ΠΑΚΕΤΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Στα πλαίσια της Ε1.1 θα διερευνηθούν οι πρακτικές και οι απαιτήσεις νέων δομικών υλικών με δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας στις κατασκευές, ή/και με ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικής θωράκιση από ασύρματες ακτινοβολίες μικροκυμάτων. Θα καθοριστούν τα είδη των δομικών στοιχείων, οι φυσικές και οι μηχανικές τους ιδιότητες και οι προδιαγραφές για την παραγωγή αντίστοιχων δοκιμίων σε εργαστηριακή κλίμακα.
Για την ανάπτυξη τους θα χρησιμοποιηθούν τεχνικές χαμηλού κόστους και φιλικές προς το περιβάλλον, εύκολα εφαρμόσιμες σε μια μονάδα παραγωγής και η οποία θα επιτρέπει τον έλεγχο και την ελεγχόμενη τροποποίηση των βασικών χαρακτηριστικών τους.

Εκπόνηση αναλυτικής μελέτης αναφορικά με τις ανάγκες της αγοράς, τις απαιτήσεις της και τα περιθώριά της, έτσι ώστε το τελικό αποτέλεσμα να μπορεί να εξελιχθεί σε ένα κερδοφόρο και βιώσιμο προϊόν, με σημαντική προστιθέμενη αξία. Με τον όρο αγορά εννοούμε κατ’ ελάχιστο τους κατασκευαστές κτηρίων και δομικών υλικών, τους καταναλωτές/χρήστες (για επαγγελματικά κτήρια και κατοικίες), τα οικονομικά δεδομένα ανά περιοχή και κατηγορία ενδιαφέροντος (κατοικίες, κλινικές, επαγγελματικοί χώροι). Θα διερευνηθούν τα εμπορικά προϊόντα που παρέχονται στην εγχώρια και διεθνή αγορά και τα χαρακτηριστικά τους όπως φύση, γεωμετρία, μηχανικές ιδιότητες, σύσταση κλπ. Τα αποτελέσματα από την έρευνα αγοράς θα αξιολογηθούν, θα αναλυθούν και θα παρουσιαστούν σε όλους σε όλους τους φορείς/εταίρους του προγράμματος. Ως αποτέλεσμα θα είναι μία σειρά εργαλείων όπως έκθεση σκοπιμότητας, χρηματοοικονομική ανάλυση, διάγραμμα πιθανών προϊόντων και αγορών και αναλύσεις νομοθετικών πλαισίων. Η διάχυση της πληροφορίας θα βοηθήσει ώστε να προχωρήσει το προτεινόμενο ερευνητικό έργο στοχευμένα και να καλυφθεί το κενό της ελληνικής αγοράς.

Ενεργός άνθρακας (AC) με μεγάλη ειδική επιφάνεια (>1000m2/g) θα παρασκευαστεί με χημική ενεργοποίηση (καταλύτης: KOH) βιομάζας σε ένα στάδιο και σε θερμοκρασίες 700-800oC σε αδρανή ατμόσφαιρα (αέριο: Ar). Ως πρώτες ύλες βιομάζας θα χρησιμοποιηθούν υπολείμματα καφέ και ληγμένα άλευρα. Ο διογκωμένος γραφίτης θα παρασκευαστεί με θέρμανση εμπορικού γραφίτη σε φούρνο μικροκυμάτων.

