Mechanical properties of nanomaterials: experimental study and analysis with computational techniques

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

PhD thesis (EN)

2009 (EN)
Μηχανικές ιδιότητες νανοδιάστατων υλικών: πειραματική μελέτη και ανάλυση με μεθόδους υπολογιστικής μηχανικής
Mechanical properties of nanomaterials: experimental study and analysis with computational techniques

Ζυγανιτίδης, Ιωάννης Θ.

Ο καθορισμός των μηχανικών ιδιοτήτων νανοδιάστατων υλικών είναι μια από τις κρισιμότερες διαδικασίες κατά την ανάπτυξη τους, διότι παρέχει σημαντικά στοιχεία για την απόκριση τους κάτω από την επίδραση μηχανικών ή θερμικών φορτίων. Οι τεχνικές της νανοσκληρομέτρησης (nanoindentation) και της νανοεγχάραξης (nano scratch test) έχουν πλέον καθιερωθεί ως οι πλέον ενδεδειγμένες για τον χαρακτηρισμό λεπτών υμενίων. Σε εξαιρετικά λεπτά υμένια δύο είναι οι κύριες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η νανοσκληρομέτρηση (α) ο καθορισμός της γεωμετρία της ακίδας νανοσκληρομέτρησης (β) οι έντονες επιδράσεις του υποστρώματος. Για τον καθορισμό της ακίδας αναπτύχθηκε τεχνική βαθμονόμησης σε μικρά βάθη διείσδυσης, χρησιμοποιώντας ως δείγμα αναφοράς την τετηγμένη πυριτία (fused silica,SiO2). Η επίδραση του υποστρώματος αντιμετωπίστηκε με μια νέα μέθοδο υπολογισμού των μηχανικών ιδιοτήτων εξαιρετικά λεπτών υμενίων, η οποία βασίζεται στη Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων (ΜΠΣ). Οι δύο αυτές καινοτόμες τεχνικές εφαρμόστηκαν δύο τύπους εξαιρετικά λεπτών υμενίων (100nm), μονοστρωματικών υμενίων διβοριδίου του τιτανίου (TiB2) και πολυστρωματικών υμενιών τιτανίου/διβοριδίου του τιτανίου (Ti/TiB2). Επιπλέον, έγινε επέκταση της νανοσκληρομέτρησης στη μελέτη του ερπυσμού υβριδικών υλικά που αναπτύχθηκαν πάνω σε πολυμερή και τα οποία χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη εύκαμπτων ηλεκτρονικών διατάξεων. Για την εκτίμηση των ιξωδοελαστικών ιδιοτήτων, χρησιμοποιήθηκε το γενικευμένο μοντέλο Kelvin-Voigt, το οποίο στηρίζεται στις αρχές της Ρεολογίας. Οι ιδιότητες αυτές συνδέθηκαν με τις ιδιότητες φραγμού τους
Application of nanoindentation method in ultra thin films presents two major challenges (a) the determination of tip geometry (b) the substrate effect. For the determination of tip geometry we developed a new calibration technique for shallow indentation depth, using fused silica as a reference sample. On the other hand for the substrate effect, a novel method base on Finite Element Method simulations was created. These new techniques were applied on two types of ultra thin films (100nm), single layer titanium diboride (TiB2) and multilayer titanium/titanium diboride (Ti/TiB2). The estimated mechanical properties were correlated with changes in thin films nanostructure. Moreover, nanoindentation was used for the in depth study of creep behavior of hybrid materials, used for the encapsulation of electrical circuits in flexible electronics. The generalized Kelvin-Voigt model was used for the estimation of materials viscoelastic properties, which were also correlated with materials barrier properties

PhD Thesis / Διδακτορική Διατριβή

Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
Nanostructured materials, Mechanical properties
Titanium diboride
Finite elements method
Hybrid materials
Νανοδομικά υλικά, Μηχανικές ιδιότητες
Υβριδικά υλικά

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)