40YearsChemEngUP

101

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών ανήκει στον Τομέα Μηχανικής Διεργασιών & Περιβάλλοντος του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών και ιδρύθηκε από τον Ομότιμο Καθηγητή και Ακαδημαϊκό, κ. Γεώργιο Δάσιο. Μεταξύ των διδακτόρων οι οποίοι αναδείχθηκαν είναι και ο σημερινός υπεύθυνος Επίκουρος Καθηγητής του Τμήματος κ. Παναγιώτης Βαφέας. Σημαντικός αριθμός διδακτόρων του Εργαστηρίου κατέχουν θέσεις σε ΑΕΙ: Κ. Κυριάκη (Καθηγήτρια, ΕΜΠ/ΣΕΜΦΕ), Χ. Αθανασιάδης (Καθηγητής ΕΚΠΑ), Βασ. Κωστόπουλος (Καθηγητής Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του ΠΠ), Δ. Πολύζος, Καθηγητής Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών και Αντιπρύτανης του ΠΠ), Φιλ. Ζαφειροπούλου, (Καθηγήτρια ΠΠ), Α. Χαραλαμπόπουλος (Καθηγητής ΕΜΠ/ΣΕΜΦΕ), Δ. Γκιντίδης (Καθηγητής ΕΜΠ/ΣΕΜΦΕ). Μ. Χατζηνικολάου (Καθηγήτρια ΕΑΠ), Fj. Cakoni (Professor, Rutgers University, USA) Φωτ. Καρυώτου ( Επικ. Καθηγ. ΕΑΠ). ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Σκοπός του εργαστηρίου και της ερευνητικής του ομάδας είναι να προάγει τη διδασκαλία και την έρευνα στην ανάπτυξη και ανάλυση μαθηματικών μεθόδων στα κύρια επιστημονικά πεδία μαθηματικής φυσικής. Κίνητρο αποτελεί η απαίτηση εισαγωγής ρεαλιστικών προτύπων μαθηματικής μελέτης φαινομένων άρτια συνδεδεμένων με τη σύγχρονη επιστήμη και τεχνολογία. Οι κύριες επιστημονικές περιοχές δραστηριοποίησης του εργαστηρίου και οι βασικοί άξονες της έρευνας, η οποία επιτελείται από το εργαστηριακό προσωπικό, περιλαμβάνουν τα εξής: Μερικές διαφορικές εξισώσεις με εφαρμογές σε περιοχές αιχμής της φυσικής και αναλυτικές μέθοδοι επίλυσής τους. Ελλειψοειδή συστήματα με μελέτη της γεωμετρίας και εφαρμογές στη φυσική. Ακτινοβολία, κυματική διάδοση και σκέδαση στην ακουστική, στον ηλεκτρομαγνητισμό, στην ελαστικότητα και στη θερμοελαστικότητα. Αντίστροφα προβλήματα σκέδασης στις αντίστοιχες προαναφερθείσες φυσικές περιοχές με δημιουργία πολύπλοκων αλγορίθμων αντιστροφής. Μεθόδους διαγνωστικής ιατρικής σχετικά με την εγκεφαλική δραστηριότητα με εφαρμογές στη μαγνητοεγκεφαλογραφία και στην ηλεκτροεγκεφαλογραφία. Ρευστοδυναμική, έρπουσα υδροδυναμική και ηλεκτρικά ή μη–ηλεκτρικά αγώγιμα μαγνητικά ρευστά με εφαρμογές στη μαγνητορευστοδυναμική και τη φερρορευστοδυναμική. Παράλληλα με τη μελέτη των προβλημάτων που περιλαμβάνονται στις συγκεκριμένες ερευνητικές περιοχές, αλλά και την ανάπτυξη νέων θεωριών, από την ερευνητική ομάδα του εργαστηρίου, έχουν επίσης αναπτυχθεί συνεργασίες με επιστήμονες της Ελλάδας και του εξωτερικού σε αναλυτικές, υβριδικές και αριθμητικές μεθόδους αντιμετώπισης των συγκεκριμένων φυσικών εφαρμογών. 102

ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Γεώργιος Δάσιος Ομότιμος Καθηγητής [email protected] Παναγιώτης Βαφέας Επ. Καθηγητής [email protected] ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Το Εργαστήριο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών αποτελεί ένα διδακτικό και ερευνητικό εργαστήριο στο οποίο διεξάγονται σεμινάρια εφαρμοσμένων μαθηματικών και πραγματοποιείται έρευνα στα επιστημονικά θέματα της περιγραφής. Συνεπώς, ο βασικός ερευνητικός εξοπλισμός του και οι υπηρεσίες που ενδεχομένως παρέχονται ή μπορούν να παρασχεθούν προς τρίτους, περιλαμβάνει ποικιλία βιβλίων μαθηματικών και φυσικής τόσο σε θεωρητικό όσο και σε εφαρμοσμένο επίπεδο, υπολογιστικές μονάδες για την αριθμητική ανάλυση των αποτελεσμάτων ή τη δημιουργία ισχυρών αλγορίθμων για επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων και όλο το απαραίτητο υλικό το οποίο χρειάζεται για τη διεξαγωγή διδασκαλίας και έρευνας στην ευρύτερη περιοχή των εφαρμοσμένων μαθηματικών. 103

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Το Εργαστήριο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών προάγει τη διδασκαλία και την έρευνα σε πλήθος φυσικών περιοχών των εφαρμοσμένων μαθηματικών. Η διδασκαλία αφορά εντατικά εξαμηνιαία ερευνητικά σεμινάρια σχετικά με τις δραστηριότητες του εργαστηρίου και μεταπτυχιακά μαθήματα του Τμήματος Χημικών Μηχανικών, αλλά και γενικότερα του Πανεπιστημίου Πατρών. Η έρευνα έχει σαν αποτέλεσμα την παρουσίαση εργασιών σε διεθνή επιστημονικά συνέδρια και τη δημοσίευση άρθρων σε έγκυρα διεθνή επιστημονικά περιοδικά με κριτές. Επίσης, στοχεύει στην αντιμετώπιση σύγχρονων προβλημάτων αιχμής στην επιστήμη και τεχνολογία μέσα από εθνικά και διεθνή προγράμματα και περιέχει διάφορα έργα, άλλα ολοκληρωμένα και άλλα σε εξέλιξη, τα οποία από το 2013 έως σήμερα είναι τα εξής: Διπλωματικές Εργασίες • Σοφία Παππά 2013 (Μαθηματική Ανάλυση Προβλημάτων Ηλεκτροεγκεφαλογραφίας και Μαγνητοεγκεφαλογραφίας). • Δάφνη Γιάνναρη 2017 (Επίδραση της Γεωμετρίας του Εγκεφάλου στις Μαγνητοεγκεφαλικές Μετρήσεις). Διδακτορικές Διατριβές • Βασιλική–Χριστίνα Παναγιωτοπούλου 2014 (Ανάλυση της Ευστάθειας κατά την Ανάπτυξη Ελλειψοειδών Κυτταρικών Όγκων). • Κωνσταντία Σατραζέμη 2014 (Ηλεκτρομαγνητική Δραστηριότητα του Εγκεφάλου και Διαδικασίες Μάθησης). Ερευνητικά Προγράμματα • Πρόγραμμα «Κ. Καραθεοδωρή» 2010–2013 (Μαθηματική και Υπολογιστική Ανάπτυξη 3–D Μοντέλων για τη Μαγνητορευστοδυναμική Ροή Μαγνητικών Ρευστών). • Πρόγραμμα Αριστεία 2012–2015 (Εντοπισμός Πηγών και Ανάλυση Ευστάθειας στην Ηλεκτρο–Μαγνητο–Εγκεφαλογραφία). 104

Στο εργαστήριο από το 2000 έως και σήμερα έχουν επιτευχθεί σημαντικές διακρίσεις, μερικές από τις οποίες συνοψίζονται πιο κάτω: • Συγγραφή ερευνητικού συγγράμματος 2000 (Low Frequency Scattering / Γεώργιος Δάσιος και Ralph Kleinman) και έκδοση Oxford University Press. • Απονομή βραβείου Ακαδημίας Αθηνών 2004 επιστημονικής δημοσίευσης (Magnetoencephalogrphy in Ellipsoidal Geometry / Γεώργιος Δάσιος και Φωτεινή Καριώτου) στο Journal of Mathematical Physics. • Απονομή έδρας Αριστεία (Marie Curie Chair of Excellence) 2005–2008 στον Γεώργιο Δάσιο για το Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, Cambridge (σχετικό βίντεο στην ιστοσελίδα http://excellence.minedu.gov.gr/listing/114- electroencephalography). Συγγραφή ερευνητικού συγγράμματος 2012 (Ellipsoidal Harmonics. Theory and Applications / Γεώργιος Δάσιος) και έκδοση Cambridge University Press. 105

106

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗΣ ΕΝΖΥΜΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Λειτουργίας και Δομής Ενζύμων αποτελεί την πιο πρόσφατη προσθήκη στο εργαστηριακό δυναμικό του Τμήματος, μετά την εκλογή της Μαρίας Δημαρόγκωνα (διδάκτωρ 2012 – ΤΧΜ, ΕΜΠ) στη θέση Επίκουρης Καθηγήτριας με γνωστικό αντικείμενο «Βιοχημική Μηχανική». ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Στόχος του εργαστηρίου είναι η μελέτη των σχέσεων δομής-λειτουργίας και του μηχανισμού δράσης ενζύμων που παρουσιάζουν βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον. Πιο συγκεκριμένα, οι ερευνητικές δραστηριότητες του εργαστηρίου περιλαμβάνουν: 1. Τη μελέτη του μηχανισμού και της δομής ενζύμων που παρουσιάζουν βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται σε μία κατηγορία μυκητιακών οξειδασών που ανακαλύφθηκαν την τελευταία δεκαετία, και που πλέον αποτελούν βασικά συστατικά των εμπορικών κυτταρινολυτικών σκευασμάτων. Τα ένζυμα αυτά ονομάζονται LPMOs (Lytic Polysaccharide Monooxygenases) και διασπούν οξειδωτικά πολυσακχαρίτες του φυτικού κυτταρικού τοιχώματος, παρουσιάζοντας έτσι ενδιαφέρον για πολλές βιοτεχνολογικές εφαρμογές. Στόχος του εργαστηρίου είναι η μελέτη των σχέσεων δομής-λειτουργίας των ενζύμων αυτών και η βελτιστοποίηση της χρήσης τους σε συνδυασμό με άλλα ένζυμα που δρουν σε φυτικούς πολυσακχαρίτες. 2. Την τροποποίηση των ενζύμων (πρωτεϊνική μηχανική) προκειμένου αυτά να αποκτήσουν επιθυμητές βιοχημικές ιδιότητες. Χρησιμοποιώντας πληροφορίες που προκύπτουν από το βιοχημικό και δομικό χαρακτηρισμό των ενζύμων, γίνεται μετάλλαξη επιλεγμένων αμινοξέων προκειμένου να αυξηθεί η θερμοσταθερότητα των βιοκαταλυτών ή να αυξηθεί η δραστικότητά τους προς συγκεκριμένα υποστρώματα, οδηγώντας έτσι στην απελευθέρωση επιθυμητών προϊόντων. Επιπλέον, μέσω της μετάλλαξης αμινοξέων που σχετίζονται με την καταλυτική δραστικότητα, μελετάται ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων-στόχων. 3. Την αξιοποίηση των ενζύμων αυτών για την παραγωγή χημικών και καυσίμων, με βάση τη φυτική βιομάζα. Στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας, γίνεται προσπάθεια για την παραγωγή χημικών και καυσίμων από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως είναι τα αγροτοβιομηχανικά απόβλητα και τα υπολείμματα από βιομηχανίες ξυλείας, καθώς και τα οργανικά αστικά απόβλητα. Στόχος του εργαστηρίου είναι η εφαρμογή καινοτόμων βιοκαταλυτών προκειμένου να αξιοποιηθεί αποδοτικότερα η βιομάζα, με χαμηλότερο κόστος και μεγαλύτερο εύρος χρήσιμων προϊόντων. 4. Τη χρήση βιοκαταλυτών σε εφαρμογές βιοεξυγίανσης. Στόχος είναι η εφαρμογή επιλεγμένων ενζύμων όπως είναι οι λακκάσες για την απομάκρυνση τοξικών ουσιών από απόβλητα βιομηχανίας τροφίμων όπως τα τυροκομεία και τα ελαιουργεία, που χαρακτηρίζονται από υψηλό φαινολικό φορτίο. 107

