Optical simulators rank among the most promising candidates to power future technological breakthroughs in terms of speed, scalability, power-consumption and quantum advantage, serving a wide range of useful optimization problems. However, the operation of such simulators remains currently limited by noise, the extent of algorithmic problems they can embed and to the classical regime where they compete with supercomputers. HEISINGBERG aims to bring our state-of-the-art spatial photonic spin simulator (an iterated cycle of all-optical processing through a spatial light modulator that couples 10,000 spins) into the quantum regime by upgrading its coherent drive to squeezed light, making it fully programmable through vector-matrix multiplication schemes, use of holography, ancillary spins & effective magnetic fields, and designing dedicated custom-tailored and purpose-built algorithms. The reduced fluctuations in one quadrature of the fields will allow us to scale up and optimize the performances of the existing machine to bring it beyond the capabilities of both classical supercomputers and competing spin-simulators. HEISINGBERG devices will operate 100,000 spins at room temperature and process new quantum annealing algorithms on an improved XY architecture. Besides, the nonclassical resources of squeezed states when modulated, admixed and phase-controlled through beam splitters, such as entanglement or superpositions of multiphoton states will be prospected to harness a quantum advantage and boost our machine into its quantum simulation regime. This development will stimulate the quantum information processing community by concretely articulating problems of algorithmic complexity and clarify the nature of the quantum advantage available in annealers and simulators. These advances will allow us to demonstrate, on a cloud platform, annealing and adiabatic algorithms that can efficiently solve NP-hard problems.
Through HEISINGBERG, the Consortium aims to develop a device dedicated to solving combinatorial optimization problems, with the implicit goal of commercializing a new quantum simulator paradigm. This paradigm leverages: a novel approach based on Holographic spin encoding; all-optical manipulation of interactions; all-to-all and weighted connectivity; straightforward scalability; room temperature operation; relatively low energy requirements.
Principal Investigator
To: 21/02/2024 14:00
Our work concentrates on the development of semiconductor lasers and integrated optics for applications in Quantum science and technology. We will present our research on coherent laser arrays operating in epitaxially grown semiconductor membrane quantum wells. The membranes are deposited by transfer on substrates of oxidised silicon and we record the real and reciprocal space of the laser emission. The Laser arrays operate in a lateral emission geometry and are waveguides lasers where the end mirrors are the end-facets of the cleaved membranes. Cavities in the order of 100 microns are usually formed and we measure Laser thresholds down to 50 mW. We are able to form waveguide laser arrays and we use real and reciprocal space imaging to examine the emission characteristics of the lasing cavities. We discover that the Laser arrays are mutually coherent and the lasers can operate on a single frequency or multiple longitudinal modes. We will present how the emission of the Lasers and their coherence can be controlled using a digital micromirror device to position and shape the pump illumination, we will show control of threshold, coherence, frequency and possible control of phase. We will also discuss potential applications in integrated photonic circuits.
I will finally briefly present other parts of my research on semiconductor lasers, Terahertz spectroscopy and integrated optics and how I think my research activities fit in the environment of IESL and FORTH.
To: 17/01/2024 14:00
Transmission Electron Microscopy (TEM) is a powerful tool for investigating the structural and electronic properties of materials at the nanoscale. In recent years, the integration of 2D materials as sample substrates in TEM has attracted significant attention due to their unique properties. Graphene and hexagonal boron nitrate (h-BN) stand out as exceptional substrates for a diverse set of TEM applications.
The first part of the lecture addresses the exceptional structural, electronic and chemical properties of both h-BN and graphene, emphasizing their specific advantages like their atomic thickness, high thermal stability and chemical inertness. These features make both graphene and h-BN ideal substrates for supporting sensitive specimens during TEM analysis, reducing background noise and preventing unwanted interactions that may alter the intrinsic characteristics of the sample.
The second section explores the impact of two dimensional substrates on imaging resolution and contrast enhancement in TEM. Moreover, the structural and conductive properties of h-BN and graphene can alleviate radiation damage, allowing for prolonged observation of electron beam sensitive materials.
The third section explores the promise of graphene and h-BN in facilitating in-situ experiments within the TEM environment. Researchers can exploit the stable and inert nature of both 2D materials to study dynamic processes, such as phase transitions, chemical reactions, and mechanical deformations with unprecedented clarity and precision in their native environment.
Position Description
The successful candidate well take part in the construction of a matterwave optics device. Quantum, degenerate clouds of ultra called atoms will be manipulated, using magnetic lenses in a way that resemble closely the manipulation of photons by glass lenses. The aim is to achieve arbitrary 2D and 3D atom distributions at nanometrics sizes.
