν διάφοροι τύποι και χωρικοί συνδυασμοί ακροφυσίων για τη δημιουργία επίπεδου στρώματος “πεπιεσμένου” αέρα. Στην πράξη διαπιστώθηκε ταλαντωτική συμπεριφορά των επίπεδων αντικειμένων και ισχυρή αστάθεια του όλου συστήματος. Στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται οι επικρατέστερες τεχνικές αιώρησης. Στο κεφάλαιο 2 προσεγγίζουμε θεωρητικά την αεροδυναμική αιώρηση παρουσιάζοντας τις σημαντικότερες αρχές και νόμους που περιγράφουν το φαινόμενο αυτό. Στο κεφάλαιο 3 υπάρχει μία εκτενής ανάλυση των ηλεκτροπνευματικών συστημάτων και στην συνέχεια των Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών (PLC) καθώς και το λογισμικό επικοινωνίας με PLC, το Step 7. Στο κεφάλαιο 4 αναλύεται ο εξοπλισμός της πειραματικής διάταξης, περιγράφονται τα πειράματα που διεξάγαμε και παρουσιάζεται και αναλύεται το πρόγραμμα που υλοποιήθηκε σε γλώσσα STL. Στο κεφάλαιο 5 συνοπτικά παρουσιάζεται το πρόγραμμα PLC Analyzer με το οποίο καταγράψαμε όλες τις πειραματικές μετρήσεις της διάταξης αιώρησης και τέλος παραθέτονται τα διαγράμματα από κάθε μία μέτρηση. / --

Recently, researchers on nanoparticles and nanostructures has received a great deal of attention not only in the area of synthesis and characterization but also in their potential application in various high-technological applications. Nanomaterials are widely used not only for environmental and biological applications but also for electronic and sensing applications. Among various classes of nanomaterials, the metal oxide nanostructures possess particular important because of their significant physical and chemical properties which allowed them to be used for the fabrication of highly efficient nanodevices. The metal oxide nanomaterials are widely used for catalysis, sensing, and electronic devices, and so on. Due to the high-efficient applications, researchers have developed several synthesis strategies to prepare metal oxide nanostructures with tailored geometry and utilize them for a variety of applications. However, it is still desirable to prepare metal oxide nanomaterials with environment-friendly precursors and processes with varied size and morphology for their effective utilization in specific applications. This thesis focuses on the synthesis, characterizations and specific applications of two undoped and doped metal oxide nanostructures, i.e. zinc oxide (ZnO) and iron oxide (α-Fe2O3). The thesis highlights the development of novel synthesis techniques/procedures which are rapid, consume less energy and time, and are less cumbersome, more economical, especially because of the low temperature process. The other aspect of the thesis is to use the as-synthesized nanomaterials for several important applications such as sensors, photovoltaic, and photocatalysis. The thesis is divided into several chapters. Chapter 1 starts with a brief introduction of the metal oxide nanostructures and their various synthetic methods. In addition to this, a short review on the targeted applications, i.e. sensing, photovoltaic and photocatalytic, of this thesis was also discussed in this chapter. Finally, the chapter describes the objective and importance of the thesis. Chapter 2 deals with the details of the synthesis and characterization techniques used in this thesis. Two specific techniques, i.e. hydrothermal and thermal evaporation, have been used for the synthesis of various undoped and doped nanomaterials explored in this thesis. The synthesized nanomaterials were examined by variety of techniques in terms of the morphological, structural, optical, compositional and electrical properties. Moreover the prepared nanomaterials together were used for various applications such as sensing, photovoltaic and photocatalytic applications. In a word, this chapter provides all the detailed procedures for the synthesis, characterizations and applications of targeted nanomaterials in this thesis. Chapter 3 describes the main results and discussion of the thesis. This chapter is divided into several sections and each section describes the synthesis, detailed characterizations and particular application of a single metal oxide nanomaterial. Section 1 describes the growth, characterization and ammonia chemical sensing applications of well-crystalline ZnO nanopencils grown via facile and simple hydrothermal process using commonly used laboratory chemicals. Importantly, the fabricated ammonia chemical sensor exhibited ultra-high sensitivity. Section 2 demonstrates the use of ZnO balls made of intermingled nanocrystalline nanosheets for photovoltaic device application. Successful growth, characterizations and phenyl hydrazine chemical sensing applications based on Ag-doped ZnO nanoflowers was demonstrated in section 3 of this chapter. Section 4 describes the Ce-doped ZnO nanorods for the detection of hazardous chemical; hydroquinone. Section 5 exemplifies the facile growth