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΦΑΡΜΟΖΟΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ Προκειμένου να απομονωθούν τα ένζυμα – στόχοι : • Πραγματοποιείται βιοπληροφορική ανάλυση του γονιδιώματος μικροοργανισμών όπως μυκήτων και βακτηρίων που εμπλέκονται στην αποικοδόμηση της φυτικής βιομάζας, προκειμένου να εντοπιστούν τα γονίδια εκείνα που παρουσιάζουν βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον. Επιλέγονται υποθετικές πρωτεΐνες που παρουσιάζουν χαμηλή ομολογία με γνωστά ένζυμα προκειμένου να εντοπιστούν βιοκαταλύτες με καινούριες ιδιότητες. • Ακολουθεί κλωνοποίηση και έκφραση των γονιδίων-στόχων στο βακτήριο Escherichia coli ή τη ζύμη Pichia pastoris. Η απομόνωση των γονιδίων γίνεται μέσω της τεχνικής PCR, από γονιδιακό DNA, είτε απευθείας μέσω χημικής σύνθεσης της επιθυμητής αλληλουχίας βάσεων. Κατόπιν εισαγωγής του γονιδίου-στόχου σε επιλεγμένο πλασμιδιακό φορέα, γίνεται μετασχηματισμός επιδεκτικών κυττάρων E. coli (χημικός μετασχηματισμός) ή P. pastoris (ηλεκτροδιάτρηση). • Προκειμένου να παραχθούν οι ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες, γίνεται καλλιέργεια των μετασχηματισμένων κυττάρων σε γυάλινες φιάλες ή βιοαντιδραστήρες. Τα ένζυμα απομονώνονται από το υγρό της καλλιέργειας με τεχνικές υγρής χρωματογραφίας (FPLC- Fast Protein Liquid Chromatography). Η καθαρότητά τους αξιολογείται μέσω ηλεκτροφόρησης σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου. Για τη δομική μελέτη των ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών: • Γίνεται διερεύνηση συνθηκών κρυστάλλωσης προκειμένου να παραχθούν πρωτεϊνικοί κρύσταλλοι με ικανότητα περίθλασης ακτίνων Χ. • Ακολουθεί συλλογή δεδομένων ακτίνων X σε πηγή συγχροτρονικής ακτινοβολίας (π.χ. ESRF, Grenoble) και επίλυση της δομής με χρήση κατάλληλων τεχνικών, όπως μοριακής αντικατάστασης. • Γίνεται ανάλυση των πρωτεϊνικών δομών προκειμένου να διερευνηθεί ο καταλυτικός τους μηχανισμός και να επιλεχθούν τα αμινοξέα εκείνα που θα μεταλλαχθούν, προκειμένου να παραχθούν βιοκαταλύτες με επιθυμητές ιδιότητες.. 108

109

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Η ερευνητική ομάδα ξεκίνησε την δραστηριότητά της το 2005 με την εκλογή του Ι.Κ. Κούκου στη βαθμίδα Επίκουρου Καθηγητή και στεγάζεται από το 2013 στον 2ο όροφο του κεντρικού κτηρίου του Τμήματος. Στο εργαστήριο έχουν εκπονηθεί περίπου 40 προπτυχιακές και μεταπτυχιακές εργασίες και 2 διδακτορικές διατριβές. Εκπονήθηκαν ερευνητικά έργα τα οποία χρηματοδοτήθηκαν από εθνικούς και ευρωπαϊκούς πόρους καθώς και από συνεργασία με τη βιομηχανία. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Γιάννης Κούκος Αναπληρωτής Καθηγητής [email protected] Νάντια Μαραζιώτη [email protected] ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Η ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου «Σχεδιασμού Εργοστασίων-ΣχΕ» του Τμήματος έχει έντονη ερευνητική δραστηριότητα στο πεδίο του σχεδιασμού και αξιολόγησης τεχνολογιών αξιοποίησης επεξεργασμένων πρώτων υλών τόσο οργανικής όσο και ανόργανης φύσης. Πιο συγκεκριμένα, η ερευνητική ομάδα του εργαστηρίου ΣχΕ έχει αναπτύξει σημαντική τεχνολογία στη δόμηση μαθηματικών προτύπων διεργασιών που βρίσκονται σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης και στην ενσωμάτωση αυτών των προτύπων σε εμπορικούς προσομοιωτές (όπως είναι το UniSim, Αspen, SuperPro, Matlab, GAMS). Σημαντικό έργο έχει επίσης ολοκληρωθεί στην σύνδεση πρώιμων πειραματικών αποτελεσμάτων με την οικονομική και περιβαλλοντική αξιολόγηση των αντίστοιχων τεχνολογιών σε βιομηχανική κλίμακα. Το εργαστήριο ΣχΕ έχει επίσης σημαντική τεχνογνωσία στην συστηματική βελτιστοποίηση βιομηχανικών συστημάτων τόσο στο επίπεδο του στρατηγικού σχεδιασμού όσο και στο επίπεδο της βελτιστοποίησης του μηχανολογικού σχεδιασμού και της λειτουργίας των αντίστοιχων μονάδων. Το εργαστήριο κατέχει αξιόλογη τεχνογνωσία στην ανάπτυξη συστημάτων Καταγραφής Κύκλου Ζωής (LCI) αλλά και στην Αποτίμηση Κύκλου Ζωής (LCA) με τη χρήση εμπορικών λογισμικών LCA. Στο εργαστήριο ΣχΕ εκπονούν τις προπτυχιακές ή μεταπτυχιακές τους διπλωματικές εργασίες περισσότεροι από 15 νέοι μηχανικοί και ερευνητές σε αντικείμενα συναφή με τη σύνθεση και βελτιστοποίηση διεργασιών. Έχει δε τα τελευταία χρόνια επιδείξει σημαντική δράση στην εκπαίδευση και την διάχυση των αποτελεσμάτων της έρευνας που επιτελείται στο εργαστήριο. 110

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Περίπου 10 Η/Υ εξοπλισμένοι με τα ακόλουθα λογισμικά: UNISIM, GABI, MATLAB, GAMS. 111

112

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΑΓΝΗΤΟΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Ο υπεύθυνος του εργαστηρίου Αναπληρωτής Καθηγητής Δημήτρης Κουζούδης έλαβε το Μάστερ Φυσικής & Επιστήμης των Υλικών και Διδακτορικό Φυσικής στο Iowa State University των ΗΠΑ το 1996 και 1998 αντίστοιχα. Εργάστηκε ως ερευνητής στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του University of Kentucky, το 1999 – 2000, και ως σύμβουλος τεχνολογίας στον όμιλο επιχειρήσεων “Kindred Healthcare” το 2000 – 2001. Διαθέτει μακρά εμπειρία στον σχεδιασμό, κατασκευή και λειτουργία μαγνητοελαστικών αισθητήρων και το ερευνητικό του έργο συμπεριλαμβάνει 39 δημοσιεύσεις με 1100+ αναφορές σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά με κριτές και 2 διπλώµατα ευρεσιτεχνίας σχετικά με μαγνητοελαστικούς αισθητήρες με αριθ. 6.688.162 και 6.393.921 της Υπηρεσίας Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας των Η.Π.Α. Ήταν αρχισυντάκτης του επιστημονικού περιοδικού “Sensor Letters” την πενταετία 2013 – 2008 με δείκτη απήχησης 1.0. Το εργαστήριο ειδικεύεται στον σχεδιασμό, υλοποίηση και λειτουργία/εφαρμογή μαγνητικών αισθητήρων για την ανίχνευση περιβαλλοντικών - χημικών - βιολογικών παραμέτρων, όπως συγκέντρωση αερίου, μέτρηση μικρών μαζών, η πίεση, η ταχύτητα ροής, η υγρασία, και η καθίζηση βιολογικών αλάτων σε διαλύματα ύδατος, ο χρόνος πήξης του αίματος, η συγκέντρωση γλυκόζης, η ανίχνευση βλαβερών οργανικών ενώσεων VOCs και ο προσδιορισμός των εσωτερικών τάσεων λόγω προσρόφησης σε ζεολιθικά υμένια. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Δημήτρης Κουζούδης Αν. Καθηγητής [email protected] Βασιλική Τσουκαλά [email protected] Γιώργος Σαμουργκανίδης [email protected] 113

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο βασικός εξοπλισμός του εργαστηρίου και των υπηρεσιών έρευνας που μπορούν να παρασχεθούν προς τρίτους είναι Α) Η λειτουργία ενός μαγνητοελαστικού συντονιστή για την συνεχή καταγραφή/παρακολούθηση μαγνητοελαστικών αισθητήρων Β) Ηλεκτρομαγνήτης 1 Tesla DC/ 0.050 T @ 50 Hz AC Γ) Σύστημα παραγωγής Μαγνητικών πεδίων Υψηλών Συχνοτήτων 200 – 1200 kHz Επίσης ο υπεύθυνος είναι και μέλος της τριμελούς επιτροπής διαχείρισης του συστήματος νανολιθογραφίας του πρώην Γενικού Τμήματος του Πανεπιστημίου και επομένως έχει πρόσβαση σε αυτό. http://www.des.upatras.gr/Nanolab/welcome.html 114

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ G. Samourgkanidis, D. Kouzoudis, “Experimental detection by magnetoelastic sensors and computationalanalysis with finite elements, of the bending modes of a cantilever beam with minor damage”, (2018) Sensors and Actuators A: Physical, 276 (2018) 155–164 Tsukala, V., Kouzoudis, D., “Zeolite micromembrane fabrication on magnetoelastic material using electron beam lithography”, Microporous and Mesoporous Materials, Volume 197, October 2014, Pages 213-220 Baimpos, T., Gora, L., Nikolakis, V., Kouzoudis, D. “Selective detection of hazardous VOCs using zeolite/Metglas composite sensors”, (2012) Sensors and Actuators, A: Physical, 186, pp. 21-31. Baimpos, T., Tsukala, V., Nikolakis, V., Kouzoudis, D., “A modified method for the calculation of the humidity adsorption stresses inside zeolite films using magnetoelastic sensors”, (2012) Sensor Letters, 10 (3-4), pp. 879-885. Baimpos, T., Nikolakis, V., Kouzoudis, D., “A new method for measuring the adsorption induced stresses of zeolite films using magnetoelastic sensors”, (2012) Journal of Membrane Science, 390- 391, pp. 130-140. Dimogianopoulos, D.G., Mouzakis, D.E., Kouzoudis, D., “Statistical damage diagnosis in smart systems via contact-free MetGlas® sensors and stochastic non-linear modelling of system output data”, (2011) International Journal of Materials and Product Technology, 41 (1-4), pp. 39-60. Bakandritsos, A., Mattheolabakis, G., Chatzikyriakos, G., Szabo, T., Tzitzios, V., Kouzoudis, D., Couris, S., Avgoustakis, K., “Doxorubicin nanocarriers based on magnetic colloids with a bio- polyelectrolyte corona and high non-linear optical response: Synthesis, characterization, and properties”, 2011, Advanced Functional Materials 21 (8) , pp. 1465-1475 Baimpos, T., Kouzoudis, D., Gora, L., Nikolakis, V., “Are zeolite films flexible?”, (2011) Chemistry of Materials, 23 (6), pp. 1347-1349. 115

