H υποβάθμιση της δομικής ακεραιότητας των γηρασμένων κατασκευών αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα σύγχρονα τεχνολογικά προβλήματα, και ειδικότερα το πρόβλημα του ‘γηράσκοντος’ Αεροσκάφους αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της Αεροπορικής Βιομηχανίας. Τεχνολογικά το πρόβλημα της γήρανσης της δομής του αεροσκάφους είναι ένα πρόβλημα κόπωσης. Οι περιοχές των συνδέσεων στην άτρακτο ενός αεροσκάφους αποτελούν υψηλά καταπονούμενες περιοχές της δομής, με αποτέλεσμα τη δημιουργία πολλών μικρών ρωγμών στα ελάσματα του περιβλήματος της ατράκτου γύρω από τις οπές (ευρείας έκτασης βλάβη κόπωσης – wide spread fatigue damage). Με το χρόνο λειτουργίας οι ρωγμές αυτές εξελίσσονται και αλληλεπιδρούν. Η κατάσταση αυτή, που ονομάζεται κατάσταση πολλαπλής βλάβης (Multi-Side-Damage) υποβαθμίζει σημαντικά τη φέρουσα ικανότητα του κατασκευαστικού μέρους και μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της δομικής του ακεραιότητας. Η ύπαρξη διάβρωσης επιτείνει σημαντικά το πρόβλημα της δομικής ακεραιότητας του γηράσκοντος αεροσκάφους. Στις υψηλά καταπονούμενες περιοχές της δομής η ύπαρξη διάβρωσης με την ταυτόχρονη παρουσία ρωγμών κόπωσης μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της δομικής ακεραιότητας με καταστροφικές συνέπειες. Πρόσφατες έρευνες [3,4] έδειξαν, ότι η διάβρωση τυπικών αεροπορικών κραμάτων των σειρών 2xxx (π.χ. 2024) 6xxx (π.χ. 6013) και 7xxx (π.χ.7075) σε διαβρωτικό περιβάλλον αποφλοίωσης (EXCO) αλλά και σε φυσική διάβρωση, οδηγεί σε υποβάθμιση του ορίου διαρροής και του ορίου θραύσης των υλικών, κυρίως όμως υποβαθμίζει δραματικά την παραμόρφωση θραύσης και τη ικανότητα των υλικών να αποταμιεύουν μηχανική ενέργεια πριν την θραύση, δηλαδή την αναμενόμενη ανοχή τους στη βλάβη κόπωσης. Η υποβάθμιση αυτή των ιδιοτήτων αποδόθηκε σε ψαθυροποίηση των κραμάτων αλουμινίου που προκαλείται από τη διάβρωση λόγω προσρόφησης και παγίδευσης υδρογόνου σε συγκεκριμένες παγίδες στην μικροδομή του υλικού που εξαρτώνται από το κραματικό σύστημα [56,59,62,68]. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε πειραματική και θεωρητική διερεύνηση της επίδρασης της διάβρωσης στα χαρακτηριστικά κόπωσης και θραύσης του κράματος αλουμινίου 2024. / Loss of structural integrity is one of the most significant threats for ageing structures. The occurrence of Multiple Site Damage (MSD), that implies the simultaneous existence of several interacting fatigue cracks at various locations of a structural element can degrade the structural strength and service life of a structure. The occurrence of MSD in older airplanes was highlighted by the “Aloha accident” [49] at 1988, when a Boeing 737 of Aloha Airlines with a service life of nearly 90000 flights suffered an in-flight failure of a portion of the fuselage. The occurrence of corrosion presents an additional significant cause of structural degradation. As the service time for an aircraft structure increases, there is an increasing probability that corrosion will interact with other forms of damage, such as single fatigue cracks or MSD in the form of widespread cracking at regions of high stress gradients; it can result to loss of structural integrity and may lead to fatal consequences. Thus, the effect of corrosion on the damage tolerance ability of advanced aluminum alloys calls for a very diligent consideration to problems associated with the combined effect of corrosion and MSD mechanisms. Extensive experimental data referring to accelerated laboratory corrosion tests, have shown a significant reduction of material mechanical properties, leading to a decrease of the load bearing capacity of the corroded structural member. It has been recognized that, this decrease is associated with hydrogen embrittlement, as hydrogen produced during the corrosion process may diffuse into the material and be trapped at different trapping sites depending on the alloy system [56,62,68]. In the present thesis, experimental and numerical investigations have been carried out in the Laboratory of Technology and Strength of Materials of the University of Patras to study the influence of corrosion on the damage tolerance and fracture toughness characteristics of the high strength aluminum alloy 2024.

