Διερεύνηση των αντιλήψεων και διαδικασιών μάθησης μαθητών Γυμνασίου για την αλλαγή ιδιοτήτων υλικών σωμάτων σε επίπεδο Nανοκλίμακας

Η νανοεπιστήμη και η νανοτεχνολογία αποτελούν αναδυόμενα πεδία μελέτης σε θεωρητικό και τεχνολογικό επίπεδο. Ο όρος νανοκλίμακα αναφέρεται σε αντικείμενα των οποίων οι διαστάσεις κυμαίνονται από 1 ως 100 νανόμετρα (10-9m). Στη νανοκλίμακα τα υλικά επιδεικνύουν νέες, καινοφανείς συχνά μη αναμενόμενες ιδιότητες. Τα σώματα με διαστάσεις νάνο και ατομικής κλίμακας αλληλεπιδρούν με διάφορους τρόπους οι οποίοι περιγράφονται από δυνάμεις οι οποίες είναι ηλεκτρικής φύσης. Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των υλικών στη νανοκλίμακα καθορίζονται από το είδος των δυνάμεων και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των υλικών, από τη μικροσκοπική δομή της ύλης και από την κβάντωση των επιτρεπόμενων ενεργειακών καταστάσεων. Οι νέες πληροφορίες και εφαρμογές που προέρχονται από την νανοεπιστήμη και την νανοτεχνολογία πρέπει να ενσωματωθούν στα προγράμματα σπουδών των Φυσικών Επιστημών. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήσαμε το μεθοδολογικό πλαίσιο της «Διδακτικής Αναδόμησης», το οποίο παρέχει μία αναδραστική αλληλεπίδραση μεταξύ: (α) της ανάλυσης της δομής του επιστημονικού περιεχομένου από διδακτικής σκοπιάς, (β) των εμπειρικών ερευνών για τις αντιλήψεις και τις διαδικασίες μάθησης των μαθητών και (γ) του σχεδιασμού περιβαλλόντων μάθησης. Με βάση αυτό διερευνούμε τις αντιλήψεις των μαθητών Γυμνασίου για τις αλλαγές των ιδιοτήτων των υλικών καθώς προσεγγίζουμε την νανοκλίμακα και τις διαδικασίες μάθησης των μαθητών προς την κατάκτηση της επιστημονικής γνώσης. Η εμπειρική έρευνα πραγματοποιήθηκε με μαθητές των Β' και Γ' τάξεων Γυμνασίου οργανωμένη σε δύο άξονες. Πρώτος άξονας ήταν η δημιουργία και η επεξεργασία προκαταρτικού ανοιχτού ερωτηματολογίου καταγραφής των αντιλήψεων των μαθητών για τις ιδιότητες των υλικών και τις συνθήκες κάτω από τις οποίες οι ιδιότητες αλλάζουν. Ο δεύτερος και κεντρικός άξονας της εμπειρικής έρευνας ήταν η διεξαγωγή Διδακτικού Πειράματος, μίας μεθόδου συλλογής δεδομένων που συνδυάζει την κλασική συνέντευξη με στοιχεία διδασκαλίας. Το Διδακτικό Πείραμα στόχευε στην αναλυτική καταγραφή των αντιλήψεων των μαθητών και στην ανάπτυξης διδακτικής ενότητας διδασκαλίας των αλλαγών των ιδιοτήτων και των δυνάμεων που επιδρούν στην νανοκλίμακα καθώς και στην καταγραφή των διαδικασιών μάθησης. Η εμπειρική έρευνα οδήγησε στα ακόλουθα συμπεράσματα: Οι μαθητές αναγνώρισαν την αλλαγή του μεγέθους ως μία παράμετρο που συνδέεται με αλλαγή ιδιοτήτων, στοιχείο το οποίο δεν θεωρούσαν ότι επηρεάζει, τουλάχιστον τις εντατικές ιδιότητες, πριν τη διεξαγωγή του Διδακτικού Πειράματος. Επίσης, οι μαθητές κατάφεραν να εντοπίζουν τις νέες ιδιότητες που αναδύονται στην περιοχή της νανοκλίμακας, να τις περιγράφουν και σε κάποιο βαθμό να τις εξηγούν συνδέοντας την διαφορετική συμπεριφορά των υλικών με το διαφορετικό είδος δυνάμεων και την διαφορετική τους ισχύ σε κάθε κλίμακα μεγέθους.Nanoscience and nanotechnology are emerging fields in science and technology. Nanoscale is generally defined as including any material of which at least one dimension is 1 to 100 nanometers. In nanoscale, materials exhibit new and often unexpected properties. The physical and chemical properties of nanomaterials depend on the different kind of forces, on interactions between particles, on the nature of matter and on the