For the full announcement, follow the link "Related Documents"
Required Qualifications
- Master or diploma thesis in physics or related domains
- Experience in a research laboratory in experimental physics
- Experience in experimental Optics, quantum mechanics, spectroscopy or related
Desirable Qualifications
- Well-trained in quantum mechanics
- Demonstrated ability to work both independently and in a team
- Fluent in English, both in written and all form
Application Procedure
Interested candidates who meet the aforementioned requirements are kindly asked to submit their applications to the address (hr@iesl.forth.gr), with cc to the Scientific Coordinator Dr Wolf von Klitzing (wvk@iesl.forth.gr).
In order to be considered, the application must include:
- Application Form (Form Greek or Form English to the left)
- Brief CV
- Scanned copies of academic titles
Appointment Duration
12 monthsPosition Description
The successful candidate well take part in the construction of a matterwave optics device. Quantum, degenerate clouds of ultra called atoms will be manipulated, using magnetic lenses in a way that resemble closely the manipulation of photons by glass lenses. The aim is to achieve arbitrary 2D and 3D atom distributions at nanometrics sizes.
For the full announcement, follow the link "Related Documents"
Required Qualifications
- PhD in physics or related domains
- Experience in experimental research involving optics
Desirable Qualifications
- Demonstrated ability to work both independently and in a team
- Well-trained in quantum mechanics
- Fluent in English, both in written and all form
Application Procedure
Interested candidates who meet the aforementioned requirements are kindly asked to submit their applications to the address (hr@iesl.forth.gr), with cc to the Scientific Coordinator Dr Wolf von Klitzing (wvk@iesl.forth.gr).
In order to be considered, the application must include:
- Application Form (Form Greek or Form English to the left)
- Brief CV
- Scanned copies of academic titles
Appointment Duration
12 monthsMotivation
Today, the building sector is responsible for 40% of energy consumption and 36% of CO2 emissions in the EU. For this reason, the European Commission has set itself the goal of constructing near-zero energy buildings (nZEB) in the future. Innovative building materials, the "grey" energy used and the associated CO2 emissions are important key factors in order to be able to build more sustainably in Europe in the future, both in new and in existing buildings.
Concept
This project aims to provide a sustainable solution or an ecosystem for the construction industry across Europe for the design, development and validation of new material concepts for building facades. The core of the project consists of 9 Pilot Lines located in 7 EU countries and advancement and/or capable of handling different types of advancement. These pilot lines have responsibilities including separation and treatment of construction and demolition waste (CDW), nano-enabled multifunctional materials, development of sustainable materials and products, material characterization and modelling, monitoring and process control, environmental assessment, regulation and standardization, and innovation management. Pilot lines, in future, will be able to provide services to their customers, which do not have required infrastructure, with the services they provide.
Facts about the project:
The Exploit4InnoMat OITB (or Ecosystem) aspires to provide a sustainable solution across Europe for the design, upscaling and validation of new material concepts for the building envelope that will facilitate in the achievement of the EC target for nZEB. The Exploit4InnoMat will provide services across the supply chain of materials, starting from the design and upscaling of them, and going to installation, validation and assessment of scenarios for the end of life. The core of the Exploit4InnoMat is the 8 Pilot Lines, situated in 7 EU countries, able to process different type of advance and/or nano-enabled multifunctional materials, including sorting and processing of construction and demolition wastes (CDW) to be used as secondary raw materials. .
- 27 partners from 11 European countries
- Project start: January 2023
- Duration: 48 months
- Funding: € 11.3 million
Partnership
UNI SYSTEMS INFORMATION TECHNOLOGY (GR), SINTEF (NO), NTUA (GR), NTNU (NO), RISE (SE), CSIC (ES) UNIVERSITY OF STUTTGART (DE), UNYVERSITY OF NAVARRA (ES), KANS (TR), INLECOM COMMERCIAL PATHWAYS (GR), STAM (IT), ADVANCED MATERIAL SIMULATION (ES), BUREAU INTERNATIONAL DU BETON MANUFACTURE (BE), IRIS (ES), YCCM (CY), DBC (GR) TECH INSPIRE (UK), CETMA (IT), WHITESTEPS TECHNOLOGIES (GR), UNIVPM (IT) BEIA CONSULT INTERNATIONAL (RO), UNISMART (IT), FORTH (GR), SOLITEK (LT), CROWDHELIX (IR), NETWORK IRELAND LIMITED (IR), LUCERNE UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES AND ARTS (CH)
More information: https://exploit4innomat.eu/, https://cordis.europa.eu/project/id/101092339
This project has received funding from the European Union’s Horizon Europe research and innovation programme under grant agreement No.101092339
Scientific Output/Outcome Expected From the Project: The European Green Deal and Zero-Energy Buildings (nZEB) are becoming the new standard in Europe, efforts to reduce building materials and energy efficiency or related CO2 emissions are becoming increasingly important. Therefore, we need to accelerate our preparations for the transition to these programs in accordance with compliance laws and customer expectations.