116

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΛΕΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ IΣΤΟΡΙΑ Η ερευνητική ομάδα μελέτης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης ξεκίνησε το 2004 με τον ερχομό του καθ. Σπύρου Πανδή στο τμήμα και αποτελείται από ένα πειραματικό και ένα υπολογιστικό τμήμα. Το αντίστοιχο εργαστήριο στεγάζεται τόσο στους χώρους του Ινστιτούτου Επιστημών Χημικής Μηχανικής όσο και στο κτήριο επέκτασης. Υπάρχει στενή συνεργασία με την αδελφή ομάδα στο Τμήμα Χημικής Μηχανικής του Carnegie Mellon University στις ΗΠΑ. Τα πρώτα μέλη της ομάδας που έθεσαν και τα θεμέλια της μετέπειτα εξέλιξής της ήταν η Ευαγγελία Κωστενίδου για το εργαστηριακό κομμάτι και η Αλεξάνδρα Τσιμπίδη μαζί με τον Βλάση Καρύδη για το υπολογιστικό μέρος. Καθοριστική ήταν η συνεισφορά της Μαίρης Σύψα τόσο στην διοικητική όσο και οικονομική διαχείριση της ομάδας. Μία από τις πρώτες διεθνείς συνεργασίες της ομάδας και η πρώτη της χρηματοδότηση ήταν με την ομάδα του Mario και της Luisa Molina για την μελέτη της ρύπανσης στη Πόλη του Μεξικού. O Mario Molina πήρε το Νόμπελ Χημείας το 1995 για την ανακάλυψη της τρύπας του όζοντος. Το καλοκαίρι του 2008 η ομάδα διοργάνωσε την πρώτη της διεθνή καμπάνια μετρήσεων (FAME-08) στην Ελλάδα στην Φινοκαλιά της Κρήτης σε συνεργασία με το εκεί πανεπιστήμιο αλλά και το ΕΤΗ, Carnegie Mellon University και το Πανεπιστήμιο Αιγαίου. Το 2009 διοργάνωσε μετρήσεις με δέκα άλλες Ευρωπαϊκές ομάδες για τον χαρακτηρισμό της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στο Παρίσι. Ορόσημο για την εργαστηριακή υποδομή της ομάδας είναι το 2010 οπότε με την βοήθεια του βραβείου του European Research Council στο πρόγραμμα IDEAS απέκτησε εξοπλισμό παγκοσμίου επιπέδου. Αναπτύχθηκε ο πρώτος θάλαμος ατμοσφαιρικής προσομοίωσης στην Ελλάδα στις εγκαταστάσεις του ΙΕΧΜΗ καθώς και ένα κινητό εργαστήριο για μετρήσεις πεδίου. Επίσης αναπτύχθηκε η υπολογιστική υποδομή για ατμοσφαιρικές προσομοιώσεις. Το 2011 η ομάδα ανέλαβε να συντονίσει το πανευρωπαϊκό ολοκληρωμένο πρόγραμμα PEGASOS με αντικείμενο την ταυτόχρονη ελάττωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και τον περιορισμό της κλιματικής αλλαγής στην Ευρώπη. Ένα από τα καινοτόμα στοιχεία του προγράμματος ήταν η χρήση ενός αερόπλοιου Zeppelin μήκους 80 μέτρων για μετρήσεις πάνω από την Ευρώπη. Το 2016 το εργαστήριο της ομάδας εντάχθηκε στο Ευρωπαϊκό δίκτυο υποδομών EUROCHAMP-2020 το οποίο συνδέει τους καλύτερους θαλάμους ατμοσφαιρικής προσομοίωσης της Ευρώπης. Το 2017 προστέθηκε στην ομάδα ο Θάνος Νένες, καθηγητής στο Georgia Institute of Technology, o οποίος επίσης πήρε το βραβείο του ERC για την μελέτη της ρύπανσης από την καύση βιομάζας. Στο εργαστήριο έχουν εκπονηθεί 10 διδακτορικές διατριβές με άλλες 4 σε εξέλιξη και μεγάλος αριθμός μεταπτυχιακών και προπτυχιακών διπλωματικών εργασιών. Βασικοί άξονες της έρευνας της ομάδας είναι η μελέτη ατμοσφαιρικής ρύπανσης τόσο σε τοπικό όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο και οι αλληλεπιδράσεις της με την κλιματική αλλαγή. 117

ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Σπύρος Πανδής Καθηγητής [email protected] Αθανάσιος Νένες Καθηγητής [email protected] Δαυίδ Πατούλιας [email protected] Ξακουστή Σκυλλάκου [email protected] Κατερίνα Καραδήμα [email protected] Χρήστος Καλτσονούδης ckaltson@αndrew.cmu.edu Καλλιόπη Φλώρου [email protected] Γεωργια Θεοδωριτση [email protected] Κατερίνα Λιάγγου [email protected] Μαρία Ζάκουρα [email protected] Πέτρος Ουρούτσι [email protected] Νικολέττα Κοκκίνου [email protected] Ανθούλα Δροσάτου [email protected] Στέλιος Κακκαβάς [email protected] Web Site: http://laqs.iceht.forth.gr ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Η ρύπανση της ατμόσφαιρας αποτελεί σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Υγείας τον μεγαλύτερο περιβαλλοντικό κίνδυνο για την ανθρωπότητα με περίπου 3 εκατομμύρια θανάτους τον χρόνο. Τα αιωρούμενα ατμοσφαιρικά σωματίδια είναι υπεύθυνα για την μεγάλη πλειοψηφία αυτών των προβλημάτων. Η ομάδα μας αναπτύσσει πειραματικές και θεωρητικές μεθόδους με βάση την χημική μηχανική για την ποσοτικοποίηση του μεγέθους του προβλήματος, για την εξακρίβωση των αιτίων του και για σχεδιασμό στρατηγικών για την ελάττωση των αντιστοίχων προβλημάτων. Οι μέθοδοι αυτές μπορούν να εφαρμοστούν σε διάφορες κλίμακες (πόλη, χώρα, ήπειρος, παγκόσμια) και προβλήματα ρύπανσης. Έμφαση δίνεται στην ταυτόχρονη αντιμετώπιση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και της κλιματικής αλλαγής. Οι δραστηριότητες καλύπτουν την πλήρη ερευνητική περιοχή συμπεριλαμβάνοντας: (α) Εργαστηριακά πειράματα για την μελέτη συγκεκριμένων φυσικών και χημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στην ατμόσφαιρα. Ο θάλαμος ατμοσφαιρικής προσομοίωσης είναι ένα από τα βασικά εργαλεία. (β) Μετρήσεις πεδίου. Χρησιμοποιούνται μια σειρά από πλατφόρμες (σταθεροί σταθμοί, low- cost sensor networks, κινητό εργαστήριο, αεροπλάνα, drones, Zeppelin, κλπ.) για την συλλογή μετρήσεων στο πραγματικό σύστημα. (γ) Ανάπτυξη μοντέλων χημικής μεταφοράς. Τα τρισδιάστατα αυτά μοντέλα περιγράφουν τις συγκεντρώσεις εκατοντάδων ρύπων σε τρεις διαστάσεις συνθέτοντας την γνώση για το τι συμβαίνει στην ατμόσφαιρα. Τα μοντέλα που αναπτύσσονται από την ομάδα είναι διαθέσιμα σε ερευνητικές ομάδες αλλά και κρατικές αρχές σε όλο τον κόσμο. (δ) Σχεδιασμός στρατηγικών ελέγχου ατμοσφαιρικής ρύπανσης και περιορισμού κλιματικής αλλαγής. Τα μοντέλα χρησιμοποιούνται με έξυπνους τρόπους για να βοηθήσουν στην λήψη αποφάσεων για την βελτίωση της ατμοσφαιρικής ποιότητας. 118

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο βασικός εξοπλισμός του Εργαστηρίου Μελέτης της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης περιλαμβάνει μια σειρά οργάνων για την μέτρηση της συγκέντρωσης των αερίων και σωματιδιακών ρύπων. Τα πιο σύγχρονα όργανα επιτρέπουν την αυτόματη μέτρηση σε πραγματικό χρόνο. Οι κλασικές μέθοδοι μέτρησης με την συλλογή δειγμάτων και στην συνέχεια ανάλυση στο εργαστήριο είναι επίσης διαθέσιμες. Τα πιο σημαντικά όργανα της ομάδας είναι: ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ: High-Resolution Aerosol Mass Spectrometer (HR-AMS), Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS), Aerodynamic Particle Sizer (APS), Optical Particle Sizer (OPS), Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM), Multi-Angle Absorption Photometer (MAAP), Nephelometer, Electrospray Aerosol Generator, Carbon Aerosol Analyser, Dry-Ambient Aerosol Size Spectrometer (DAASS), FRM Aerosol Sampler, Meteone Aerosol Sampler. ΑΕΡΙΟΙ ΡΥΠΟΙ: Proton-Transfer Reaction-Mass Spectrometer (PTR-MS), GC-MS, SO , CO , CO, 2 2 O , NOx, NH monitors. 3 3 ΑΛΛΑ: Cloud Condensation Nuclei Counter, Thermodenuder. 119

120

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ ΜΕΤΑΛΛΟΓΝΩΣΙΑΣ, ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ, ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Το «Εργαστήριο Μεταλλογνωσίας» ιδρύθηκε το 1967. Ήταν ένα από τα πρώτα εργαστήρια που ιδρύθηκαν στο Πανεπιστήμιο Πατρών και ανήκε στην Πολυτεχνική Σχολή. Το 1982 εντάχθηκε στο νεοϊδρυθέν Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΤΧΜ). Στην συνέχεια με διεύρυνση του γνωστικού αντικειμένου του «Εργαστηρίου Μεταλλογνωσίας» στην περιοχή των ανόργανων υλικών (κεραμικά, μέταλλα, σύνθετα υλικά) και με πρωτοβουλία των υπηρετούντων μελών του ιδρύονται δύο νέα εργαστήρια με αντικείμενο «Κεραμικά και Σύνθετα Υλικά» και «Υλικά και Μεταλλουργία», (επίσημη ίδρυση 9ΦΕΚ92/30-04-2002). Στόχος των συνεργαζόμενων εργαστηρίων ήταν η διδασκαλία και εξάσκηση αρχικά των φοιτητών των Τμημάτων «Μηχανολόγων Μηχανικών», «Ηλεκτρολόγων Μηχανικών» και «Χημικών Μηχανικών» στα μαθήματα «Μεταλλογνωσία», «Μεταλλουργία», «Τεχνικής Χημεία» και στην συνέχεια από το 1982 στο ΤΧΜ των μαθημάτων «Επιστήμη Υλικών (Μεταλλογνωσία)», «Μηχανική Υλικών», «Κεραμικά», «Μεταλλουργία», «Ανόργανα Συνδετικά Υλικά». Στους χώρους των συνεργαζομένων εργαστηρίων εκπονήθηκαν περισσότερες από 250 Διπλωματικές Εργασίες. 121