Η παρουσία της βλάβης διάβρωσης στις αεροπορικές δομές, έχει αποδειχθεί ότι συμβάλλει σημαντικά στην υποβάθμιση της δομικής τους ακεραιότητας. Ταυτόχρονα, οι χρονοβόρες και αυξημένου κόστους διεργασίες και έλεγχοι που πραγματοποιούνται για την αποφυγή ή την επιδιόρθωση της διάβρωσης δεν είναι πάντα αποδοτικές. Στην τρέχουσα βιομηχανική πρακτική, σε περιπτώσεις στατικής φόρτισης, η βλάβη διάβρωσης αντιμετωπίζεται θεωρώντας ότι έχει επέλθει μείωση της φέρουσας διατομής ίση με το βάθος της διαβρωτικής προσβολής και ακολουθεί εκ νέου υπολογισμός των τάσεων. Στις δυναμικές φορτίσεις, τα τρήμματα θεωρούνται ως πιθανά σημεία έναρξης των ρωγμών κόπωσης. Όμως, παρά την αναγνώριση της διάβρωσης ως έναν από τους μηχανισμούς που επιδρούν αρνητικά στη δομική ακεραιότητα μιας αεροπορικής δομής, ούτε και στον σχεδιασμό των αεροπορικών κατασκευών με ανοχή στη βλάβη, ο οποίος είναι ο σύγχρονος τρόπος σχεδιασμού και βασίζεται στις αρχές της θραυστομηχανικής, η βλάβη διάβρωσης λαμβάνεται υπόψη. Ως αποτέλεσμα, η επίδραση της διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα των υλικών κάποιες φορές υποεκτιμάται. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να συμβάλλει στην ανάπτυξη ικανοτήτων για την εκτίμηση της υποβάθμισης των μηχανικών ιδιοτήτων του διαβρωμένου υλικού με δεδομένα τα μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά της βλάβης διάβρωσης. Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύσσεται μια μεθοδολογία η οποία επιτρέπει την υπολογιστική προσομοίωση της συμπεριφοράς εφελκυσμού του διαβρωμένου υλικού με δεδομένα τα μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά της βλάβης διάβρωσης. Η εργασία περιλαμβάνει ένα πειραματικό και ένα υπολογιστικό σκέλος. Το πειραματικό σκέλος περιλαμβάνει την εκτενή μεταλλογραφική μελέτη της βλάβης διάβρωσης, τη διεξαγωγή μηχανικών δοκιμών εφελκυσμού και τη μελέτη των επιφανειών θραύσης για την αναγνώριση των φυσικών μηχανισμών της βλάβης σε δοκίμια προ-διαβρωμένα για διαφορετικούς χρόνους έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον. Τα κύρια αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας συνοψίζονται ως εξής: Η βλάβη διάβρωσης συσσωρεύεται βαθμιαία και εξελίσσεται, σε συνάρτηση με τον χρόνο έκθεσης, από τρημματική σε διάβρωση αποφλοίωσης. Οι μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού στο διαβρωμένο υλικό έδειξαν μια μέτρια υποβάθμιση των ιδιοτήτων αντοχής, αλλά ταυτόχρονα μια σημαντική πτώση των ιδιοτήτων ολκιμότητας. Η μελέτη των επιφανειών θραύσης ανέδειξε την ύπαρξη ψαθυροποιημένων περιοχών κάτω από το στρώμα διάβρωσης. Η ύπαρξη τέτοιων ψαθυροποιημένων ζωνών έχει αποδοθεί από προηγούμενες εργασίες στην προσρόφηση υδρογόνου που παράγεται κατά την διαδικασία της διάβρωσης. Το υπολογιστικό σκέλος περιλαμβάνει την ανάπτυξη μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων σε μίκρο και μάκρο-κλίμακα. Για την προσομοίωση της συμπεριφοράς εφελκυσμού του διαβρωμένου υλικού σε μίκρο-κλίμακα αναπτύχθηκε μια Αντιπροσωπευτική Μοναδιαία Κυψελίδα (Representative Unit Cell) που περιλαμβάνει τρήμματα αντιπροσωπευτικά του χρόνου έκθεσης σε διαβρωτικό περιβάλλον. Η τοπικά υποβαθμισμένη συμπεριφορά εφελκυσμού του υλικού, λόγω της ύπαρξης των τρημμάτων, προσδιορίζεται από τις αντιπροσωπευτικές μοναδιαίες κυψελίδες και εισάγεται τοπικά σε ένα μοντέλο μάκρο-κλίμακας. Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη την διαφορετική ένταση της βλάβης διάβρωσης στις διάφορες περιοχές του δοκιμίου. Τα αποτελέσματα του μοντέλου έδειξαν ικανοποιητική σύγκλιση με τις μηχανικές δοκιμές σε ότι αφορά στις ιδιότητες αντοχής. Αντίθετα, έδειξαν υποτίμηση της πειραματικά παρατηρούμενης μείωσης των ιδιοτήτων ολκιμότητας. Η υποτίμηση αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι το μοντέλο, κα' αρχήν, δεν λαμβάνει υπόψη τους φυσικούς μηχανισμούς της ψαθυροποίησης του υλικού λόγω διάβρωσης. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε αποτελεί βήμα για τη σύνδεση της βλάβης διάβρωσης με τις απομένουσες μηχανικές ιδιότητες του υλικού και, επομένως, την ασφαλέστερη εκτίμηση της απομένουσας αντοχής διαβρωμένων αεροπορικών δομών. / Corrosion damage accumulation represents a major threat for the structural integrity of metallic aircraft structures and moreover has a strong effect on the load bearing capacity of aging aircraft structures. Corrosion damage is evaluated by means of metallographic features such as pitting density, depth and shape of pits, onset of exfoliation, etc. For the case of static loading, corrosion damage is usually accounted through reducing the metal thickness by the depth of corrosion attack and then calculating the corresponding stress increase. For the case of fatigue, corrosion pits are considered as possible onsets for fatigue cracks. The aim of the present PhD thesis is to contribute to establish a link between the metallographic features of corrosion damage and the degradation of the mechanical properties of a corroded material. Towards this objective, a methodology is developed which allows the numerical simulation of the tensile behavior of the corroded material based on the metallographic features of the corrosion damage. The present work is divided in two parts: a) the experimental investigation and b) the numerical analysis. The experimental part includes an extensive metallographic investigation of the occurring corrosion damage. Moreover, tensile tests were performed on the pre-corroded material which was exposed to the corrosive solution for several exposure periods. Finally, an examination of the fracture surfaces for the identification of the physical mechanisms of the damage has also been conducted. The main conclusion extracted from the metallographic procedure is that corrosion damage evolves from pitting to exfoliation progressively. The tensile tests performed on the pre corroded material revealed a moderate reduction concerning the tensile strength but a significant degradation of the tensile ductility even after short exposure periods. The examination of the fracture surfaces revealed the presence of quasi-cleavage zones beneath the depth of corrosion attack. The formation of these zones has been attributed by previous investigations to hydrogen diffusion and trapping into the corroded material during the corrosion process. The simulation procedure involves the development of a multi scale finite element model. The corrosion damage has been accounted for by introducing 3D Representative Unit Cells (RUCs) developed in the micro scale, with geometrical characteristics obtained by the metallographic analysis data of the corroded material. The degradation of the Representative Unit Cell’s mechanical properties due to the presence of