Importance of the project in Tackling Global Challenges:The European Green Deal is a new development strategy aimed at transforming the EU by 2050 into a fair and prosperous society with no net greenhouse gas emissions and a modern, resource-efficient and competitive economy, where economic growth is decoupled from resource use. While protecting and developing the EU's natural capital, it also aims to protect the health and well-being of its citizens against environmental risks and impacts, for which the following objectives have been set:
- To provide clean, accessible and safe energy,
- Prompting industry for a clean and circular economy (an energy and resource efficient way to build and renovate, farm to fork: designing a fair, healthy and environmentally friendly food system)
- Zero pollution target for a toxin-free environment
- Accelerating the transition to sustainable and smart mobility
- Protecting ecosystems and biodiversity
Scientific/Social/Economic Innovative Contribution: The project promises to provide the optimization of material behavior and performance needed to significantly improve insulation capacity, energy performance, durability, maintenance cost and energy systems by using sustainable materials to achieve nZEB targets with the pilot lines to be installed. The application of a wide variety of nano-enabled materials (insulating to thermal storage properties) will enable a customizable element design for each building architectural style, optimizing and modernizing their efficiencies while enriching it with powerful, renewable energy generation properties, increasing its economic and aesthetic value, maintaining optimum operating parameters. Developing digital solutions for the analysis and planning of construction and renovation solutions will be the innovative aspect of the project.
Principal Investigator
Research Associates
Funding
Position Description
Κατασκευή ελλειψομέτρου βασισμένο σε οπτική κοιλότητα, με χρονική απόκριση μs, για μετρήσεις (in situ) του πάχους της λιπώδους και της υδατώδους στιβάδας των δακρύων
Για το πλήρες κείμενο της πρόσκλησης ακολουθήστε τον σύνδεσμο 'Related Documents'
Required Qualifications
- Μεταπτυχιακό στις Φυσικές επιστήμες
- Εμπειρία στην ανάπτυξη πειραματικών διατάξεων
- Εμπειρία με παλμικά λέιζερ
- Εμπειρία σε φασματοσκοπία
- Άριστη γνώση Αγγλικής γλώσσας
Application Procedure
Στο φάκελο υποβολής της πρότασης θα πρέπει να εμπεριέχονται τα ακόλουθα:
- Αίτηση (Form Greek στην αριστερή στήλη) με αναφορά στον κωδικό της θέσης και στο όνομα του προγράμματος
- Αναλυτικό Βιογραφικό Σημείωμα
- Ευκρινή φωτοαντίγραφα τίτλων σπουδών
- Πρόσφατη βεβαίωση σπουδών
ΥΠΟΒΟΛΗ ΠΡΟΤΑΣΕΩΝ
Οι ενδιαφερόμενοι καλούνται να υποβάλουν τις αιτήσεις τους και όλα τα απαραίτητα δικαιολογητικά, ηλεκτρονικά στη διεύθυνση hr@iesl.forth.gr με κοινοποίηση (cc): στον Καθηγ. Π. Ρακιτζή (ptr@iesl.forth.gr). Οι αιτήσεις θα πρέπει να αποσταλούν με την ένδειξη: «Αίτηση στο πλαίσιο του προγράμματος TEARSENSE, της πρόσκλησης εκδήλωσης ενδιαφέροντος με Α.Π. … και κωδικό θέσης … » (όπως αυτός αναφέρεται στον Πίνακα του Παραρτήματος).
Appointment Duration
11 μήνεςΤο συγκεκριμένο ερευνητικό έργο αφορά συνέχεια και επέκταση δραστηριοτήτων των φορέων που συμμετέχουν αναφορικά με την ανάπτυξη βιώσιμων διαδικασιών εκτροφής ψαριών, ανάπτυξης καινοτόμων νανοδομημένων σύνθετων υλικών και επιστρώσεων καθώς και υλικών για αποδόμηση ρύπων. Ειδικότερα, οι ομάδες που συμμετέχουν διαθέτουν σημαντική εμπειρία και εξοπλισμό για: (α) την ανάπτυξη, τροποποίηση, μελέτη και εφαρμογή καινοτόμων φωτοκαταλυτικών νανοϋλικών, (β) την ανάπτυξη και το χαρακτηρισμό νανοσύνθετων πολυμερικών υλικών, (γ) την ανάπτυξη και των χαρακτηρισμό καινοτόμων πολυμερικών επιστρώσεων καθώς και (δ) μελέτη των παραμέτρων εκτροφής ψαριών σε θαλάσσιους ιχθυοκλωβούς. Οι σχεδιαζόμενες δραστηριότητες έχουν σαν απώτερο στόχο αφενός την ανάπτυξη καινοτόμων δικτυών για κλωβούς υδατοκαλλιέργειας βασισμένων σε πολυμερή νανοσύνθετα και πολυμερικές επιστρώσεις με αντιρρυπαντική δράση που θα χρησιμοποιηθούν στην θάλασσα και ειδικότερα στις υδατοκαλλιέργειες, ενώ παράλληλα, θα αναπτυχθεί και νέα επιστημονική γνώση.