Πρώτος διευθυντής του «Εργαστηρίου Μεταλλογνωσίας» διετέλεσε ο Εκτ. Καθ. κ. Κ. Τσιουπλάκης. Στο διάστημα αυτό προσλαμβάνονται οι βοηθοί εργαστηρίου κ. κ. Δ. Καραντζέλης (αποχώρησε το 1973), Χ. Καστώρης (αποχώρησε το 1977), Σ. Χατζηβασιλείου (αποχώρησε το 1977), Γ. Σαραντόγλου (συνταξιοδοτήθηκε στην βαθμίδα του Λέκτορα το 2011) καθώς και η γραμματέας κα. Ι. Σινιγάλια (συνταξιοδότηση 2009). Το 1977 εκλέγεται Καθηγητής και διευθυντής του εργαστηρίου ο κ. Δ. Παπαμαντέλλος (συνταξιοδότηση 2003, απεβίωσε το 2015). Το 1977 προσελήφθη ο κ. Β. Στιβανάκης ως βοηθός ερευνητής (υπηρετεί στην βαθμίδα του Λέκτορα) καθώς και ο ειδικός επιστήμων κ. Ι. Παυλόσογλου (αποχώρησε το 1982). Το 1978 προστέθηκαν στο δυναμικό του Εργαστηρίου α) ο επιμελητής κ. Π. Νικολόπουλος (εξελίχθηκε σε Καθηγητή το 1996 και διευθυντή του «Εργαστηρίου Κεραμικών και Σύνθετων Υλικών», συνταξιοδοτήθηκε το 2009 και από το 2010 Ομότιμος Καθηγητής Π.Π.), β) Ο κ. Χ. Γκρίτσης ως Βοηθός Ερευνητής (αποχώρησε το 1981) και ο κ. Γ. Ανδρουτσόπουλος ως Ειδικός Επιστήμων (αποχώρησε το 1982). Το 1980 προσλαμβάνεται ο κ. Γ. Αγγελόπουλος ως Επιστημονικός Συνεργάτης (εξελίχθηκε σε Καθηγητή το 2012 και διευθυντή του «Εργαστηρίου Υλικών και Μεταλλουργίας», από το 2014 κατέχει την θέση του Αναπληρωτή Πρυτάνεως του Π.Π.) καθώς και ο κ. Α. Μπαράκος ως Μεταπτυχιακός Υπότροφος του Ιδρύματος Μποδοσάκη (αποχώρησε το 1981). Το 1982 προσλαμβάνεται ως Επιστημονικός Συνεργάτης ο κ. Μ. Σιγάλας (αποχώρησε το 1987). Το 1992 προσλήφθηκε σε θέση Ε.Τ.Ε.Π. η κ. Ε. Σταματίου-Κώνστα. Επίσης, από την ίδρυση του πρώτου εργαστηρίου και στην συνέχεια με την συμμετοχή και των άλλων δύο, εκπόνησαν μέχρι σήμερα τις Διπλωματικές τους εργασίες περισσότεροι από 250 φοιτητές, αρχικά του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών και στην συνέχεια, από το 1982, του Τμήματος Χημικών Μηχανικών. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Γιώργος Αγγελόπουλος Καθηγητής [email protected] Παναγιώτης Νικολόπουλος Ομ. Καθηγητής [email protected] Βίκτωρας Στιβανάκης Λέκτορας [email protected] Eλένη Σταματίου ΕΤΕΠ [email protected] Αγγελική Χριστογέρου [email protected] Δήμητρα Κανελλοπούλου [email protected] Μαρία Καμίτσου [email protected] Web Site: http://metlab.chemeng.upatras.gr/ 122

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ • Υψηλές θερμοκρασίες: επαγωγικοί κλίβανοι κενού με δυνατότητα κενού/αδρανούς ατμόσφαιρας, κλίβανοι Tammann, περιστροφικοί κλίβανοι, αντιστάσεως / superkanthal κλίβανοι, έως 1750°C. • Προετοιμασία υλικών: εξοπλισμός, θραύσης, άλεσης, ανάμιξης, εξωθητές. • Οπτική μικροσκοπία: οπτικά μικροσκόπια, interference μικροσκόπια και θερμαινόμενης τράπεζας. • Έλεγχος υλικών: διασταλτόμετρο, DTA, DSC, έως 1600°C, ηλεκτρική αγωγιμότητα υψηλών θερμοκρασιών, μακρο-, και μικρο- σκληρότητα, μικροτόμοι, πρέσσες, ποτενσιοστάτης, συσκευές ελέγχου τσιμέντων (Blaine κλπ). • Χημικές αναλύσεις: Ατομική απορρόφηση, στοιχειακοί αναλυτές (CHSN/O) and O/N, φασματοφωτόμετρα, αναλυτές αερίων IR, συσκευή titration. • Μηχανικές ιδιότητες: 45KN Dillon συσκευή εφελκυσμού, flexural strength ιδιοκατασκευή. • Υπολογιστικά Προγράμματα: Θερμοδυναμικές προσομοιώσεις και μοντελοποίηση διεργασιών καθώς και ανάλυση εικόνας. Οι θερμοδυναμικοί υπολογισμοί πραγματοποιούνται με την βοήθεια πακέτων προγραμμάτων ChemSage, HSC, Equitherm. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Στα πλαίσια ανταγωνιστικών προγραμμάτων (Ελληνικών και Ευρωπαϊκών) τα συνεργαζόμενα εργαστήρια ανέπτυξαν ένα πλήθος συνεργασιών με Ερευνητικά Ινστιτούτα και Βιομηχανίες του εξωτερικού και εγχώριες. Ενδεικτικά αναφέρονται, ΛΑΡΚΟ, Αλουμίνιο της Ελλάδος, ΤΙΤΑΝ, Βωξίτες Παρνασσού, ΔΕΗ, ΑΓΕΤ-ΗΡΑΚΛΗΣ, LURGI, GEORGSMΑRIENHÜTTE, SOVEL, ELKEME, Κέντρα Ερευνών KARLSRUHE και JÜLICH, CENTRO CERAMICO BOLOGNA, RWTH AACHEN, CNRS GRENOBLE και TOULOUSE, K. U. LEUVEN 123

Οι βασικές περιοχές ερευνητικού ενδιαφέροντος αφορούν σε: • Αξιοποίηση μεταλλουργικών-μεταλλευτικών παραπροϊόντων καθώς και της ιπτάμενης τέφρας των ΑΗΣ σε βιομηχανίες βάσης (Μεταλλουργία, τσιμεντοβιομηχανία, βιομηχανίες παραγωγής κεραμικών κλπ.). • Πυρομεταλλουργικές διεργασίες. Αναγωγική τήξη. Αντιδράσεις μετάλλων-σκωριών στην ρευστή κατάσταση. Κινητική – θερμοδυναμική. • Διεπιφανειακές ιδιότητες σε συστήματα κεραμικών/ρευστών μετάλλων. Συνένωση (Joining) υλικών για χρήση σε υψηλές θερμοκρασίες. • Διεργασίες εναπόθεσης προστατευτικών επιστρωμάτων. Επιφανειακές, θερμικές, θερμοχημικές κατεργασίες μετάλλων. • Θερμοχημική (θερμοδυναμική) προσομοίωση πολυφασικών συστημάτων μέσω Η/Υ και μοντελοποίηση διεργασιών υψηλών θερμοκρασιών. • Συσχέτιση δομής - ιδιοτήτων σε πορώδη πυροσυσσωματωμένα κεραμικά και κεραμομεταλλικά υλικά γιά χρήση σε κελία καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας. • Κεραμικά βιοϋλικά και διεπιφανειακές τους ιδιότητες σε επαφή με βιολογικά υγρά. 124

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Από την παραπάνω ανάλυση των ερευνητικών δραστηριοτήτων φαίνεται ότι τα εργαστήρια καλύπτουν την περιοχή των υψηλών θερμοκρασιών παρασκευής και ιδιοτήτων των υλικών, τόσο από άποψη βασικής έρευνας (δομή-ιδιότητες) όσο και εφαρμοσμένης (χρήση παραπροϊόντων). Με την βοήθεια υποτροφιών που εξασφαλίσθηκαν μέσω των ερευνητικών προγραμμάτων δόθηκε η δυνατότητα σε νέους ερευνητές να εκπονήσουν μεταπτυχιακές εργασίες και διδακτορικές διατριβές. Τα αποτελέσματα των ερευνητικών δραστηριοτήτων αποτυπώθηκαν με την απονομή 23 Διδακτορικών Τίτλων από το ΤΧΜ, καθώς και 2 Διδακτορικών Τίτλων από το Παν/μιο του Βουκουρεστίου. Επίσης, η κατοχή δύο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας α) “Special Porous Plugs for fine bubbling in metal melts” EU patent application• 1260289 και β) “Process for the Production of Structural ceramics from Bayer’s process Bauxite• Residue” Patent 20070100393/19.06.2007, πιστοποιούν το σημαντικό έργο που έχει πραγματοποιηθεί κατά την διάρκεια των τελευταίων χρόνων. Ένας σημαντικός αριθμός των μεταπτυχιακών υποτρόφων των εργαστηρίων έχει ανελιχθεί και κατέχει υψηλόβαθμες θέσεις σε Πανεπιστήμια και Βιομηχανία. Ενδεικτικά, Σ. Αγαθόπουλος και Ι. Ποντίκης καθηγητές στα Παν/μια Ιωαννίνων και Leuven, αντίστοιχα, Β. Γκότσης και Ν. Βουδούρης (συγκρότημα βιομηχανιών Στασινόπουλου), Α. Διαμαντόπουλος (ΤΙΤΑΝ), Α. Τσόγκα (Coca Cola European Partners, London) κλπ. 125

126

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΡΕΟΛΟΓΙΑΣ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Ρεολογίας (Fluids Lab) ιδρύθηκε το 1992 ως Εργαστήριο Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής και στεγάζεται στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών έκτοτε. Μετά την απόκτηση του Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης στην Δυναμική Συστημάτων και Διδακτορικού Διπλώματος στην Ρευστομηχανική από το MIT και πολυετή Διδακτική και Ερευνητική εργασία στο State University of New York (Buffalo), ο Ι. Τσαμόπουλος, εξελέγη στο τμήμα Χημικών Μηχανικών του Παν. Πατρών όπου ίδρυσε το εργαστήριο «Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής», το οποίο διευθύνει έως σήμερα. Από την ημέρα ίδρυσης του εργαστηρίου, τη γραμματειακή υποστήριξη ανέλαβε η κ. Ειρήνη Μαυρέλη ως ΕΤΕΠ, και βοήθησε σημαντικά σε θέματα διοικητικής διαχείρισης. Στην ερευνητική ομάδα προστέθηκε ο Ν. Πελεκάσης σήμερα Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, που συνέβαλε στην ανάπτυξη του εργαστηρίου. Αρχικά ο εξοπλισμός περιελάμβανε workstations (ΙΒΜ, HP, και Silicon Graphics), οποίος αργότερα αντικαταστάθηκε με cluster από συστήματα παράλληλης επεξεργασίας προσδίδοντας στο εργαστήριο σημαντική αυτοδυναμία για την υλοποίηση μεγάλων ερευνητικών έργων. Το 2013 ο Ι. Δημακόπουλος επίσημα εντάχθηκε στο δυναμικό του εργαστηρίου ως Επίκουρος Καθηγητής. Το εργαστήριο έχει λάβει μέρος σε πληθώρα ερευνητικών προγραμμάτων. Στα πλαίσια αυτών έχει απασχολήσει 9 Μεταδιδακτορικούς ερευνητές και έχουν απονεμηθεί 15 Διδακτορικά και 19 Διπλώματα Ειδίκευσης. Από τους συνεργάτες σήμερα 4 είναι μέλη ΔΕΠ σε Πανεπιστήμια της χώρας. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Τα ερευνητικά θέματα του εργαστηρίου σχετίζονται με Ρευστομηχανική, Ρεολογία, Φαινόμενα Μεταφοράς, Ευστάθεια & Δυναμική Διεργασιών και Αριθμητικές Μεθόδους επίλυσης προβλημάτων συνεχούς μέσου. Οι εφαρμογές προέρχονται από διεργασίες παραγωγής νέων υλικών και διαδικασίες μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας. Σήμερα τα κύρια ερευνητικά πεδία περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων: Βιολογικές Ροές: Στην περιοχή της αιμοδυναμικής (ροή αίματος) διερευνάται η επίδραση της ιξωδοελαστικότητας στα πεδία ταχυτήτων-τάσεων και αιματοκρίτη καθώς και στο σχηματισμό του στρώματος «εξάντλησης» κυττάρων (Cell Depletion Layer) σε μικροαγγεία με παρουσία γλυκοκάλυκα. Αναπτύσσονται και ελέγχονται καταστατικά μοντέλα για την ακριβή περιγραφή της απόκρισης του αίματος σε παραμορφώσεις. 127

ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Γιάννης Τσαμόπουλος Καθηγητής [email protected] Γιάννης Δημακόπουλος Επ. Καθηγητής [email protected] Ειρήνη Μαυρέλη ΕΤΕΠ [email protected] Συράκος Αλέξανδρος Δρ [email protected] Web Site http://fluidslab.chemeng.upatras.gr ΕΚΠΑΙΔΕΥΟΜΕΝΟ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Διονύσιος Πέττας Υπ. Διδάκτορας d.pettas[at] chemeng.upatras.gr Στυλιανός Βαρχάνης Υπ. Διδάκτορας [email protected] Κωνσταντίνος Γιαννοκώστας Υπ. Διδάκτορας [email protected] Γεώργιος Μακρυγιώργος Μετ. Φοιτητής [email protected] Παντελής Μοσχόπουλος Μετ. Φοιτητής [email protected] Βλάσης Μήτσουλας Μετ. Φοιτητής [email protected] Μιχαήλ Καφετζάκης Μετ. Φοιτητής [email protected] Χανίν Αλεξάκη Πρ. Φοιτητής haninα[email protected] Kωνσταντίνα Ψαράκη Πρ. Φοιτητής [email protected] Θάνος Κορδαλής Πρ. Φοιτητής tkordalis8 @gmail.com Γεωργία Ιωάννου Πρ. Φοιτητής [email protected] Έλλη Χρύσου Πρ. Φοιτητής. [email protected] Υλικά με Τάση Διαρροής: Ένα από τα βασικά πεδία έρευνας του εργαστηρίου αποτελεί η μελέτη ρευστών τα οποία συμπεριφέρονται είτε ως υγρά όταν το μέτρο των εφαρμοζόμενων τάσεων υπερβαίνει την λεγόμενη τάση διαρροής, είτε ως στερεά στην αντίθετη περίπτωση. Τέτοια υλικά είναι αιωρήματα στερεών (π.χ. τσιμέντο), πάστες (π.χ. οδοντόπαστα), γαλακτώματα (π.χ. αντιηλιακά, κρέμες), πολλά τρόφιμα (π.χ. μαγιονέζα, κέτσαπ). Χρησιμοποιώντας κατάλληλα καταστατικά μοντέλα, μελετάται η συμπεριφορά τους σε σύνθετες ροές, όπως, για παράδειγμα, ο χωρισμός φάσεων λόγω καθίζησης στερεών ή υγρών σωματιδίων και η άνωση φυσαλίδων. Επιπλέον, με βάση πειραματικές παρατηρήσεις, αναπτύσσονται νέα καταστατικά μοντέλα τα οποία λαμβάνουν υπόψη φαινόμενα που συμβαίνουν στη μικροδομή του υλικού. Η συνολική αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού επιτρέπει τη συμβατότητα των καταστατικών εξίσωσεων με διάφορες κατηγορίες «πραγματικών» υλικών τα οποία εμφανίζουν τάση διαρροής. 128

129

Ευστάθεια διεργασιών: Η μελέτη ευστάθειας ροών είναι πολύ σημαντική για τον καθορισμό του εύρους των παραμέτρων μέσα στο οποίο θα πρέπει μία διεργασία να λάβει χώρα, ώστε να παραχθεί το επιθυμητής ποιότητας υλικό στο μικρότερο χρονικό διάστημα και με το μικρότερο κόστος. Αστάθειες εμφανίζονται σχεδόν σε όλες τις διεργασίες όταν επιδιώκεται αύξηση του ρυθμού παραγωγής. Παραδείγματα ασταθειών είναι αστάθεια του «δέρματος καρχαρία» κατά την εκβολή πολυμερών ή κατάρρευση των υδρόφοβων ιδιοτήτων μιας επιφάνειας με κατάλληλη τοπογραφία. Αυτά και άλλα φαινόμενα εξετάζονται με αριθμητικό υπολογισμό μέσω της μεθόδου Arnoldi των ιδιοτιμών και των ιδιοδιανυσμάτων των εξισώσεων που περιγράφουν την κάθε διεργασία. ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ •Το Εργαστήριο είναι εξοπλισμένο με 5 συστοιχίες (clusters) υπολογιστών που αποτελούνται από 35 κόμβους και συνολική ισχύ 214 πυρήνων. Η συνολική μνήμη RAM των συστοιχιών είναι 1.8 TB και η συνολική χωρητικότητα του σκληρού δίσκου 16 TB. Υπάρχουν επίσης 11 σταθμοί εργασίας με ένα μόνο επεξεργαστή, που έχουν συνολικά 49 πυρήνες, χωρητικότητα 620 GB RAM και συνολική χωρητικότητα σκληρού δίσκου 7 TB. Από αυτούς, τέσσερεις είναι εξοπλισμένοι με κάρτες γραφικών CUDA. Επιπλέον, το Fluids Lab είναι εξοπλισμένο με ένα Network Accessible Storage (NAS) συνολικής χωρητικότητας 20 TB που χρησιμοποιείται ως backup server. Εκμεταλλευόμενοι την υπολογιστική ισχύ του εργαστηρίου, αναπτύσσουμε νέες υπολογιστικές μεθόδους για την επίλυση των εξισώσεων που διέπουν το εκάστοτε πρόβλημα, επεκτείνοντας την ευρεία συλλογή πηγαίου κώδικα του εργαστηρίου. Ακόμα, αναπτύσσουμε αλγορίθμους οι οποίοι μπορούν γρήγορα και με μεγάλη ακρίβεια να προβλέψουν τις ρεολογικές ιδιότητες υλικών μέσω της μεθόδου μη γραμμικών ελαχίστων τετραγώνων. Οι μέθοδοι που εφαρμόζουμε και οι κώδικες που χρησιμοποιούμε είναι: • Πεπερασμένα Στοιχεία, Φασματικά στοιχεία, Πεπερασμένες Διαφορές, Πεπερασμένοι Όγκοι και Μέθοδοι συνοριακών στοιχείων για την ακριβή επίλυση των φυσικών νόμων που διέπουν μακροσκοπικά ή μεσοσκοπικά τις διεργασίες. Μέθοδος VOF και Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) για προσομοίωση πολυφασικών ροών ή ροών με ελεύθερες επιφάνειες. Τεχνικές παραλληλοποίησης κώδικα όπως MPI και OPENMP για την επιτάχυνση του χρόνου εκτέλεσης μιας προσομοίωσης. • Χρήση ανοιχτού λογισμικού (π.χ. OpenFoam) και κατάλληλη τροποποίησή του για αντιμετώπιση ποικίλων ροών πολυμερικών ρευστών. • Μέθοδος «Πλασματικής Περιοχής» και βελτιωμένες μέθοδοι Lagrange για ροή αιωρημάτων. Οι προηγμένοι αλγόριθμοι παραγωγής πλέγματος επίλυσης για την προσομοίωση ροών ελεύθερης επιφάνειας και πολλών φάσεων που συνήθως προκύπτουν στις διαδικασίες χημικής μηχανικής. Χρησιμοποιούνται τόσο δομημένες όσο και μη δομημένες τεχνικές κατασκευής πλέγματος που μπορούν να προσαρμόσουν την θέση των κόμβων ανάλογα με το πεδίο ροής. Το σύνολο των ελλειπτικών ή υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων λύνονται για την περιγραφή της κίνησης του πλέγματος κατά μήκος καμπυλών, επιφανειών και όγκων. 130

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Μηχανικός έλεγχος πιεζοευαίσθητων συγκολλητικών υλικών, PSAs: Μελετήθηκαν PSAs στα πλαίσια του χρηματοδοτούμενου από την EΕ προγράμματος “MODIFY” με σκοπό την απόκτηση βασικής καταννόησης του ρόλου της δομής και των ιδιοτήτων του πολυμερούς στην συμπεριφορά του. Προσομοιάσαμε τον μηχανικό τους έλεγχο σύμφωνα με τον οποίο ένας υμένας τοποθετείται ανάμεσα σε δύο παράλληλους δίσκους και ο ανώτερος έλκεται προς τα επάνω. Τότε, λόγω σπηλαίωσης, σχηματίζονται φυσαλίδες που διογκώνονται και οδηγούν σε μια ινώδη δομή και διάσπαση του συγκολητικού. Το σχήμα είναι στιγμιότυπο των προσομοιώσεων πειράματος που έγινε από τη Γαλλική συνεργαζόμενη ομάδα, όπου εμφανίστηκαν 99 φυσαλίδες. Τα δυναμικά και τριδιάστατα αποτελέσματά μας είναι σε πολύ καλή συμφωνία με τα πειράματα. Τώρα εξετάζουμε πως επηρεάζεται αυτός ο μηχανισμός από τις ρεολογικές ιδιότητες του υλικού και από την διάσπαση των σχηματιζόμενων ινιδίων. Η αστάθεια «δέρματος καρχαρία» κατά την εκβολή πολυμερούς: Κατά την εκβολή πολυμερούς, εμφανίζονται αστάθειες περιορίζοντας το ρυθμό παραγωγής τους. Με ανάλυση γραμμικής ευστάθειας με το ePTT ρεολογικό μοντέλο, βρήκαμε ότι η ροή γίνεται ασταθής καθώς ο κατάλληλος αδιάστατος αριθμός που συγκρίνει τον χρόνο χαλάρωσης με τον χρόνο της διεργασίας υπερβαίνει μια κρίσιμη τιμή, λόγω διακλάδωσης Hopf. Το αντίστοιχο ιδιοδιάνυσμα δείχνει ότι εκτός της περιοδικότητας στον χρόνο, η ροή αποκτά περιοδική στο χώρο δομή, που ξεκινά από το χείλος του καλουπιού, εκτείνεται ~5 διαμέτρους κατάντι της ροής, αλλά περιορίζεται κοντά στην επιφάνεια του πολυμερούς, σε συμφωνία με τα πειράματα. Η αστάθεια προέρχεται από το ιδιάζον σημείο στο χείλος του εκβόλου, που προκαλεί ισχυρή έκταση στις πολυμερικές αλυσίδες. Tο σχήμα δίδει το τμήμα του κρίσιμου ιδιοδιανύσματος που σχετίζεται με (α) την ακτινική/αξονική ταχύτητα και (β) πίεση. Ιξωδοελαστικότητα του Πλάσματος του Αίματος: Το πλάσμα αίματος εθεωρείτο Νευτώνειο υγρό για πολλές δεκαετίες. Πρόσφατα πειράματα απέδειξαν ότι έχει έντονη ιξωδοελαστική συμπεριφορά. Αυτό βασίστηκε στις παραμορφώσεις του κατά την κατάρρευση ενός λεπτού νηματίου πλάσματος και στη γρήγορη ροή του μέσα σε μικροκανάλι συστολής-διαστολής. Λόγω του ότι το πλάσμα είναι διάλυμα με πολύ χαμηλό ιξώδες, συμβατικά ρεόμετρα δεν μπορούν να καθορίσουν την ιξωδοελαστικότητά του. Χρησιμοποιώντας υπολογιστική ρεολογία και ένα καταστατικό μοντέλο βασισμένο σε μοριακή θεωρία, προβλέπουμε με ακρίβεια την ανταπόκρισή του σε ισχυρές ροές έκτασης και διάτμησης (βλ. σχήμα κάτω από τον τίτλο του εργαστηρίου). Ο πλήρης ρεολογικός χαρακτηρισμός του πλάσματος παρέχει την πρώτη ποσοτική εκτίμηση των ιξωδοελαστικών ιδιοτήτων του. Διαπιστώνουμε ότι αν και το πλάσμα χαρακτηρίζεται από ένα -3 φάσμα εξαιρετικά σύντομων χρόνων χαλάρωσης (~10 -10 -5 s), η ελαστική φύση του κυριαρχεί στις ροές που λαμβάνουν χώρα σε μικροαγγεία. Δείχνουμε ότι παρουσιάζει έντονη σκλήρυνση σε εκτατικές παραμορφώσεις λόγω της έκτασης των πρωτεϊνών που περιέχει και ιδιαίτερα του ινωδογόνου. Αυτά τα ευρήματα επιβεβαιώνουν τον ιξωδοελαστικό του χαρακτήρα και δείχνουν ότι αυτός θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και κατά την εξέταση της ροής πλήρους αίματος. 131

