ΠροτεινόμεναΘέματακαιΑνάθεσηΔιπλωματικώνΕργασιών
Παραμόρφωση υαλωδών πολυμερών:  Μικροσκοπική  - μακροσκοπική σύνδεση
Στην εργασία αυτή θα πραγματοποιηθεί μικροσκοπική μελέτη της παραμόρφωσης πολυμερικών γυαλιών, βασιζόμενη σε προσομοιώσεις Μοριακής Μηχανικής (ΜΜ), με σκοπό τη σύνδεση της κινητικής της παραμόρφωσης στην ατομιστική κλίμακα με την αντίστοιχη μακροσκοπικά παρατηρούμενη.

Υπόβαθρο

Η κατανόηση των μικροσκοπικών αρχών που διέπουν τις μακροσκοπικές μηχανικές ιδιότητες ενός υλικού είναι ένα θεμελιώδες πρόβλημα της επιστήμης των υλικών. Ιδιαίτερα σε υαλώδη υλικά, η απόκριση στην παραμόρφωση ενός υλικού (μαζί με τις υπόλοιπες ιδιότητές του) μεταβάλλεται με το χρόνο και εξαρτάται από το ιστορικό του δείγματος. Καθότι τα υαλώδη υλικά είναι σε κατάσταση μετασταθούς ισορροπίας, η διαδικασία της φυσικής γήρανσης, δηλαδή η διαρκής, βραδεία προσέγγιση της ισορροπίας, επηρεάζει τις ιδιότητες του υλικού. Πειραματικές παρατηρήσεις έχουν οδηγήσει στη διατύπωση θεωριών, όπου αφενός η κινητική της γήρανσης επηρεάζεται από την επιβαλλόμενη παραμόρφωση (π.χ. «μηχανική αναζωογόνηση» - mechanical rejuvenation)  και αφετέρου η μηχανική απόκριση του υλικού καθορίζεται από το ρυθμό παραμόρφωσης και την προϊστορία του δείγματος.

Μέθοδοι

Θα πραγματοποιηθούν μοριακές προσομοιώσεις σε λεπτομερή ατομιστικά πρότυπα πολυμερικών γυαλιών. Οι προσομοιώσεις θα διεξαχθούν με τη χρήση υπολογιστικών εργαλείων (τόσο ανεπτυγμένων από την ομάδα Υπολογιστικής Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών του ΕΜΠ όσο και λογισμικού ανοικτού κώδικα). Σε καλά εξισορροπημένες απεικονίσεις πολυμερικών γυαλιών θα εφαρμοσθεί προοδευτικά αυξανόμενο φορτίο. Κατόπιν, θα μελετηθεί η κατανομή των σταθερών ρυθμού για τις θεμελιώδεις διεργασίες δομικής χαλάρωσης (structural relaxation) και τα ευρήματα θα συγκριθούν με μακροσκοπικές θεωρίες, όπως, π.χ. του Eyring.

Ενδεικτικές κατευθύνσεις / αποτελέσματα

-    Κατανομές σταθερών ρυθμού για συμβάντα δομικής χαλάρωσης, ως συνάρτηση της επιβαλλόμενης παραμόρφωσης.
-   Παρακολούθηση και εντοπισμός πλαστικών γεγονότων, δηλαδή ασυνεχειών στην εξάρτηση της ελεύθερης ενέργειας από την παραμόρφωση. Κατόπιν, περιγραφή της φύσης τους.
-    Θεμελίωση μίας μεθόδου για την επιβολή ενός πεπερασμένου ρυθμού παραμόρφωσης σε μια αλληλουχία οιονεί στατικών παραμορφώσεων (quasi-static deformation).
-   Σύνδεση των μικροσκοπικών ευρημάτων και αναγωγή τους σε αξιοποιήσιμες παραμέτρους για συναρτησιακές εκφράσεις τύπου Eyring.

Βιβλιογραφία

1.      Brown, H.R. Macromolecules 1991, 24, 2752.
2.      Kremer, K.; Grest, G.S. J. Chem. Phys. 1990, 92, 5057.
3.      Vogiatzis, G.G.; Theodorou, D.N. Macromolecules 2014, 47, 387.
4.   Vogiatzis, G.G.; van Breemen L.C.A.; Theodorou, D.N.; H"utter, M. Comput. Phys. Commun 2020, 249, 107008.
5.    Vogiatzis, G.G.; van Breemen L.C.A.; H"utter, M. J. Phys. Chem. B 2021, 125, 7273; ibid. 2022, 39, 7731.
Περισσότερες πληροφορίες:

Επιβλέπων μέλος ΔΕΠ: Θεόδωρος Θεοδώρου

Τομέας: Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών

Σχετικό Μάθημα : Σχέσεις Δομής - Ιδιοτήτων Υλικών

Περίοδος Ανάθεσης: Φεβρουαρίου Ακ. Έτους 2023-2024

Ανατέθηκε: Νικόλαος Παπαματθαιάκης