Η μεθοδολογία υλοποίησης θα βασίζεται στις παρακάτω προσεγγίσεις:
1: Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση νανοπρόσθετων υλικών: Μεταξύ των άλλων φωτοκαταλυτικών υλικών, θα δοθεί έμφαση σε απλά ή με προσμείξεις οξείδια μετάλλων (όπως TiO2, ZnO, WO3 κλπ), με στόχο την διάθεση νανοϋλικών που θα συνδυάζουν βέλτιστη και διαχρονική σταθερή φωτοκαταλυτική δράση, συμβατότητα με τα υπό χρήση πολυμερή, όπως HDPE, σταθερότητα ως νανοπρόσθετα σε πολυμερικές μήτρες καθώς και χαμηλή τοξικότητα για το θαλάσσιο περιβάλλον. Τα νανοϋλικά θα αναπτυχθούν με σύνθεση από διάλυμα, ακολουθούμενη από ανόπτηση για βελτίωση της κρυσταλλικότητας, αν αυτή απαιτηθεί. Παράλληλα, θα εξεταστούν, αν απαιτηθεί, διάφορες προσμείξεις με στόχο την βελτιστοποίηση της δραστικότητας τους. Τέλος, σε περιπτώσεις που τα νανοϋλικά δεν σχηματίζουν σταθερά εναιωρήματα ή έχουν κακή αναμειξιμότητα με το υπό χρήση πολυμερές, θα πραγματοποιείται κατάλληλη χημική τροποποίηση. Σε κάθε περίπτωση, θα πραγματοποιείται δομικός και μορφολογικός χαρακτηρισμός, ενώ η δραστικότητα θα διερευνάται μέσω φωτοκατάλυσης.
2: Ανάπτυξη εργαστηριακών πρότυπων νανοσύνθετων νημάτων: Θα πραγματοποιηθεί ενσωμάτωση των νανοϋλικών από οξείδια μετάλλων σε πολυμερικές μήτρες, με έμφαση σε HDPE, ώστε το τελικό νανοσύνθετο υλικό να έχει αντιρρυπαντικές ιδιότητες, αλλά και κατάλληλες μηχανικές ιδιότητες. Θα χρησιμοποιηθούν διάφορες εργαστηριακές τεχνικές, όπως πίεσης υπό θερμώ, εξώθησης υπό θερμώ και τριασδιάστατης εκτύπωσης (3D printing) ώστε να δημιουργηθούν πολυμερικά νανοσύνθετα υπό μορφή νημάτων σε πρώτη φάση και πλέγματος με ελεγχόμενη γεωμετρία σε δεύτερη. Θα πραγματοποιηθεί πλήρης χαρακτηρισμός των πολυμερικών νανοσύνθετων, με ιδιαίτερη έμφαση σε ρεολογικές, μηχανικές και θερμικές ιδιότητες, που είναι κρίσιμες για την παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Παράλληλα, θα διερευνηθεί η λειτουργικότητα των νανοσύνθετων υλικών σε σχέση με την αντιρρυπαντική τους δράση. Τα αποτελέσματα θα χρησιμοποιηθούν ως ανάδραση για την βελτιστοποίηση αφενός των νανοπρόσθετων και αφετέρου της δομής και της αρχιτεκτονικής του πολυμερικού νανοσύνθετου.
3. Επικάλυψη των διχτυών υδατοοκαλλιέργειας με βιοκτόνα συμπολυμερή. Θα διερευνηθεί η χρήση βιοστατικών ενώσεων ακινητοποιημένων υπό μορφή επίστρωσης σε δίκτυα υδατοκαλλιέργειας, έτσι ώστε η βιοστατική δράση να περιορίζεται μόνο στην επιφάνεια χωρίς να ελευθερώνονται ουσίες στο θαλάσσιο περιβάλλον. Ειδικότερα, έχει δειχθεί ότι επιφάνειες με ισχυρά υδρόφοβο χαρακτήρα που δεν διαβρέχονται από το υδάτινο περιβάλλον, όπως φθοριωμένα πολυμερή καθώς και πολυσιλοξάνες, παρουσιάζουν αντιμικροβιακή δράση. Παράλληλα, επιφάνειες με πολύ υδρόφιλο χαρακτήρα αποτρέπουν την προσκόλληση, καθώς αυτή απαιτεί την απομάκρυνση του νερού από την επιφάνεια κάτι το οποίο δεν ευνοείται θερμοδυναμικά, με αποτέλεσμα επίσης αντιμικροβιακή δράση, η χρήση τους σε υποθαλάσσιες εφαρμογές και η μακρόχρονη αντοχή τους ειδικά παρουσία θαλασσινού νερού δεν έχει εξεταστεί επαρκώς. Στόχος του προτεινόμενου έργου θα είναι ανάπτυξη καινοτόμων αντιμικροβιακών πολυμερικών επιστρώσεων για εφαρμογές σε δίχτυα ιχθυοκαλλιέργειας και η μελέτη της αντιμικροβιακής τους δράσης σε εργαστηριακό επίπεδο και σε πραγματικές συνθήκες.