132

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΗΓΜΕΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Προηγμένων Υλικών συστάθηκε το 2014 όταν ο διευθυντής του εργαστηρίου καθηγητής Κώστας Γαλιώτης έγινε μέλος ΔΕΠ του Τμήματος Χημικών Μηχανικών. Αμέσως δρομολογήθηκαν οι διαδικασίες ώστε να διαμορφωθούν κατάλληλα οι χώροι ώστε να φιλοξενήσουν εξοπλισμό υψηλής αξίας, κυρίως όργανα χαρακτηρισμού υλικών. Το Πανεπιστήμιο ανέλαβε δίχως καθυστέρηση τη διαμόρφωση των χώρων προκηρύσσοντας άμεσα τις απαραίτητες εργολαβίες. Το εργαστήριο αποτελείτε από 3 βασικούς χώρους: • το χώρο των γραφείων, • το χώρο του χημικού εργαστηρίου όπου έχει ήδη τοποθετηθεί ένας απαγωγός καθώς και ένα glove box για τον χειρισμό υλικών σε ελεγχόμενο περιβάλλον και την ασφαλή αποθήκευση των δειγμάτων που παρασκευάζονται. Επίσης έχει δρομολογηθεί η αγορά επιπλέον εξοπλισμού με σκοπό την αναβάθμιση του χημικού εργαστηρίου όπως Rotary Evaporator, ζυγών ακριβείας, φούρνου κενού, καθώς και υποδομής όπως πάγκου πλύσης και εξαεριζόμενων ντουλαπών φύλαξης χημικών, • και το χώρο εργαστηρίου οπτικού χαρακτηρισμού όπου έχει εγκατασταθεί ένα υπερσύχρονο μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (BRUKER). Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης χρησιμοποιείται αδιαλείπτως από το προσωπικό του εργαστηρίου, καθώς και από μεταπτυχιακούς φοιτητές που εκπονούν εργασίες στο εργαστήριο. Στο συγκεκριμένο χώρο έχει σχεδιαστεί και ξεκινάει η υλοποίηση της κατασκευής ενός clean room class ISO 5 για την βελτιστoποίηση της διαδικασίας παρασκευής των δειγμάτων Το ερευνητικό προσωπικό του εργαστηρίου μαζί με τους διδακτορικούς φοιτητές έχει παρακολουθήσει την επίσημη εκπαίδευση της εταιρίας Bruker για το ατομικό μικροσκόπιο δύναμης (AFM). Η εκπαίδευση περιλαμβάνει δύο κύκλους, ένας κύκλος σε όλες τις λειτουργίες του οργάνου και των πρόσθετων υπομονάδων/λειτουργιών που είχαν επιλεχθεί/προμηθευτεί, και ένας μεταγενέστερος (μετά πάροδο ενός χρόνου) σε προχωρημένα θέματα, ειδικές ρυθμίσεις και προσαρμοσμένες λειτουργίες. 133

Οι συγκεκριμένες υποδομές έχουν ήδη αρχίσει να αποδίδουν και ήδη τα μέχρι τώρα αποτελέσματα δημοσιοποιούνται σε περιοδικά υψηλής και πολύ υψηλής απήχησης, συμβάλλοντας έτσι σημαντικά και στην προβολή του Πανεπιστημίου Πατρών. Επιπλέον, ήδη το εργαστήριο συμμετέχει σε ερευνητικά προγράμματα (LMCat, FET project HORIZON 2020) σε συνεργασία με μεγάλα πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα του εξωτερικού, έχει παραδοθεί νέος εξοπλισμός και έχει ήδη εγκατασταθεί από εξειδικευμένο προσωπικό. Πρόκειται για ένα ανακλασιόμετρο (LAYTEC), το οποίο εγκαταστάθηκε σε CVD αντιδραστήρα για την in-situ μελέτη της ανάπτυξης γραφενίου για τις ανάγκες της ερευνητικής δραστηριότητας διεθνούς συνεργασίας που χρηματοδοτείται από ευρωπαϊκούς πόρους και με Συνεργαζόμενο Φορέα το Πανεπιστήμιο Πατρών μέσω του Τμήματος Χημικών Μηχανικών. Το εργαστήριο, σε συνεργασία με το ITE/IEXMH και το Πανεπιστήμιο Κρήτης, θα συμμετάσχει και σε νέο ερευνητικό πρόγραμμα (GRAFEL) που ανακοινώθηκε πρόσφατα στα πλαίσια των χρηματοδοτούμενων προγραμμάτων από το ΕΛΙΔΕΚ για την ενίσχυση μεταδιδακτορικών φοιτητών. Βασικοί άξονες της έρευνας στο εργαστήριο είναι η μελέτη και σύνθεση υλικών που βρίσκονται στο αιχμή της σύγχρονης έρευνας, όπως έρευνα στο γραφένιο, διδιάστατα υλικά και παράγωγά τους, ελαστομερή, πολυμερικά υλικά στοχευμένα σε βιομηχανικές εφαρμογές και έξυπνα υλικά. Το εργαστήριο διατηρεί στενούς δεσμούς με ανάλογα εργαστήρια στο ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ και συνεργάζεται στενά με το επιστημονικό Πάρκο Πατρών. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Κωνσταντίνος Γαλιώτης Καθηγητής [email protected] Αναστάσιος Μανίκας [email protected] Κων/να Παπαδημητρίου [email protected] Εμμανουήλ Κουκάρας [email protected] Web Site http://nanotech.chemeng.upatras.gr/ ΕΚΠΑΙΔΕΥΟΜΕΝΟ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Γεώργιος Πατεράκης Υπ. Διδάκτορας [email protected] Χρήστος Παύλου Υπ. Διδάκτορας [email protected] Νικόλαος Κουτρουμάνης Υπ. Διδάκτορας [email protected] Μαρίνος Δημητρόπουλος Υπ. Διδάκτορας [email protected] Χρήστος Τσάκωνας Υπ. Διδάκτορας [email protected] Χρήστος Κωστάρας Υπ. Διδάκτορας [email protected] Μαρία Κοτσίδη Υπ. Διδάκτορας [email protected] 134

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Το Εργαστήριο Νανοτεχνολογίας και Προηγμένων Υλικών ανήκει στον Τομέα Επιστήμης & Τεχνολογίας Υλικών (http://www.chemeng.upatras.gr/el/content/ερευνητικά-εργαστήρια) του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός του εργαστηρίου και της ερευνητικής του ομάδας είναι να προαγάγει τη διδασκαλία και την έρευνα στο σχεδιασμό, παραγωγή, μελέτη και χαρακτηρισμό νέων υλικών. Κίνητρο αποτελούν οι υψηλές απαιτήσεις της σύγχρονης τεχνολογίας σε υλικά με ολοένα πιο βελτιωμένες μηχανικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες. Το εργαστήριο φέρνει την Ελλάδα στο προσκήνιο των εξελίξεων με συνεργασίες υψηλής στάθμης και δημοσιεύσεις υψηλής απήχησης. Οι κύριες επιστημονικές περιοχές δραστηριοποίησης του εργαστηρίου και οι βασικοί άξονες της έρευνας περιλαμβάνουν τα εξής: • Χαρακτηρισμός νέων υλικών με χρήση υπερσύγχρονου μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (AFM). Το εν λόγω μικροσκόπιο έχει εκτενείς δυνατότητες μηχανικού και ηλεκτρομηχανικού χαρακτηρισμού δειγμάτων. Αποτελεί δε την ταχύτερη συσκευή του είδους της προσφέροντας έτσι δυνατότητες σάρωσης περιοχών δειγμάτων μεγαλύτερες των συνηθισμένων ή/και σε μικρότερες χρονικές κλίμακες (και διαστήματα). • In-situ μελέτη της ανάπτυξης γραφενίου • Μηχανικό χαρακτηρισμό διδιάστατων υλικών στη νανοκλίμακα • Υπολογιστική μοντελοποίηση υλικών με στόχο την ερμηνεία και διαλεύκανση πειραματικών δεδομένων, καθώς και τον σχεδιασμό υλικών με επιθυμητές και στοχευμένες ιδιότητες. • Ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων για την ερμηνεία πειραματικών δεδομένων από πειράματα μηχανικής καταπόνησης δειγμάτων στη νανοκλίμακα. • Μελλοντικά, με την άφιξη νέου εξοπλισμού, την παρασκευή νανοσύνθετων υλικών με στοχευμένες ιδιότητες Παράλληλα με τη μελέτη και επίλυση των προβλημάτων που περιλαμβάνονται στις συγκεκριμένες ερευνητικές περιοχές, αλλά και την ανάπτυξη νέων θεωριών/μοντέλων από την ερευνητική ομάδα του εργαστηρίου, έχουν επίσης αναπτυχθεί συνεργασίες με καταξιωμένους επιστήμονες της Ελλάδας και του εξωτερικού σε θέματα σύνθεσης, μελέτης, χαρακτηρισμού καθώς και εμπορικής αξιοποίησης νέων προηγμένων υλικών. Η επίλυση προβλημάτων, εκτέλεση έρευνας και παροχή υπηρεσιών χημικής μηχανικής στην εγχώρια και διεθνή βιομηχανία αποτελούν βασικούς στόχους του εργαστηρίου, οι οποίοι μπορούν να προσελκύσουν σημαντικές πηγές χρηματοδοτήσεων. 135

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο βασικός ερευνητικός εξοπλισμός του Εργαστηρίου Προηγμένων Υλικών και οι υπηρεσίες που μπορούν να παρασχεθούν προς τρίτους, περιλαμβάνει μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (Bruker Dimension Icon FastScan AFM, ένα από τα ταχύτερα μικροσκόπια σάρωσης) με την συνοδευτική υπολογιστική μονάδα χειρισμού, υπολογιστικές μονάδες υψηλών επιδόσεων για ατομιστικούς υπολογισμούς, την αριθμητική ανάλυση των αποτελεσμάτων και τη δημιουργία σύνθετων αλγορίθμων για επίλυση προβλημάτων φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Διαθέτει απαγωγό τελευταίας γενιάς (μοντέλο Talon της εταιρίας Γκλαμπεδάκη). Ένα ανακλασιόμετρο που, όπως προαναφέρθηκε, προορίζεται αρχικά για την in-situ μελέτη της ανάπτυξης γραφενίου. Σε συνεργασία με εγχώριους κατασκευαστές σχεδιάστηκε και ολοκληρώθηκε η κατασκευή glove box. Το εργαστήριο είναι νεοσύστατο και υπό ανάπτυξη. Εκτός από τον εξοπλισμό που ήδη διαθέτει, έχει δρομολογηθεί διαδικασία κατασκευής ενός clean room class 5 καθώς επίσης και ο παραπέρα εξοπλισμός του τμήματος του εργαστηρίου για χημική σύνθεση, όπως Rotary Evaporator, ζυγούς ακριβείας, φούρνο κενού, καθώς και υποδομής όπως πάγκο πλύσης και εξαεριζόμενες ντουλάπες φύλαξης χημικών. 136