the damage has been recorded. A 3D Finite Element model of a tensile specimen has been developed. This model has been used to simulate the tensile behavior of the corroded material, by including elements with degraded properties extracted from the RUC analysis. For the different exposure times RUCs with different geometrical characteristics were used so as to account for the evolving corrosion damage. The simulation results correlate well with the respective tensile behavior of the alloy obtained by the mechanical tests. As far as tensile ductility is concerned a significant deviation was observed, due to the fact that the finite element model does not account for the embrittlement of the material due to hydrogen absorption. The developed methodology represents a step towards the establishment of a link between the metallographic features of the corrosion damage and the residual mechanical properties of the material, and thus the more reliable estimation of the residual strength of the corroded aircraft structures.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν λεπτά υμένια οξειδίου του αλουμινίου (Al2O3) και οζειδίου του ζιρκονίου (ZrO2). Η ανάπτυξη των οξειδίων έγινε πάνω σε υπόστρωμα γερμανίου (Ge) με την τεχνική εναπόθεσης ατομικού στρώματος (Atomic Layer Deposition, ALD). Επίσης μελετήθηκαν υμένια οξειδίου του βολφραμίου (WO3), των οποίων η εναπόθεση έγινε με δυο διαφορετικές τεχνικές, πάνω σε υπόστρωμα P3HT:PCBM. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε συνθήκες υπερυψηλού κενού (Ultra High Vacuum, UHV) με επιφανειακά ευαίσθητες τεχνικές. Κύριος στόχος αυτής της εργασίας, είναι για τα οξείδια αλουμινίου και ζιρκονίου η διερεύνηση της χημικής σύστασης και της ηλεκτρονιακής δομής ενώ θα γίνει μια εκτίμηση του πάχους των υμενίων καθώς και σύγκριση με την αναμενόμενη τιμή συμφωνα με την διαδικασία παρασκευής. Για οξείδια του βολφραμίου έγινε μελέτη τόσο της επιφανειακής χημικής σύστασης όσο και της ηλεκτρονιακής δομής της διεπιφάνειας του οξειδίου του βολφραμίου (WO3) με το υπόστρωμα P3HT:PCBM καθώς και μία σύγκριση των αποτελεσμάτων ανάμεσα στην εξάχνωση με δέσμη ηλεκτρονίων (Electron Beam Evaporation) και τη μέθοδο διαλύματος-πηκτώματος (Sol-Gel) τεχνικές οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για την εναπόθεση των υμενίων οξειδίου του βολφραμίου. / In the present work,studied thin films of aluminum oxide (Al2O3) and zirconium oxide (ZrO2) thin films. Atomic Layer Deposition technique (ALD) was used for the growth of oxide on the germanium (Ge) substrate. Also studied films of tungsten oxide (WO3), which were deposited with two different techniques, onto P3HT:PCBM substrate. The study was conducted under conditions of UHV (Ultra High Vacuum) using surface sensitive techniques. The main objective of this work was to investigate the chemical composition and electronic structure and make an estimate of the thickness of aluminum oxide and zirconium oxide thin films. The thickness was compared with the expected value according to the manufacturing process. For the tungsten oxides were studied the surface chemical composition and the electronic structure of the WO3/P3HT:PCBM interface as well as a comparison of results between the Electron Beam Evaporation and Sol-Gel method, techniques which were used for the deposition of thin films of tungsten oxide.