4. Μελέτη και μοντελοποίηση της ικανότητας για αντιρρυπαντική δράση και της τοξικότητας σε εργαστηριακό επίπεδο:
Δοκιμές αντιρρυπαντικής δράσης: Σε εργαστηριακό επίπεδο θα δοκιμαστεί η δράση των νέων υλικών χρησιμοποιώντας σαν δείχτες καλλιέργειες μικροφυκών (Chlorella sp., Nanochloropsis sp.) σε άγαρ. Οι δοκιμές θα γίνουν υπό ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και φωτός για μια περίοδο 15 ημερών σε επανάληψη (τουλάχιστον τριπλή) στα διάφορα υλικά που θα αναπτυχθούν.
Δοκιμές οξείας τοξικότητας: Θα προσδιορισθεί η τοξικότητα (EC50) σε δείγμα του υπό εξέταση προϊόντος και σε δείγματα νερού αφού έχει γίνει διάλυση/έκκληση (leaching) του προϊόντος με δύο τρόπους, ι) με το θαλάσσιο βακτήριο Vibrio fischery (Microtox© test) και ιι) το καρκινοειδες Artemia sp. (Artemia test).
5: Αξιολόγηση στο πεδίο: Πλέγματα με διάφορες συστάσεις και γεωμετρίες αλλά και διάφορες επιστρώσεις θα τοποθετηθούν για ικανό χρονικό διάστημα σε μονάδα ιχθυοκαλλιέργειας με στόχο την διερεύνηση της αντιρρυπαντικής τους δράσης σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Με βάση τα αποτελέσματα, θα αξιολογηθεί η ικανότητας των νανοσύνθετων και των επιστρώσεων για την ανάπτυξη δικτυών υδατοκαλλιέργειας με αντιρρυπαντική δράση, αλλά και η δυνατότητα μεταφοράς των σχετικών υλικών και διαδικασιών σε μονάδες παραγωγής. Επιπλέον θα γίνουν δοκιμές χρόνιας τοξικότητας: Θα προσδιοριστούν χρόνιες επιδράσεις σε δείγματα ιστών (βράγχια, συκώτι, μυς) σε ψάρια (15 άτομα) τα οποία έχουν εκτεθεί στο υπό εξέταση προϊόν και σε ψάρια (15 άτομα) που δεν έχουν εκτεθεί. Ο προσδιορισμός των επιδράσεων θα γίνει με τους βιοχημικούς και ενζυμικούς βιοδείκτες: 1) ενεργότητα της υπεροξειδάσης της γλουταθειόνης (SOD), 2) συγκέντρωση της μεταλλοθειονίνης, 3) ενεργότητα της Na-K-ATPάσης, 4) οξείδωση λιπιδίων (MDA).
Principal Investigator
Research Associates
Αναλυτική Περιγραφή ανά Πακέτο Εργασίας
ΠΕ 1 : Διερεύνηση των λειτουργικών απαιτήσεων σε καινοτόμα δίκτυα για ιχθυοκαλλιέργεια
Συντονιστής: Ιχθυοκαλλιέργειες Αργοσαρωνικού Α.Ε., Μ1-M9.
Στόχοι/ Επιδιωκόμενα αποτελέσματα: Αναλυτική μελέτη αναφορικά με τις ανάγκες της αγοράς, τις απαιτήσεις της και τα περιθώριά της.
Επί μέρους Ενέργειες/Εργασίες:
- Θα διερευνηθούν τα εμπορικά προϊόντα που παρέχονται στην εγχώρια και διεθνή αγορά ως δίκτυα υδατοκαλλιέργειας και τα χαρακτηριστικά τους
- Θα παραδοθεί μία έκθεση σκοπιμότητας, χρηματοοικονομική ανάλυση, διάγραμμα πιθανών προϊόντων και αγορών και αναλύσεις νομοθετικών πλαισίων.
Παραδοτέα – Προϊόντα - Εκροές:
Π1.1: Έκθεση για βιομηχανικές και εμπορικές απαιτήσεις Μ9.
ΠΕ 2 : Κατασκευή νανοσύνθετων νημάτων
Συντονιστής: ΕΛΜΕΠΑ, Μ2-M24.