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Απόκριση διδιάστατων υλικών υπό μηχανική καταπόνηση. Μελέτη της απόκρισης ιδιοτήτων υλικών της οικογένειας του γραφενίου, και παραγώγων τους, όταν τεθούν σε μηχανική καταπόνηση. Μελέτη της μεταβολής κορυφών του φάσματος Raman των υλικών υπό τάση και τη δυνατότητα χρήσης τους σε νανοσκοπικούς ανιχνευτές τάσης. Διερεύνηση δυνατότητας βιομηχανικών εφαρμογών. Συνεχής παραγωγή μονοδιάστατων κρυστάλλων γραφενίου μεγάλου μήκους με υψηλές ταχύτητες παραγωγής. Μια τέτοια μέθοδος μαζικής παραγωγής γραφενίου θα ανοίξει ένα νέο ευρύ φάσμα τεχνολογικών εφαρμογών, ενώ θα ενισχύσει και την επιστημονική έρευνα στο πεδίο. Μια τέτοια εξέλιξη θα έχει άμεσο αντίκτυπο στην αγορά προϊόντων υψηλής τεχνολογίας με αποτέλεσμα την δημιουργία νέων θέσεων εργασίας και ανάπτυξης της οικονομίας και της κοινωνικής πρόνοιας σε παγκόσμια κλίμακα. Οπτικά και υπεριώδη φάσματα. Μελέτη της οπτικής και υπεριώδους απορρόφησης του γραφενίου και τροποποιημένου γραφενίου ως βασικής πρώτης ύλης στη σύνθεση υλικών που στοχεύουν στην προφύλαξη από την καταστρεπτική επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Διεύρυνση της μελέτης σε εναλλακτικά υποσχόμενα διδιάστατα υλικά. Πρώτες εφαρμογές αναμένονται στη συντήρηση μνημείων της παγκόσμιας πολιτισμικής κληρονομιάς και σε μεγάλο εύρος κλίμακας και ειδών. Προστασία από διάβρωση. Μελέτη μηχανισμών προστασίας από διάβρωση με την δημιουργία κατάλληλων κατά περίπτωση υλικών επικάλυψης. Πρώτες εφαρμογές αναμένονται στη προστασία ρευματοφόρων καλωδίων εκτεθειμένων σε μετρίως όξινο περιβάλλον. Σχεδιασμός, σύνθεση και μελέτη εύκαμπτων ηλεκτρονικών. Με το νέο πρόγραμμα χρηματοδότησης, που εξασφάλισε πολύ πρόσφατα το Εργαστήριο, ανοίγει ο δρόμος για τη σχεδίαση, μελέτη και σύνθεση υλικών που στοχεύουν στα εύκαμπτα ηλεκτρονικά. Τα νέα υλικά θα βασίζονται σε μοριακά στυλωμένο γραφένιο (molecularly pillared graphene). 137

138

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Σχεδιάζονται πειράματα μικρο-, εργαστηριακής-κλίμακας όπου μελετώνται οι μηχανισμοί που διέπουν τις βιολογικές και ηλεκτροχημικές διεργασίες. Οι διεργασίες αυτές περιγράφονται στη συνέχεια με μαθηματικά μοντέλα ώστε να υπάρχει η δυνατότητα πρόβλεψης και η ικανότητα σχεδιασμού διεργασιών. Κατόπιν αναπτύσσονται πιλοτικά συστήματα στο Εργαστήριο όπου επαληθεύονται/επιβεβαιώνονται οι προβλέψεις των μοντέλων και αντιμετωπίζονται τα λειτουργικά προβλήματα της μεγαλύτερης κλίμακας. Τέλος, σχεδιάζονται και κατασκευάζονται βιομηχανικά συστήματα (www.water-biofilter.gr) ώστε να δοκιμαστούν στην πράξη τα αποτελέσματα της ερευνητικής προσπάθειας. Ο τρόπος αυτός λειτουργίας του Εργαστηρίου έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα πετυχημένος καθώς προσφέρει πολλά εφόδια στους εκπαιδευόμενους σε αυτό, αποτελεί μια ολοκληρωμένη προσπάθεια με σημαντικά αποτελέσματα και φέρνει με επιτυχία σε επαφή την ερευνητική δραστηριότητα με τα κοινωνικά/περιβαλλοντικά προβλήματα. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Δημήτρης Βαγενάς Καθηγητής [email protected] Χριστίνα Οικονόμου Διδάκτορας [email protected] Ραφαλία Αργυρού Υπ. Διδάκτορας [email protected] Χριστιάνα Γενεθλίου Υπ. Διδάκτορας [email protected] Άγγελος Κωτούλας Μετ. Φοιτητής [email protected] Web Site http://www.chemeng.upatras.gr/el/personel/faculty/el/dvagenas 139

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Σχεδιάζονται πειράματα μικρο-, εργαστηριακής-κλίμακας όπου μελετώνται οι μηχανισμοί που διέπουν τις βιολογικές και ηλεκτροχημικές διεργασίες. Οι διεργασίες αυτές περιγράφονται στη συνέχεια με μαθηματικά μοντέλα ώστε να υπάρχει η δυνατότητα πρόβλεψης και η ικανότητα σχεδιασμού διεργασιών. Κατόπιν αναπτύσσονται πιλοτικά συστήματα στο Εργαστήριο όπου επαληθεύονται/επιβεβαιώνονται οι προβλέψεις των μοντέλων και αντιμετωπίζονται τα λειτουργικά προβλήματα της μεγαλύτερης κλίμακας. Τέλος, σχεδιάζονται και κατασκευάζονται βιομηχανικά συστήματα (www.water-biofilter.gr) ώστε να δοκιμαστούν στην πράξη τα αποτελέσματα της ερευνητικής προσπάθειας. Ο τρόπος αυτός λειτουργίας του Εργαστηρίου έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα πετυχημένος καθώς προσφέρει πολλά εφόδια στους εκπαιδευόμενους σε αυτό, αποτελεί μια ολοκληρωμένη προσπάθεια με σημαντικά αποτελέσματα και φέρνει με επιτυχία σε επαφή την ερευνητική δραστηριότητα με τα κοινωνικά/περιβαλλοντικά προβλήματα. ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο βασικός εξοπλισμός του Εργαστηρίου Περιβαλλοντικών Συστημάτων περιλαμβάνει: εργαστηριακές και πιλοτικές μονάδες βιολογικής και ηλεκτροχημικής επεξεργασίας πόσιμου νερού και αποβλήτων, κελιά ηλεκτρόλυσης του νερού, φασματοφωτόμετρο UV-VIS, φωτόμετρο COD και αέριο χρωμματογράφο αερίων (GC). Με σκοπό την ελαχιστοποίηση του λειτουργικού κόστους των διεργασιών, για την τροφοδοσία του ηλεκτρικού ρεύματος, χρησιμοποιούνται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας από φωτοβολταϊκά συστήματα και ανεμογεννήτρια. 140

141

142

Επεξεργασία Πόσιμου Νερού: Η αυτότροφη υδρογονοτροφική απονιτροποίηση είναι μια μέθοδος επεξεργασίας που πραγματοποιείται μέσω κατάλληλης καλλιέργειας μικροοργανισμών που χρησιμοποιούν το νιτρικό ανιόν ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων υπό ανοξικές συνθήκες. Αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο απομάκρυνσης νιτρικών ιόντων, όπου σαν δότης ηλεκτρονίων και πηγή άνθρακα χρησιμοποιούνται καθαρό υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα, αντίστοιχα. Η παραγωγή του υδρογόνου γίνεται in situ με τη χρήση κελιού ηλεκτρόλυσης που τροφοδοτείται από φωτοβολταϊκό στοιχείο. Η ηλεκτροχημική απονιτροποίηση είναι μια μέθοδος επεξεργασίας που βασίζεται στην κίνηση και τον διαχωρισμό των ιόντων στο διάλυμα, υπό την επίδραση εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Η διάταξή της αποτελείται από τα ηλεκτρόδια καθόδου και ανόδου όπου γίνεται η ανταλλαγή ανιόντων και κατιόντων. Η διεργασία λαμβάνει χώρα σε μικρή επιφάνεια ηλεκτροδίων και δε γίνεται χρήση χημικών πριν και μετά την επεξεργασία του νερού. Ηλεκτροχημική Επεξεργασία Αγροτο-βιομηχανικών και Βιομηχανικών Αποβλήτων: Η απομάκρυνση οργανικού φορτίου και χρωστικών που εμπεριέχονται σε βιομηχανικά απόβλητα αποτελεί επίσης αντικείμενο μελέτης του Εργαστηρίου. Εφαρμόζοντας τη μέθοδο της ηλεκτροκροκίδωσης, διερευνώνται οι βέλτιστες συνθήκες, όπως ο χρόνος επεξεργασίας, το αρχικό οργανικό φορτίο, το υλικό ηλεκτροδίου, και η πυκνότητα ρεύματος, τόσο για την απομάκρυνση του οργανικού φορτίου όσο και του χρώματος από υγρά απόβλητα τυροκομείου, βρώσιμης ελιάς και χαρτοβιομηχανίας με σκοπό την ασφαλή εναπόθεσή τους στο περιβάλλον. Η προσομοίωση της διεργασίας πραγματοποιείται με τη χρήση μαθηματικών μοντέλων που αναπτύχθηκαν για το σκοπό αυτό. Τα αποτελέσματα αυτής της ερευνητικής προσπάθειας εφαρμόζονται και στην πράξη με την κατασκευή και επιτυχημένη λειτουργία πιλοτικής μονάδας ηλεκτροκροκίδωσης. Εφαρμογές Μικροφυκών στην Επεξεργασία Υγρών Αποβλήτων: Η καλλιέργεια φωτοσυνθετικών μικροοργανισμών αποτελεί μια διεργασία βιομετατροπής θρεπτικών συστατικών σε προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας. Ο στόχος των πειραμάτων στο Εργαστήριο είναι η ανάκτηση θρεπτικών συστατικών από ρεύματα αποβλήτων με τη χρήση μικτότροφης καλλιέργειας μικροφυκών σε φωτοβιοαντιδραστήρες εργαστηριακής κλίμακας. Αντικείμενο της έρευνας αυτής αποτελεί επίσης ο πλήρης χαρακτηρισμός της παραγόμενης βιομάζας των μικροφυκών για την περαιτέρω αξιοποίησή της σε πληθώρα εφαρμογών. 143

Ανάκτηση Αζώτου από Ρεύματα Υγρών Αποβλήτων: Η ερευνητική προσπάθεια του Εργαστηρίου εστιάζεται στην ανάκτηση του αμμωνιακού αζώτου από απόβλητα τυροκομείου και στραγγισμάτων ΧΥΤΑ με την μέθοδο της προσρόφησης, ενώ ως προσροφητικό μέσο εξετάζεται ο ζεόλιθος (αργυλοπυριτικό ορυκτό) στη φυσική του μορφή. Τα πειράματα αφορούν τόσο στη μελέτη της προσροφητικής ικανότητας του ζεολίθου ως προς την αρχική συγκέντρωση του αποβλήτου και τη θερμοκρασία σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου, όσο και στην εύρεση της ιδανικής κοκκομετρίας του ζεολίθου για τη μέγιστη ανάκτηση του αμμωνιακού αζώτου. Εξετάζεται ακόμα η συνεισφορά του αζώτου από τη χρήση κορεσμένου, σε αμμωνιακό άζωτο, ζεόλιθο κατά την ανάπτυξη φυτών σίτου σε γλάστρες. 144