Εξ’ αιτίας της ραγδαίας αύξησης στη χρήση σύνθετων υλικών, στην παρούσα εργασία ασχοληθήκαμε με σύνθετο υλικό μήτρας εποξικής ρητίνης και ενίσχυσης κόκκους αλουμινίου με μέση διάμετρο 63 μm. Σκοπός της έρευνας αυτής είναι κατά πρώτον να μελετήσει τη συμπεριφορά του συνθέτου σε στατική κάμψη αναλόγως της κατά βάρος περιεκτικότητά του σε κόκκους και να συγκρίνει τα πειραματικά αποτελέσματα με αντίστοιχες θεωρητικές προβλέψεις και κατά δεύτερον να μελετήσει την επίδραση βλάβης λόγω ύπαρξης εγκοπής ή θερμικής κόπωσης στην υποβάθμιση του σύνθετου υλικού και να προβλέψει την παραμένουσα μηχανική συμπεριφορά χρησιμοποιώντας το μοντέλο R.P.M. Τρία διαφορετικά μοντέλα πρόβλεψης, ανεπτυγμένα απ’ το CMG (Composite Material Group) του Πανεπιστημίου Πατρών, θα εφαρμοστούν για τις προβλέψεις και δύο απ’ αυτά θα συγκριθούν και με άλλα μοντέλα ανεπτυγμένα από άλλους ερευνητές. Κατ’ αρχήν, για τον υπολογισμό της μέγιστης τάσης εφαρμόστηκε το μοντέλο του τμηματικού κόκκου. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, ο κόκκος χωρίζεται σε άπειρο αριθμό ινών και σύμφωνα με την θεωρία του Cox μπορεί να υπολογιστεί η μέση τάση που ασκείται σε κάθε ίνα του κόκκου. Στη συνέχεια, για τον υπολογισμό του μέτρου ελαστικότητας συναρτήσει της κατά βάρους περιεκτικότητας σε κόκκους αλουμινίου εφαρμόστηκε το μοντέλο της μεσοφάσης. Το μοντέλο αυτό λαμβάνει υπόψιν την ύπαρξη μιας τρίτης φάσης ανάμεσα στις δύο κύριες (μήτρα-ενίσχυση) και η οποία αποτελεί μια σημαντική παράμετρο επίδρασης στη συμπεριφορά οποιουδήποτε σύνθετου υλικού. Τέλος, στις περιπτώσεις της ύπαρξης εγκοπής και της θερμικής κόπωσης εφαρμόστηκε το μοντέλο R.P.M. Το μοντέλο αυτό μπορεί να εφαρμοστεί για την περιγραφή της υποβάθμισης των ιδιοτήτων των υλικών μετά από βλάβη και στη συγκεκριμένη εργασία εφαρμόστηκε για να περιγράψει τις μεταβολές στην μέγιστη τάση του υλικού και στο μέτρο ελαστικότητάς του συναρτήσει του μήκους εγκοπής ή του αριθμού των θερμικών κύκλων. / -

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται η ανάπτυξη λεπτών υμενίων πορωδών ανοδικών οξειδίων του αλουμινίου (αναφέρονται και ως πορώδης ανοδική αλουμίνα) σε υπόστρωμα πυριτίου. Επιπλέον, εξετάζεται η ανάπτυξη εφαρμογών που αφορούν τη χρήση της πορώδους αλουμίνας ως μάσκα και ως μήτρα για την δημιουργία νανονημάτων ή κβαντικών τελειών (νανονησίδων) στο Si. Το πρώτο κεφάλαιο πραγματεύεται τη θεωρία και τους μηχανισμούς που διέπουν την ανάπτυξη πορωδών υμενίων, που προέρχονται από ανοδική οξείδωση (ανοδίωση) τόσο φύλλων αλουμινίου, όσο και υμενίων αλουμινίου σε υπόστρωμα πυριτίου. Επιπροσθέτως, παρατίθεται ο ρόλος που διαδραματίζουν οι ηλεκτροχημικές συνθήκες ανοδίωσης, όπως το pH, η θερμοκρασία και η εφαρμοζόμενη τάση, στα τελικά δομικά χαρακτηριστικά των πορωδών υμενίων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα τεχνολογικά βήματα διεργασιών που αφορούν την προετοιμασία των δειγμάτων τα οποία πρόκειται να ανοδιωθούν, και δίνονται λεπτομέρειες για την πειραματική διάταξη η οποία χρησιμοποιείται κατά την ανοδίωση. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετώνται εκτενώς, τρεις παράγοντες που έχουν σημαντική επίδραση στα τελικά δομικά χαρακτηριστικά των πορωδών υμενίων. Κατά τους δύο πρώτους, εξετάζεται η επίδραση του πάχους του προς ανοδίωση υμενίου αλουμινίου πάνω στο Si, καθώς και ο περιορισμός του σε επιφάνειες μερικών τετραγωνικών μικρομέτρων πάνω στο Si, στο μέγεθος και την πυκνότητα των πόρων. Ο τρίτος παράγοντας αφορά το ρόλο της ανοδίωσης του υμενίου του αλουμινίου σε δύο και τρία στάδια σε συνδυασμό με τη χημική εγχάραξή του μετά από κάθε στάδιο ανοδίωσης, στην ανάπτυξη εξαγωνικής συμμετρίας στην κατανομή των πόρων. Το τέταρτο κεφάλαιο, πραγματεύεται την ανάπτυξη εφαρμογών που συνδέονται με τη χρήση της πορώδους αλουμίνας ως μάσκα και ως μήτρα για τη δημιουργία νανοδομών επάνω στο πυρίτιο. Ως εκ τούτου παρουσιάζεται η δημιουργία νανονησίδων Cr, Ti, νανοστηλών Si, και νανονημάτων Au, πάνω στο Si, εφαρμογές στις οποίες τα πορώδη ανοδικά υμένια χρησιμοποιήθηκαν ως ενδιάμεσο στάδιο. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρατίθεται η ανάπτυξη διαμέσου της πορώδους αλουμίνας, εξαγωνικά διατεταγμένων νανονησίδων SiO2 στο Si. Επίσης, παρουσιάζεται ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός διατάξεων οι οποίες αποτελούνται από την εν λόγω δομή. Σε ένα επιπλέον βήμα, οι νανονησίδες SiO2 χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη νανοκρυσταλλιτών Si στο εσωτερικό τους μέσω της τεχνικής της ιοντικής σύνθεσης. Τα σημαντικότερα αποτελέσματα και συμπεράσματα που προέκυψαν από την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής συνοψίζονται στα εξής: • Βελτίωση της εξαγωνικής συμμετρίας στην κατανομή των πόρων, μέσω ανοδίωσης σε δύο ή τρία στάδια σε συνδυασμό με χημική εγχάραξη του προς ανοδίωση αλουμινίου έπειτα από κάθε στάδιο ανοδίωσης. • Αύξηση της πυκνότητας των πόρων των ανοδικών υμενίων κατά μία τάξη μεγέθους, με περιορισμό του προς ανοδίωση αλουμινίου σε προεπιλεγμένες περιοχές στο Si, επιφάνειας μερικών τετραγωνικών μικρομέτρων. • Ανάπτυξη διατεταγμένων νανοδομών Ti και Cr σε υπόστρωμα Si χρησιμοποιώντας λεπτά υμένια πορώδους αλουμίνας πάνω σε Si. Ιδιαίτερα οι δομές Cr, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μεταλλική νανοδομημένη μάσκα για την εγχάραξη με ενεργά ιόντα του υποστρώματος Si και τη δημιουργία νανοστηλών Si πάνω σε αυτό. Η δημιουργία νανοστηλών Si, βρίσκει πληθώρα εφαρμογών στη Νανοηλεκτρονική, σε αισθητήρες, Nανοφωτονική, μνήμες κ.τ.λ. • Οι πυκνότητες διεπιφανειακών καταστάσεων που προέκυψαν από τον ηλεκτρικό χαρακτηρισμό της διεπιφάνειας υμενίων πορώδους αλουμίνας με το πυρίτιο, και της διεπιφάνειας πορώδους αλουμίνας – νανονησίδων SiO2 με το πυρίτιο. Οι τιμές που υπολογίστηκαν είναι ενθαρρυντικές, αν ληφθεί υπόψη ο ηλεκτροχημικός τρόπος παρασκευής των εν λόγω σύνθετων υμενίων πάνω στο πυρίτιο. • Ανάπτυξη μεμονωμένων νανοκρυσταλλιτών Si ενσωματωμένων σε νανονησίδες SiO2. Για το σκοπό αυτό συνδυάστηκαν δύο διαφορετικές τεχνολογίες, εκείνη της ιοντικής σύνθεσης και εκείνη της ανάπτυξης νανονησίδων SiO2 διαμέσου λεπτών υμενίων πορώδους αλουμίνας απευθείας σε υπόστρωμα Si. Τέτοιες δομές νανοκρυσταλλιτών έχουν εφαρμογές σε διατάξεις μη πτητικών μνημών, όπου η κατανεμημένη αποθήκευση φορτίου στους νανοκρυσταλλίτες ευνοεί τη χρήση λεπτότερων οξειδίων πύλης και τη δυνατότητα σμίκρυνσης του πάχους των οξειδίων αυτών χωρίς να μειώνεται ο χρόνος αποθήκευσης φορτίου. / In the present thesis, the growth of porous anodic alumina films on Si substrate was studied extensively. Potential applications of porous anodic alumina films formed directly on Si, regarding the use of porous membranes as mask or template for various nanostructures growth directly on Si, are discussed. Chapter one deals with the theory and mechanisms governing porous anodic alumina film growth, either on porous anodic films formed by anodization of aluminum foils, or on porous anodic films developed on Si substrates. Additionally, the effect