Στόχοι/ Επιδιωκόμενα αποτελέσματα: Η ανάπτυξη κατάλληλων φωτοκαταλυτικών νανοπρόσθετων και ενσωμάτωση τους σε πολυμερικές μήτρες.
Επί μέρους Ενέργειες/Εργασίες:
- Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός νανοπρόσθετων: Θα μελετηθούν διάφορες μορφές απλών ή με προσμείξεις οξειδίων μετάλλων (όπως TiO2, ZnO, WO3 κλπ), για την ανάπτυξη των οποίων θα χρησιμοποιηθούν χημικές 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.
- Διερεύνηση της συμβατότητας και αναμειξιμότητάς των νανοπρόσθετων με τις υπό χρήση πολυμερικές μήτρες: Θα διερευνηθεί η συμβατότητα και η αναμειξιμότητα των νανοσύνθετων με τις υπό χρήση πολυμερικές μήτρες, με έμφαση σε HDPE.
- Ανάπτυξη νανοσύνθετων υλικών: Θα χρησιμοποιηθεί η τεχνική της εξώθησης υπό θερμώ και της τριασδιάστατης εκτύπωσης (3D printing) ώστε να αναπτυχθούν πολυμερικά νανοσύνθετα σε μορφή νημάτων
Παραδοτέα – Προϊόντα - Εκροές:
Π2.1: Νανοσύνθετα νήματα Μ24.
Π2.2: Έκθεση σε σχέση με τη δημοσιότητα Μ24.
ΠΕ 3 : Κατασκευή πιλοτικών προϊόντων εργαστηριακής κλίμακας και έλεγχος της λειτουργικότητας τους σε φυσικό περιβάλλον.
Στόχοι/ Επιδιωκόμενα αποτελέσματα: Έλεγχος της αντιρρυπαντικής δράσης σε πραγματικές συνθήκες.
Επί μέρους Ενέργειες/Εργασίες
- Έλεγχος της αντιρρυπαντικής δράσης σε πραγματικές συνθήκες: Πρότυπα θα τοποθετηθούν για διάρκεια ενός χρόνου σε μονάδα ιχθυοκαλλιέργειας με στόχο την διερεύνηση της αντιρρυπαντικής τους δράσης. Η τοποθέτηση θα αφορά κατάλληλο αριθμό δειγμάτων, έτσι ώστε να είναι εφικτή η διαχρονική μελέτη της συμπεριφοράς τους. Επιπλέον θα γίνουν δοκιμές χρόνιας τοξικότητας σε δείγματα ιστών (βράγχια, συκώτι, μυς) από ψάρια (15 άτομα) τα οποία έχουν εκτεθεί στο υπό εξέταση προϊόν. Ο προσδιορισμός των επιδράσεων θα γίνει με τους βιοχημικούς και ενζυμικούς βιοδείκτες: 1) ενεργότητα της υπεροξειδάσης της γλουταθειόνης (SOD), 2) συγκέντρωση της μεταλλοθειονίνης, 3) ενεργότητα της Na-K-ATPάσης, 4) οξείδωση λιπιδίων (MDA).
Παραδοτέα – Προϊόντα - Εκροές:
Π3.1 : Έκθεση σχετική με την συμπεριφορά των πιλοτικών προϊόντων σε φυσικό περιβάλλον
ΠΕ 4 : Έλεγχος χαρακτηριστικών, λειτουργικότητας και τοξικότητας των υπό ανάπτυξη υλικών
Συντονιστής: ΕΛΚΕΘΕ, Μ4-M24.
Στόχοι/ Επιδιωκόμενα αποτελέσματα: Κατανόηση των συνθέσεων και διαδικασιών ανάπτυξης των νανοσύνθετων υλικών και των επιστρώσεων που οδηγούν σε βέλτιστη αντιρρυπαντική δράση.
Επί μέρους Ενέργειες/Εργασίες:
- Όλα τα νανοσύνθετα υλικά και οι πολυμερικές επιστρώσεις που θα αναπτυχθούν, θα χαρακτηριστούν ως προς τις δομικές, μορφολογικές, ρεολογικές και φωτοκαταλυτικές ιδιότητες τους.
Παραδοτέα – Προϊόντα - Εκροές:
Π4.1: Έκθεση σχετικά με τα χαρακτηριστικά, την λειτουργικότητα και την βιοσυμβατότητα των υπό ανάπτυξη υλικών. Μ24.
Π4.2: Έκθεση σε σχέση με τη δημοσιότητα. Μ24.
ΠΕ 5 : Κατασκευή πιλοτικών προϊόντων εργαστηριακής κλίμακας και έλεγχος της λειτουργικότητας τους σε φυσικό περιβάλλον
Συντονιστής: ΙΤΕ, Μ19-M36.