H ανάπτυξη των σύνθετων PCMs/MWNTs θα πραγματοποιηθεί με αρχική προσθήκη εμπορικών MWNTs σε αιθανόλη, επεξεργασία του ετερογενούς μείγματος σε λουτρό υπερήχων και ανάμειξη του στάγδην με υγρή παραφίνη (C16-18 με σ.τ. 21,2οC και n-C18 με σ.τ. 28οC). Το μείγμα θα στερεοποιηθεί με μείωση της θερμοκρασίας ώστε να προκύψουν τα σύνθετα υλικά PCMs(c16)/MWNTs και PCMs(c18)/MWNTs. Εν συνεχεία θα πραγματοποιηθεί εκ νέου τήξη των δύο PCMs/MWNTs υπό κενό με ανάμειξη για 60min των σταθεροποιητών σχήματος (διογκωμένου γραφίτη, EG ή ενεργού άνθρακα, AC) ώστε να δημιουργούν συνθήκες υγρού εμποτισμού των πορωδών ανθράκων με τα σύνθετα PCMs/MWNTs. Με χρήση μεταλλικής σήτας μπορεί να συλλεγεί το στερεό (SSPCMs) το οποίο θα περιέχει ενθυλακωμένο το σύνθετο PCM/MWNTs εντός των πόρων των δύο σταθεροποιητών σχήματος (AC@PCM/MWNTs και EG@PCM/MWNTs). Θα παρασκευαστούν και τα δείγματα AC@ PCM και EG@PCM για σύγκριση.

Οι πρώτες ύλες (ερυθρά ιλύς, υαλόθραυσμα, γραφίτης, ενεργός άνθρακας, παραφίνες) θα χαρακτηριστούν ως προς τη δομή τους, θερμικές και φυσικοχημικές ιδιότητες με περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD), δονητική φασματοσκοπία (Raman, IR), θερμική ανάλυση (DSC, DTA/TG), ποροσιμετρία N2, Hg.

Για την παραγωγή των κεραμικών αφρών, θα επιλεγούν διάφορες αναλογίες ερυθράς ιλύος/υαλοθραύσματος, ενώ ως παράγοντες αφρισμού θα χρησιμοποιηθούν οξειδωτικά (SiC και γραφίτης) ή ουδέτερα πρόσθετα (ανθρακικά άλατα). Πορώδεις δομές “ανοικτού κελιού” μπορούν να παραχθούν με αυτές τις μεθόδους σε θερμοκρασίες μικρότερες των 1000 oC, ανάλογα με τον κρίσιμο έλεγχο των παραμέτρων της διαδικασίας. Οι κεραμικοί αφροί θα αναμειχθούν υπό κενό με τα υλικά PCMs/MWNTs ώστε να δημιουργούν συνθήκες υγρού εμποτισμού των CFs και να παραχθούν τα υλικά SSPCMs-ceramic.

Για την παραγωγή των κεραμικών αφρών με ενθυλακωμένο γραφίτη (CF-g) θα επιλεγούν διάφορες αναλογίες ερυθράς ιλύος/υαλοθραύσματος/γραφίτη και θα προκληθεί πυροσσυσωμάτωση με μικροκύματα εκμεταλλευόμενοι την παρουσία του αγώγιμου γραφίτη για την ανάπτυξη των απαιτούμενων θερμοκρασιών. Η μέθοδος έχει το πλεονέκτημα χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και ταχύτητας παρασκευής για την ανάπτυξη των σύνθετων δομών.

Tα ενισχυτικά πρόσθετα και μήτρες άνθρακα (MWNTs, AC και EG) και τα σύνθετα PCMs θα χαρακτηριστούν ως προς την δομή και μικροδομή τους με δονητική φασματοσκοπία (Raman, IR) και τεχνικές μικροσκοπίας, (ατομικής δύναμης, AFM και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, SEM)

Μορφολογικά θα μελετηθούν με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). To ποσοστό φόρτωσης των SSPCMs σε PCMs/MWNTs και το διαθέσιμο πορώδες τους θα μελετηθούν με μετρήσεις TGA και ποροσιμετρίας Hg και αζώτου.

Θα παραχθούν πρότυπα δοκίμια από πυρήνα γύψου/τσιμέντου διαστάσεων 200mm × 200mm × 12.5mm από πολφό γύψου/κονίαμα με ενθυλακωμένα τα υλικά SSPCMs-ceramic ή/και SSPCMs-ceramic σε ξύλινα καλούπια με βάση τις προδιαγραφές της ενότητας ΕΕ1.

Θα παραχθούν αντιστοίχως με Ε5.1 δοκίμια με προσθήκη κεραμικών αφρών με ενθυλακωμένο γραφίτη CF-g σε διάφορες αναλογίες (SSPCMs/ CF-g=3:1, 2:1, 1:1).