of different factors (pH, temperature, applied voltage) on the final structural characteristics is presented. In chapter two, the preliminary processing steps regarding sample preparation before the anodization procedure are quoted. Moreover, details about the experimental set-up and the electrochemical conditions used during the sample anodization in the current work are given. In chapter three, the influence of three different factors, in the final structural characteristics, is investigated. Primarily, the impact of the initial aluminum thickness deposited on Si substrate, and secondly the confinement of the aluminum film in areas of a few μm2, in the pore size and pore density are studied. Finally, the influence of the third factor is associated with a three-step instead of a two-step anodization, in combination with an in-between step of aluminum chemical etching, on the ordering and the uniformity of the pores. The deposition of Ti and Cr nanodots arrays on Si, using the porous alumina membrane as a masking layer, is investigated in chapter four. Furthermore, the Ti nanodots are used for the electrodeposition of Au nanodots and nanowires inside the porous alumina films. Additionally, the Cr dots are used as metallic nanostructured mask for the Si etching by reactive ion etching process, that leads to the formation of Si nanopillars on Si substrate. In chapter five the growth of hexagonally ordered SiO2 dots on Si through porous anodic alumina membranes, in various acidic electrolytes, is studied. Moreover, the electrical characterization of the interface of porous alumina film/Si and porous alumina film with SiO2 dots in pore bottoms/ Si is presented. Finally, in the present thesis the technology of fabrication of Si nanocrystals embedded in SiO2 dots arrays through porous alumina membranes on Si substrate is developed for the first time. This was achieved by the combination of ion beam synthesis with the already existing technology of porous anodic alumina growth on Si substrates. The nanocrystals are electrically isolated from the substrate. This technique is promising as an application in non-volatile memory devices. The main achievements accomplished through this study are summarized as follows: • The optimization of pores ordering by developing the porous alumina membrane in two or three processing steps in combination with the chemical etching of Al film, lying above the porous membrane, following each anodization cycle. • The increase of porous density by the confinement of porous alumina film in areas of a few μm2 on Si. • The development of Ti, Cr and nanodots arrays, directly on Si, through porous alumina membranes. The use of Cr nanodots as nanostructured masking layer for the formation of Si nanopillars, formed by etching of Si substrate with RIE, on Si. • The density of interface stages results from the electrical characterization of porous alumina with or without SiO2 dots at each pore bottom, with the Si substrate. The results are encouraging, keeping in mind that the pore membranes and SiO2 dots were electrochemically grown directly on Si substrate. • The development of distinct Si nanocrystalls, embedded in SiO2 dots, combining for the first time two different technologies, that is the fabrication of porous anodic alumina films directly on Si substrate, as well as the ion beam synthesis technique. The proposed technique is promising for the fabrication of non-volatile memory devices.