Στόχοι/ Επιδιωκόμενα αποτελέσματα: Έλεγχος της αντιρρυπαντικής δράσης σε πραγματικές συνθήκες.
Επί μέρους Ενέργειες/Εργασίες:
- Βάσει των αποτελεσμάτων των ΠΕ2, ΠΕ3 και ΠΕ4, θα αναπτυχθούν πρότυπα αντιρρυπαντικά προϊόντα σε μορφή δικτυού μικρής κλίμακας. Θα χρησιμοποιηθούν οι βέλτιστες συνθέσεις με βάση τα αποτελέσματα των προηγούμενων ΠΕ καθώς τα πρότυπα θα έχουν την μορφή δικτυού μικρών διαστάσεων.
- Σε όλα τα πρότυπα που θα αναπτυχθούν θα πραγματοποιηθεί δομικός και μορφολογικός χαρακτηρισμός πριν την διερεύνηση της αντιρρυπαντικής τους δράσης.
- θα επανακαθοριστούν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά των πρότυπων με στόχο μια βέλτιστη αντιρρυπαντική δράση.
- Πρότυπα θα τοποθετηθούν για διάρκεια ενός χρόνου σε μονάδα ιχθυοκαλλιέργειας με στόχο την διερεύνηση της αντιρρυπαντικής τους δράσης.
Παραδοτέα – Προϊόντα - Εκροές:
Π5.1: Πιλοτικά προϊόντα. Μ36.
Π5.2: Έκθεση σχετική με την συμπεριφορά των πιλοτικών προϊόντων σε φυσικό περιβάλλον. Μ30.
Π5.3: Έκθεση σε σχέση με τη δημοσιότητα. Μ36.
ΠΕ 6 : Αξιολόγηση εφαρμοσιμότητας των πιλοτικών προϊόντων σε μονάδα παραγωγής και στην αγορά
Συντονιστής: ΕΛΚΕΘΕ, Μ25-M36
Στόχοι/ Επιδιωκόμενα αποτελέσματα: Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ως προς τις δυνατότητες τους για άμεση χρήση σε επιχειρηματικό επίπεδο.
Επί μέρους Ενέργειες/Εργασίες:
- θα μοντελοποιηθεί η συμπεριφορά των πολυμερών νανοσύνθετων υλικών και των πολυμερικών επιστρώσεων σε σχέση με την αντιρρυπαντική τους δράση, ενώ παράλληλα, θα συσχετιστεί αυτή με τα βασικά χαρακτηριστικά των επιμέρους υλικών αλλά και των τελικών πρότυπων. Απώτερος στόχος να αξιολογηθεί όχι μόνο η ικανότητας τους για την ανάπτυξη δικτυών υδατοκαλλιέργειας με αντιρρυπαντική δράση, αλλά και η δυνατότητα μεταφοράς των σχετικών υλικών και διαδικασιών σε μονάδες παραγωγής
- θα αναπτυχθούν αντίστοιχα πρότυπα τα οποία θα εξαχθούν από τα υλικά που έχουν εκτεθεί σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας τα οποία θα υποβληθούν σε πλήρεις δοκιμές στατικής και δυναμικής μηχανικής ανάλυσης για τον προσδιορισμό της βραχυχρόνιας και μακροχρόνιας μηχανικής τους συμπεριφοράς ενώ θα υπάρξει σύγκριση με τις αντίστοιχες ιδιότητες των αρχικών προτύπων προκειμένου να προσδιοριστεί η υποβάθμιση των μηχανικών τους ιδιοτήτων.
- Θα πραγματοποιηθεί επίσης μακροσκοπική και μικροσκοπική ανάλυση με τη χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας καθώς και στοιχειομετρικός προσδιορισμός των προτύπων με την τεχνική EDS για τον περαιτέρω προσδιορισμό της μεταβολής της σύστασης των προτύπων λόγω έκθεσης σε πραγματικό περιβάλλον και την ικανότητα εφαρμογής των πιλοτικών υλικών σε παραγωγική μονάδα
Παραδοτέα – Προϊόντα - Εκροές:
Π6.1: Έκθεση σε σχέση με την εφαρμοσιμότητα των πιλοτικών προϊόντων σε μονάδα παραγωγής και στην αγορά Μ36.