and detailed structural and optical characterizations of In-Doped ZnO hollow spheres composed of nanosheets networks and nanocones. Finally, section 6 illustrates the utilization of α-Fe2O3 hexagonal nanoparticles for environmental remediation and smart sensor applications. Moreover the synthesized α-Fe2O3 hexagonal nanoparticles were characterized in detail in terms of their morphological, structural, compositional and optical properties. Chapter 4 briefly highlights the overall conclusion and an outlook for further investigations suggested by the work undertaken here for this thesis. / Τα τελευταία χρόνια τα νανοσωματίδια και οι νανοδομές έχουν προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω των σημαντικών δυνατοτήτων που προσφέρουν για εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας. Τα νανοϋλικά χρησιμοποιούντα ευρέως τόσο για περιβαλλοντικές και βιολογικές εφαρμογές όσο και για εφαρμογές στην ηλεκτρονική και τους αισθητήρες. Μεταξύ των διάφορων κατηγοριών νανοϋλικών, οι νανοδομές μεταλλικών οξειδίων παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους, που τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται για την κατασκευή νανοσυσκευών υψηλής απόδοσης, με χαρακτηριστικά πεδία εφαρμογών την κατάλυση, την ηλεκτρονική και τους αισθητήρες. Για τους σκοπούς αυτούς, έχει αναπτυχθεί πληθώρα μεθόδων για την σύνθεση και προετοιμασία νανοδομών μεταλλικών οξειδίων με επιθυμητές γεωμετρίες, ώστε να είναι κατάλληλα για διαφορετικές εφαρμογές. Παρόλα αυτά, εξακολουθεί να υπάρχει έντονο ενδιαφέρον για την παραγωγή τέτοιων υλικών σε διάφορα μεγέθη και μορφολογίες, με περιβαλλοντικά φιλικές μεθόδους, με απώτερο σκοπό την χρησιμοποίησή τους σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Η παρούσα διατριβή εστιάζει στην σύνθεση, τον χαρακτηρισμό και τις εφαρμογές των νανοδομών δύο συγκεκριμένων μεταλλικών οξειδίων (ZnO και α-Fe2O3) με ή χωρίς προσμείξεις. Η διατριβή δίνει έμφαση σε νέες τεχνικές σύνθεσης, οι οποίες είναι γρήγορες, καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια και είναι πιο οικονομικές κυρίως λόγω χαμηλότερης θερμοκρασίας επεξεργασίας. Οι δομές των νανοϋλικών που προκύπτουν, χρησιμοποιούνται σε διάφορες σημαντικές εφαρμογές, όπως είναι οι αισθητήρες, τα φωτοβολταϊκά και η φωτοκατάλυση. Η διατριβή χωρίζεται σε 4 κεφάλαια. Στο κεφάλαιο 1 δίνεται μία σύντομη εισαγωγή στις νανοδομές των μεταλλικών οξειδίων και τις διάφορες μεθόδους σύνθεσης. Παρουσιάζονται συνοπτικά τα είδη των εφαρμογών τα οποία θα αποτελέσουν αντικείμενο μελέτης και τέλος περιγράφονται οι αντικειμενικοί στόχοι και η σημασία της διατριβής. Το κεφάλαιο 2 πραγματεύεται λεπτομερώς τις τεχνικές σύνθεσης και χαρακτηρισμού που υιοθετούνται στο μεγαλύτερο μέρος της μελέτης. Συγκεκριμένα, για την σύνθεση των νανοϋλικών (με ή χωρίς προσμίξεις) χρησιμοποιούνται οι τεχνικές της υδροθερμικής και της θερμικής εξάχνωσης. Τα παραγόμενα νανοϋλικά μελετήθηκαν ως προς την σύνθεσή τους, καθώς επίσης και τις μορφολογικές, δομικές, οπτικές και ηλεκτρικές ιδιότητες. Στην συνέχεια, χρησιμοποιούνται για τα διάφορα είδη εφαρμογών που αναφέρθηκαν παραπάνω. Με άλλα λόγια, στο κεφάλαιο αυτό περιέχονται όλες οι λεπτομέρειες των διαδικασιών παραγωγής και των εφαρμογών. Το κεφάλαιο 3 περιλαμβάνει την παρουσίαση και συζήτηση των αποτελεσμάτων. Αποτελείται από διάφορες παραγράφους η κάθε μία εκ των οποίων περιγράφει την σύνθεση, τον χαρακτηρισμό και τις εφαρμογές ενός εκ των υλικών. Στην Παράγραφο 1 περιγράφονται η ανάπτυξη, ο χαρακτηρισμός των κρυσταλλικών ZnO νανομολυβδιών μέσω μίας απλής και εύκολης υδροθερμικής διαδικασίας, χρησιμοποιώντας συνηθισμένα εργαστηριακά υλικά, καθώς επίσης και η εφαρμογή τους ως χημικοί αισθητήρες αμμωνίας. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι αισθητήρες που κατασκευάστηκαν επέδειξαν υπέρ-υψηλή ευαισθησία. Η παράγραφος 2 επιδεικνύει την χρήση ZnO σφαιρών που είναι κατασκευασμένες απο αναμιγμένα νανοκρυσταλλικά νανοφύλλα για φωτοβολταϊκές εφαρμογές. Η επιτυχής ανάπτυξη και χαρακτηρισμός ZnO νανολουλουδιών εμπλουτισμένα με Άργυρο καθώς επίσης και η χρήση τους σε εφαρμογές αισθητήρων φαινυλο-υδραζίνης παρουσιάζονται στην παράγραφο 3. Στην παράγραφο 4 περιγράφεται η χρήση ZnO νανοράβδων εμπλουτισμένων με Δημήτριο για την ανίχνευση της επικίνδυνης χημικής ουσίας υδροκινόνης. Στην Παράγραφο 5 παρουσιάζεται η ανάπτυξη και ο λεπτομερής δομικός και οπτικός χαρακτηρισμός κοίλων σφαιρών ZnO εμπλουτισμένων με Ίνδιο που αποτελούνται απο δίκτυα νανοφύλλων και νανοκώνους. Τέλος στην παράγραφο 6 περιγράφεται η χρήση εξαγωνικών νανοσωματιδίων α-Fe2O3 για περιβαλλοντική αποκατάσταση και εφαρμογές ευφυών αισθητήρων. Οι δομές αυτές χαρακτηρίστηκαν λεπτομερώς ως προς τη σύνθεση τις μορφολογικές, τις δομικές και τις οπτικές ιδιότητες. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της παρούσας διατριβής καθώς επίσης και προστάσεις για την περεταίρω διερεύνηση των υπό μελέτη συστημάτων.