Θα προσδιοριστούν με χρήση θερμικής ανάλυσης DSC και συστήματος αναλυτή θερμικής αγωγιμότητάς, τα σημεία τήξεως και στερεοποίησης, η ειδική θερμοχωρητικότητα και η θερμική αγωγιμότητα των πρωτότυπων δομικών στοιχείων.

Θα πραγματοποιηθεί ηλεκτρομαγνητική ανάλυση και πειραματικός χαρακτηρισμός των υπό μελέτη δομικών υλικών με σκοπό την καταγραφή αλλά και την κατανόηση της ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης που εμφανίζουν. Ο πειραματικός χαρακτηρισμός θα γίνει στην μικροκυματική περιοχή (0.1 – 20 GHz που καλύπτει το σύνολο των διαθέσιμων συστημάτων τηλεπικοινωνιών και τηλεπισκόπισης) με τη χρήση είτε τμημάτων κυματοδηγών, είτε κεραιών τύπου χοάνης, και θα αφορά τον προσδιορισμό της ανάκλασης και απορρόφησης των δειγμάτων. Ιδιαίτερη προσοχή θα δοθεί στην διερεύνηση των επιδόσεων σε σχέση με την πόλωση, την γωνία πρόσπτωσης και χαρακτηριστικά της επιφάνειας επί της οποία τοποθετείται, κλπ. Σκοπός της διαδικασία αυτής είναι η εν συνεχεία ορθή μοντελοποίηση των ιδιοτήτων των υλικών στις υπολογιστικές προσομοιώσεις, για τη κατανόηση των μηχανισμών και την σχεδίαση βέλτιστων υλικών. Ειδικότερα, θα πραγματοποιηθούν υπολογισμοί συντελεστών μετάδοσης/ανάκλασης/απορρόφησης για δομικά υλικά, είτε με περιοδική δομή, είτε με τυχαία χαρακτηριστικά με γνωστή στατιστική. Αντίστοιχα, θα μελετηθεί η επίδραση της γεωμετρικής δομής ενός πλέγματος στην ηλεκτρομαγνητική θωράκιση. Χρησιμοποιώντας κατάλληλο λογισμικό τρισδιάστατης ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης, όπως το CST Microwave Studio Suite ή το COMSOL Multiphysics, θα μελετηθεί η επίδραση παραμέτρων όπως το σχήμα (π.χ. τετραγωνική, ρομδοειδής, κλπ. μορφή), το είδος, το μέγεθος των πόρων, κ.ά. Παράλληλα, θα μελετηθεί η χρήση πολλαπλών επιπέδων (όμοιων ή διαφορετικών) πλέγματος/θωράκισης, με σκοπό τη μείωση στο ελάχιστο των παρεμβολών από σήματα που ανήκουν είτε στην ίδια είτε σε διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων.

Με βάση όλα τα δεδομένα από τις προηγούμενες ΕΕ θα κατασκευαστούν εργοστασιακά βέλτιστα δομικά υλικά και θα κατασκευαστεί πρωτότυπο δωμάτιο δοκιμών μικρού μεγέθους, με οροφή από τα υπό εξέταση υλικά. Το όλο δωμάτιο θα τοποθετηθεί σε επαφή στη πλευρά του υπό εξέταση υλικού με θάλαμο (1000mm × 1000mm × 1000mm) ελεγχόμενης θερμοκρασίας (περιβαλλοντικός θάλαμος) που θα κατασκευαστεί επίσης για τις ανάγκες του έργου.

Αξιολόγηση στο πεδίο πρωτότυπων δομικών υλικών που θα κατασκευαστούν στις υποδομές του φορέα ENHSS στον πιλοτικό θάλαμο για εξωτερικό χώρο που θα αναπτυχθεί στην Ε6.1 του έργου, με τη χρήση φορητού αναλυτή μικροκυμάτων και κεραιών στη συχνοτική περιοχή των μικροκυμάτων.