145

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Πολυμερών δημιουργήθηκε το 1979 από τον καθηγητή Αναστάσιο Ντόντο στα προκατασκευασμένα όπου και παρέμεινε μέχρι την ανέγερση του σημερινού κτηρίου του Τμήματος Χημικών Μηχανικών, το 1991, οπότε και εγκαταστάθηκε στο νέο κτήριο, καταλαμβάνοντας τρεις κανάβους, έναν στον πρώτον όροφο και δύο στον δεύτερο. Σχετικά γρήγορα, κατέλαβαν θέσεις ΔΕΠ στο Εργαστήριο οι Γ. Στάικος (1987) και Κ. Τσιτσιλιάνης (1988), η Ουρανία Κούλη, μέλος ΕΔΙΠ, το 1992, ενώ η γραμματειακή υποστήριξη ανατέθηκε στη Σοφία Πετροπούλου, μέλος ΕΤΕΠ. Σκοπός του εργαστηρίου ήταν εξαρχής τόσο η εκπεύδευση των προπτυχιακών φοιτητών όσο και η εκπόνηση έρευνας στην Επιστήμη των Πολυμερών. Το εργαστήριο, που ξεκίνησε τις εργασίες του με ένα γυάλινο ιξωδόμετρο με χρονόμετρο χειρός, εξοπλίστηκε σιγά-σιγά με επιστημονικά όργανα, όπως φασματοσκόπιο υπερύθρου, χρωματογράφο δια μέσου πηκτώματος, όργανο μέτρησης της ελαστικότητας και της αντοχής στη θραύση των πολυμερικών υλικών, όργανο στατικής και δυναμικής σκέδασης του φωτός, φθορισμόμετρο, φασμοτοσκόπιο ορατού/υπεριώδους, εγκατάσταση αντιδραστήρα ανιοντικού πολυμερισμού υπό αδρανή ατμόσφαιρα αργού, όργανο αυτόματης τιτλοδότησης, όργανο διαφορικής θερμικής ανάλυσης, ημιαυτόματο ιξωδόμετρο για αραιά διαλύματα, μικροϊξωδόμετρο με πτώση σφαίρας για ημιαραιά διαλύματα και ρεόμετρο τάσης για πηκτώματα. Ο Αναστάσιος Ντόντος συνταξιοδοτήθηκε το 2001 και απεβίωσε το 2012. Σήμερα, διευθυντής του εργαστηρίου είναι ο καθηγητής Κωνσταντίνος Τσιτσιλιάνης, ενώ ο Γεώργιος Στάικος συνταξιοδοτήθηκε το 2017. Στο εργαστήριο εκπονήθηκαν 16 διδακτορικές διατριβές και ικανός αριθμός μεταπτυχιακών και προπτυχιακκών διπλωματικών εργασιών. Εκπονήθηκαν επίσης ερευνητικά έργα τα οποία χρηματοδοτήθηκαν από εθνικούς και ευρωπαϊκούς πόρους. Βασικοί άξονες της έρευνας του εργαστηρίου ήταν η μελέτη αραιών διαλυμάτων πολυμερών, η σύνθεση αμφίφιλων συπολυμερών με ελεγχόμενη αρχιτεκτονική, η χημική τροποποίηση φυσικών πολυμερών και ο σχεδιασμός υδατοδιαλυτών συμπολυμερών αποκρίσιμων σε εξωτερικά ερεθίσματα όπως pH και θερμοκρασία, με σκοπό την ανάπτυξη συστημάτων ενέσιμων υδροπηκτωμάτων ή νανοσωματιδίων ως μέσων ελεγχόμενης απελευθέρωσης και μεταφοράς φαρμάκων. Το Εργαστήριο Πολυμερών συμμετέχει επίσης στο Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών του Παν/μίου Πατρών «Επιστήμη και Τεχνολογία των Πολυμερών» από ιδρύσεως του (1997). 146

ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Κώστας Τσιτσιλιάνης Καθηγητής [email protected] Ουρανία Κούλη ΕΔΙΠ [email protected] ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Αρχικά η ερευνητική δραστηριότητα του εργαστηρίου είχε ως αντικείμενο την μελέτη των πολυμερών σε αραιά και πυκνά διαλύματα, την σύνθεση πολυμερών με απλές μεθόδους όπως ο πολυμερισμός ελευθέρων ριζών καθώς και την τροποποίηση πολυμερών μέσω αντιδράσεων εμβολιασμού για την παρασκευή εμβολιασμένων αμφίφιλων υδατοδιαλυτών συμπολυμερών. Μετά την μετακίνηση στο νεότευκτο κτήριο, αναπτύχθηκαν προηγμένες μέθοδοι ελεγχόμενου πολυμερισμού (π.χ. ανιοντικός) με κατεύθυνση τον σχεδιασμό και την μελέτη συσταδικών συμπολυμερών και τριπολυμερών με ελεγχόμενη αρχιτεκτονική (π.χ. γραμμικά ABA, ABC η/και αστεροειδή τύπου A B A (BC) ] και προκαθορισμένα μοριακά χαρακτηριστικά. Ποιο n n n n συγκεκριμένα σχεδιάστηκαν διασυνδέσιμα συμπολυμερή που σχηματίζουν τρισδιάστατα φυσικά δίκτυα στο νερό (υδροπηκτώματα) καθώς και νανοσωματίδια (πολυμερικά μικκύλια) αποτελούμενα από διασυνδεδεμένα μακρομόρια αποκρίσιμα στο pH η/και στην θερμοκρασία. Επιπλέον μελετήθηκαν διαπολυμερή σύμπλοκα δεσμών υδρογόνου και σύμπλοκα πολυηλεκτρολυτών αντίθετων φορτίων. Τελευταία, η έρευνα έχει στραφεί προς τον σχεδιασμό συστημάτων μεταφοράς και ελεγχόμενης αποδέσμευσης φαρμάκων (σε συνεργασία με το Τμήμα Φαρμακευτικής) βασισμένων σε βιοσυμβατά (ή/και βιοαποικοδομήσιμα) αποκρίσιμα πολυμερικά υδροπηκτώματα ή νανοσωματίδια (πολυμεροσώματα) ή και συνδυασμό τους. 147

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο βασικός εξοπλισμός του Εργαστηρίου Πολυμερών περιλαμβάνει εγκατάσταση ανιοντικού πολυμερισμού υπό αδρανή ατμόσφαιρα αργού και την αναγκαία υποδομή για πολυμερισμούς ελευθέρων ριζών και αντιδράσεων τροποποίησης πολυμερών. Περιλαμβάνει επίσης σύστημα υπερδιήθησης εφαπτομενικής ροής (PELLIKON της εταιρείας MILLIPORE) για καθαρισμό των προϊόντων από μικρού μοριακού βάρους πολυμερικές αλυσίδες και συσκευή λυοφιλίωσης (LYPH.LOCK 1L της εταιρείας LABCONCO). Επίσης τα απαραίτητα όργανα για τον χαρακτηρισμό των πολυμερών και τη μελέτη των ιδιοτήτων τους και της συμπεριφοράς τους σε αραιά και πυκνά διαλύματα. Συγκεκριμένα, τα επιστημονικά όργανα που χρησιμοποιούνται για την υποστήριξη της έρευνας του εργαστηρίου όσο και για την εκπαίδευση των φοιτητών περιλαμβάνουν: Όργανο στατικής και δυναμικής σκέδασης του φωτός (BROOKHAVEN), ημιαυτόματα ιξωδόμετρα (SCHOTT GERӒTE), αυτόματο μικροϊξωδόμετρο (Anton Paar), Ρεόμετρο τάσης (ΤΑ, ΑR2000ex), Φθοσισμόμετρο (PERKIN ELMER), Χρωματογραφία δια μέσου πηκτώματος με ανιχνευτές διαφορικό διαθλασίμετρο (RΙ) και UV-VIS, Φασματοφωτόμετρο UV-VIS (HITACHI), συσκευή διαφορικής θερμικής ανάλυσης (DSC,TA), συσκευή φυγοκέντρησης (Sigma 2Κ15), συσκευή παραγωγής υπερκαθαρού νερού (ELGA, MEDICA-R 7/15). 148

149

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Διαπολυμερή σύμπλοκα δεσμών υδρογόνου – Συστήματα αποκρίσιμα στο pH: Εξετάζεται ο σχηματισμός διαπολυμερών συμπλόκων μεταξύ ασθενών πολυοξέων, όπως το πολυ(ακρυλικλό οξύ) και πολυβάσεων Lewis, όπως το πολυαιθυλενοξείδιο, με δεσμούς υδρογόνου σε σχετικά χαμηλό pH (3,0 – 4,0). Επίσης, υπό όρους, είναι δυνατή η δημιουργία συστημάτων, με αξιοποίηση εμβολιασμένων πολυηλεκτρολυτών, που εμφανίζουν φαινόμενα σχηματισμού πηκτωμάτων σε πυκνά διαλύματα χαμηλού pH (1,0 – 2,0), ή κολλοειδή νανοσωματίδια σε αραιά διαλύματα, επίσης χαμηλού pH. Θερμοπαχυνόμενα συστήματα: Πρόκειται για συστήματα βασιζόμενα σε υδατοδιαλυτά πολυμερή, συνθετικά ή ημισυνθετικά, που, εμβολιαζόμενα με μακρομοριακές αλυσίδες πολυμερών που εμφανίζουν αντίστροφη συμπεριφορά διαλυτότητας, δηλαδή καθιζάνουν με άνοδο της θερμοκρασίας (εμφανίζουν LCST), επιδεικνύουν αντίθετη προς την συμπεριφορά Arrhenius μεταβολή του ιξώδους των διαλυμάτων τους, δηλαδή αύξηση του ιξώδους με αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό τα καθιστά ενδιαφέροντα για χρήση σε περιπτώσεις που απαιτείται ρύθμιση του ιξώδους αλλά και για τη δημιουργία υδροπηκτωμάτων που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για απελευθέρωση φαρμάκων. Διαλυτά σύμπλοκα πολυηλεκτρολυτών: Μεταξύ αντίθετα φορτισμένων πολυηλεκτρολυτών, αλλά και με πρωτεΐνες, σχηματίζονται αδιάλυτα σύμπλοκα και προκύπτει διαχωρισμός φάσεων. Με χρήση εμβολιασμένων με ουδέτερα υδατοδιαλυτά πολυμερή πολυηλεκτρολυτών είναι δυνατός ο σχηματισμός διαλυτών συμπλόκων πολυηλεκτρολυτών που δίνουν σταθερά κολλοειδή νανοσωματίδια σε υδατικά διαλύματα, με πιθανό βιολογικό ενδιαφέρον. Αλληλεπιδράσεις πολυμερών και επιφανειοδραστικών ουσιών: Έχουν μελετηθεί αλληλεπιδράσεις μεταξύ υδατοδιαλυτών πολυμερών, ουδέτερων ή φορτισμένων, με επιφανειοδραστικά μέσα, ανιοντικά ή κατιοντικά, και ο σχηματισμός συμπλόκων πολυμερών – επιφανειοδραστικών. Ενέσιμα φυσικά υδροπηκτώματα πολυηλεκτρολυτών αποκρίσιμα στο pH: Σχεδιάστηκαν αμφίφιλα τρισυσταδικά συμπολυμερή (τύπου ΒΑΒ) αποτελούμενα από μια κεντρική συστάδα πολυηλεκτρολύτη (η πολυαμφολύτη) ενωμένου και στα δύο άκρα του με υδρόφοβες μικρές αλυσίδες. Το πολυμερές αυτό διασυνδέεται αυθόρμητα στο νερό σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις ( 1% κ.β.) σχηματίζοντας ένα τρισδιάστατο δίκτυο διαμέσου υδρόφοβων ~ αλληλεπιδράσεων των ακραίων συστάδων. 150