Στα πλαίσια του εν λόγω ερευνητικού προγράμματος, σχεδιάσαμε, συνθέσαμε και χαρακτηρίσαμε καινοτόμα σύνθετα υλικά καθώς και πολυμερικές επιστρώσεις. Τα βασικά συμπεράσματα του έργου ήταν:
(α) από τα φωτοκαταλυτικά/αυτοκαθαριζόμενα νανοπρόσθετα υλικά που εξετάστηκαν, το πλεόν εύχρηστο (σε σχέση με την ανάπτυξη σύνθετων υλικών) καθώς και το πλέον αποδοτικό (σε σχέση με αντιρρυπαντική δράση) ήταν το TiO2
(β) από τα βιοκτόνα υλικά που εξετάστηκαν, το πλεόν εύχρηστο (σε σχέση με την ανάπτυξη σύνθετων υλικών) καθώς και το πλέον αποδοτικό (σε σχέση με βιοκτόνα δράση) ήταν το αυτά με βάση το Cu
(γ) Λόγω της δυσκολίας στη χρήση του HPDE σε σύστημα εξώθησης (extruder), πρέπει να προηγηθεί η παρασκευή σύνθετου υλικού με βάση το HDPE και σωματίδια TiO2 με άλλη τεχνική, όπως το hot roll mill. Στη συνέχεια, οι παραγώμενες πλάκες κόβονται σε μικρά τεμάχια (τύπου master batches), τα οποία χρησιμοποιούνται σε σύστημα εξώθησης για την ανάπτυξη νήματος, το οποίο τελικά χρησιμοποιείται σε τρισδιάστατο εκτυπωτή.
(δ) ως βέλτιστο υλικό για αντιρρυπαντική δράση φαίνεται να είναι το σύνθετο HDPE-TiO2 με 10% συγκέντρωση σε TiO2 με επικάλυψη νανοσωματιδίων Cu
(ε) τα δείγματα με συνθέσεις που είχαν μόνο ΤiO2 χαρακτηρίσθηκαν ως μη τοξικά ανεξάρτητα από το ποσοστό συγκέντρωσης TiO2 και την Ομάδα.
(ζ) Τα δείγματα που περιείχαν στην σύνθεση τους Cu και παρουσίασαν υψηλές τιμές αναστολής βιο-φωταύγειας και θνησιμότητας στην μεγαλύτερη εξεταζόμενη συγκέντρωση αλλά χαμηλές τιμές EC50 και LC50, αντίστοιχα, χαρακτηρίσθηκαν επίσης μη τοξικά εκτός από ένα δείγμα της Ομάδας Α (10% TiO2 + Cu) όπου χαρακτηρίσθηκε ως μέτρια τοξικό.
(ζ) Η μικρότερη βιοεπίστρωση παρατηρήθηκε στα δίχτυα που περιέχουν και νανοσωματίδια Cu
(η) η χρήση επικαλύψεων σε εμπορικά δίκτυα από πολυμερικές επιστρώσεις μπορεί να προσφέρει αντιρρυπαντικές ιδιότητες, όμως, η σχετική δραστικότητα είναι σχετικά μικρή, όπως και οι διαφορές της μεταξύ των διαφόρων τύπων πολυμερών που δοκιμάστηκαν δεν είναι στατιστικά σημαντικές
Συμπερασματικά, τεκμηριώθηκε η μεγάλη προοπτική των υπο χρήση υλικών, ειδικά των πολυμερικών νανοσύνθετων με ενσωματωμένο TiO2 και επικαλυμμένω με νανοσωματίδια Cu, συνδυασμός που επιτρέπει ταυτόχρονη ύπαρξη φωτοκαταλυτικής/ αυτοκαθαριζόμενης και βιοκτόνας δράσης, ενώ παράλληλα, η χρήση μικρής ποσότητας Cu, οδηγεί σε χαμηλή τοξικότητα. Στη φάση αυτή δεν ολοκληρώθησε η διαδικασία ανάπτυξης ενός τελικού νέου προϊόντος καθώς οι ιδιαιτερότητες του θαλάσσιου περιβάλλοντος και η κατ’ επέκταση επίδραση τους στη διαχρονική συμπεριφορά των υπό μελέτη υλικών απαιτούν περισσότερες δοκιμές.
Σε κάθε περίπτωση, τα πρότυπα υλικά που αναπτύχθηκαν αλλά και η επιστημονική πληροφορία που καταγράφηκε σχετίζονται άμεσα με μία ιδιαίτερης σημασίας βιομηχανία σε Ελληνικό αλλά και διεθνές επίπεδο, με τους οικονομικούς δείκτες να καταγράφουν αξία διεθνώς πλέον των 210 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ το 2021. Στη βιομηχανία αυτή, η βιοσυσσώρευση αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα, καθώς προκαλεί σοβαρά προβλήματα λειτουργίας που απαιτούν χρονοβόρα και κοστοβόρα συντήρηση, με μια άμεση αρνητική οικονομική επίδραση στο σχετικό κλάδο της τάξης του 5% -10% του κόστους παραγωγής. Επομένως, η ανάπτυξη νέων υλικών με αποδοτική αντιρρυπαντική δράση και ελάχιστη επίδραση στο περιβάλλον αποτελούν θέμα ιδιαίτερης σπουδαιότητας.
Funding