quantization of energy states. This scientific knowledge must be integrated into Science Curriculum. In the present work, we used the model of Educational Reconstruction, which provides a recursive procedure between: (a) Clarification and Analysis of Science Content, (b) Research on Teaching and Learning, (c) Design and Evaluation of Teaching and Learning Environments. Based on this model we investigated high school students’ conceptions concerning the change in material properties, as nanoscale is reached and the learning processes towards scientific knowledge. Our empirical study was conducted with 8th and 9th grade students following two axes. At the beginning we developed and analyzed an introductory questionnaire aiming at identification of students conceptions involving material properties and conditions under which properties change. The main part of our empirical study was based on a Teaching Experiment, which aimed at the development of a teaching sequence in studying material properties in nanoscale and at investigating students’ learning processes. Analyzing the results of our study we conclude the following: Students identify size as a parameter influencing material properties. As the Teaching Experiment completed, students were capable of describing and justifying the emerging properties in nanoscale, connecting different behavior to different kinds of forces and their different domination over different scales

Διερεύνηση εφαρμογών νανοτεχνολογίας με έμφαση στην επιστήμη του μηχανικού

Παρατηρήσεις έκδοσης: παρόραμα στη σελιδαρίθμηση.Στην εργασία αυτή γίνεται μια προσπάθεια ανίχνευσης των εφαρμογών της νανοτεχνολογίας με έμφαση στα έργα του Πολιτικού Μηχανικού, εξετάζονται δε οι υπάρχουσες εφαρμογές σε σχέση με τα υλικά που χρησιμοποιεί ο μηχανικός στις κατασκευές και οι επιπτώσεις που θα έχουν αυτά στον σχεδίασμά και την κατασκευή των έργων. Η δομή της εργασίας οργανώνεται σε επτά κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, ορίζεται η νανοτεχνολογία και μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά της, ερευνάται επίσης η ιστορία, από τα βραβεία του Richard Feynman, μέσω Μηχανών της Δημιουργίας του Eric Drexler στη σύγχρονη έκρηξη της ανάπτυξης των υλικών νανοκλίμακας. Μέχρι σήμερα, η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας έχει επικεντρωθεί στα καινοτόμα υλικά και στις ιδιότητες τους τις οποίες μπορούμε να προβλέψουμε με προσομοίωση σε υπολογιστή και με μοντελοποίηση. Με αυτό το πλαίσιο, θα μπορούσαμε να ερευνάμε καλύτερα τις νανοτεχνολογίες που ήδη υπάρχουν στη φύση, καθώς και τις τρέχουσες εφαρμογές τους. Εξετάζεται επίσης η σημερινή κατάσταση της νανοτεχνολογίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γνωρίζουμε τους ορισμούς και τις κλίμακες, εξετάζοντας τα βασικά επιστημονικά πεδία και θεωρίες όπως, η κβαντική μηχανική, τα είδη των χημικών δεσμών και η κρυσταλλική δομή των υλικών, που ισχύουν στην νανοτεχνολογία. Στο κεφάλαιο αυτό επίσης ορίζονται τα νανοϋλικά και τα είδη τους, εξετάζοντας τις μεθόδους παραγωγής τους. Η έμφασή δίδεται στην δημιουργία και στην ενοποίηση των διακριτών νανοϋλικών. Μελετάται επίσης η δημιουργία χύδην νανοϋλικών με τις τεχνικές εναπόθεσης και τις διεργασίες με ισχυρή πλαστική παραμόρφωση όπως η γωνιακή μεταποίηση ίσου καναλιού και η στρέψη με υψηλή πίεση. Κατόπιν περιγράφεται η σημασία που έχουν οι κλίμακες του μεγέθους των σωματιδίων στην δόμηση των νανοϋλικών και εξετάζονται οι διάφορες μορφές των νανοσωματιδίων και οι τρόποι δόμησης τους. Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι ένα από τα υλικά πού έχουν μελετηθεί πιο πολύ και κατέχουν σημαντική θέση σε μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Το κεφάλαιο αυτό τελειώνει με την εξέταση των νανοσωλήνων όπου περιγράφονται οι μονοφλοικοί και οι πολυφλοιικοί, δίνοντας τις σημαντικότερες τους ιδιότητες άλλα και τους μηχανισμούς με τους οποίους εμφανίζουν προβλήματα και τις επιπτώσεις αυτών των προβλημάτων. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται διάφορες τρέχουσες εφαρμογές της νανοτεχνολογίας και εξετάζεται πώς λειτουργούν, γιατί η νανοτεχνολογία είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία τους, και ποια εικόνα προσφέρουν αυτές οι εφαρμογές στο μέλλον της νανο-τεχνολογίας. Τα νανοϋλικά πιέζουν τα όρια της φυσικής, τους νόμους για την επίτευξη καινοτόμων τεχνολογιών, χρησιμοποιώντας νέες μεθόδους για τη κατασκευή των νανο-δομών, όπως η αυτο-συναρμολόγηση. Ερευνώνται οι εφαρμογές των νανοϋλικών αρχίζοντας από τις επιπτώσεις που θα έχουν στις κατασκευές γενικά, και στην συνέχεια εξετάζονται οι επιπτώσεις της νανοτεχνολογίας στις ιδιότητες του χάλυβα και τα νέα προϊόντα χάλυβα που παράγονται με την χρήση της νανοτεχνολογίας. Το σκυρόδεμα είναι το επόμενο υλικό που εξετάζεται. Μελετάται η επίπτωση της χρήσης νανοϋλικών στην παραγωγή του τσιμέντου και του σκυροδέματος, σε σχέση με την αντιδραστικότητα του τσιμέντου, την αντιμετώπιση των πυριτικών αλκαλικών αντιδράσεων και του διοξειδίου του άνθρακα. Διαπιστώνεται ότι τα νανοϋλικά θα επιφέρουν μεγάλες αλλαγές στις ιδιότητες του σκυροδέματος στο μέλλον και επομένως στις κατασκευές. Κατόπιν βλέπουμε την χρήση νανοϋλικών στη δημιουργία του γυαλιού και τα ωφέλη που προκαλεί στους τομείς της συντήρησης, της προστασίας από την ηλιακή ακτινοβολία κ.λ.π.. Το ξύλο, οι επικαλύψεις και η πυροπροστασία είναι τα θέματα με τα οποία κλείνουμε το κεφάλαιο αυτό εξετάζοντας τις εφαρμογές των νανοϋλικών σε αυτές τις περιπτώσεις. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζουμε τις μεθόδους σχεδιασμού και υπολογισμού στην νανοκλίμακα. Αρχίζοντας από την μέθοδο σχεδιασμού υλικών πολλαπλών διαστάσεων, συνεχίζουμε με την πολλαπλή διακριτή ανάλυση υλικών. Γίνεται μια προσπάθεια για τον υπολογισμό της γενικευμένης πίεσης και των μέτρων παραμόρφωσης στην νανοκλίμακα. Κατόπιν εξετάζονται τα υλικά Ν-διαστάσεων και η πολλαπλή ανάλυση των συστατικών νόμων καθώς και την αλληλεπίδραση μεταξύ των κλιμάκων. Τέλος μελετάται η μοντελοποίηση πολλαπλών κλιμάκων των υλικών με έμφαση στην μοντελοποίηση του χάλυβα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, εξετάζουμε μερικές από τις πιο σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις της χρήσης των προϊόντων νανοτεχνολογίας. Στο ίδιο πνεύμα, ερευνώνται οι κανονισμοί και η νομοθεσία σε σχέση με την χρήση των νανοϋλικών προσδιορίζοντας την ανάγκη για διεθνή συνεργασία στον τομέα. Οι κίνδυνοι της νανοτεχνολογίας και οι περιβαλλοντικές πτυχές της είναι κάτι που ερευνάται ιδιαίτερα, με την συζήτηση να επικεντρώνεται στο εάν απαιτούνται αυστηρότεροι νόμοι και κανονισμοί. Στο έκτο κεφάλαιο, διερευνώνται τα οικονομικά μεγέθη της νανοτεχνολογίας και παρουσιάζεται η εμπορευματοποίηση της νανοτεχνολογίας με τις προοπτικές του όγκου της αγοράς και των μετοχών. Μελετάται η κούρσα της δημόσιας και ιδιωτικής χρηματοδότησης της νανοτεχνολογίας. Παρουσιάζεται ή εικόνα της διάθεσης των επιχειρηματικών κεφαλαίων για την έρευνα στην υψηλή τεχνολογία. Γίνεται μια ανάλυση του οικονομικού αντίκτυπου στις θέσεις εργασίας και στις επιχειρήσεις της νανοτεχνολογίας. Παρουσιάζεται η κατάσταση της τεχνολογικής ανάπτυξης της νανοτεχνολογίας σε σχέση με τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας και τις επιστημονικές δημοσιεύσεις και αναφορές για την νανοτεχνολογία. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι προοπτικές για το μέλλον της νανοτεχνολογίας και των εφαρμογών της

Διακυβέρνηση και Ρυθμιστική Επιστήμη στις προκλήσεις της Νανοτεχνολογίας: Προσεγγίσεις από το πεδίο Επιστήμη, Τεχνολογία, Κοινωνία

Το ζήτημα που θα μελετήσει η εργασία είναι οι όροι που η νανοτεχνολογία και η ενσωμάτωσή της σε διάφορα τεχνοεπιστημονικά πεδία δημιουργεί προκλήσεις και αιτήματα για ρύθμιση και συγκρότηση πλαισίου διακυβέρνησης. Η νανοτεχνολογία αποδομεί τις διακρίσεις μεταξύ των «χημικών», «βιολογικών» και «μηχανικών» διαδικασιών, κάτι που εντείνει τις προκλήσεις και αυξάνει τις πιέσεις για νέες κατηγοριοποιήσεις, καθώς και νέα οντολογικά όρια που θα ενσωματωθούν σε νέα ρυθμιστικά σχήματα και πλαίσια. Τόσο στην Αμερική, όσο και στην Ευρώπη, το αίτημα για κατηγοριοποίηση των υλικών και καθορισμού της κλίμακας τέθηκε ως αίτημα τόσο σε τοπικό, εθνικό ή πολιτειακό επίπεδο όσο και σε επίπεδο ομοσπονδιακό και διακρατικό. Στις Η.Π.Α. το 2001 θεσπίζεται το The National Nanotechnology Initiative (NNI) για να οργανώσει την προσπάθεια διακυβέρνησης της νανοτεχνολογίας και των νανοϋλικών όπως αυτά άρχισαν να ενσωματώνονται, ειδικά σε θέματα που αφορούσαν τα νέα φάρμακα και νέα διατροφικά προϊόντα. Η F.D.A. (Food and Drug Administration) εκλήθη ήδη από τις αρχές του 21ου αιώνα να καθορίσει και να κατηγοριοποιήσει νανοϋλικά που χρησιμοποιούνταν στην παραγωγή φαρμάκων και βιοϊατρικών συσκευών. Οι προκλήσεις αυτές αφορούσαν και την Ευρώπη, σε ένα, ωστόσο, σχετικά μεταγενέστερο και διαφοροποιημένο πλαίσιο. Τα ερευνητικά ερωτήματα που θα απασχολήσουν την εργασία είναι τα εξής: • Με ποιους όρους η νανοτεχνολογία αλλάζει το αίτημα και πλαίσιο διακυβέρνησης; • Πώς οι ειδήμονες νοηματοδοτούν τους όρους διακινδύνευσης σε σχέση με την νανοτεχνολογία και πώς διαμορφώνουν τα αιτήματα σχετικά με νέο ρυθμιστικό πλαίσιο; • Τί είδους ανάγκες για νέα ρυθμιστική επιστήμη προκαλεί η ενσωμάτωση της νανοτεχνολογίας στα διάφορα τεχνοεπιστημονικά πεδία; • Ποιες διαφορετικές προσεγγίσεις στη διακυβέρνηση των προκλήσεων που θέτει η νανοτεχνολογία υπάρχουν σε εθνικά και διεθνικά πλαίσια και πώς μπορούν να ερμηνευτούν; Τα παραπάνω ερευνητικά ερωτήματα θα απαντηθούν μέσα από την μελέτη του πλαισίου της Βορείου Αμερικής καθώς και της Ευρώπης, και συγκεκριμένα των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής και της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Θα αναλυθούν περιπτώσεις από την ενσωμάτωση και χρήση της νανοτεχνολογίας στα επιμέρους τεχνοεπιστημονικά πεδία των βιοϊατρικών επιστημών, καθώς και της τεχνολογίας των υλικών για τη χημική βιομηχανία.The issue this paper will study is the conditions under which nanotechnology and its integration into various technoscientific fields create challenges and demands for the regulation and establishment of a governance framework. Nanotechnology deconstructs the distinction between "chemical", "biological" and "mechanical" processes, which intensifies the challenges and increases the pressure for new categorizations, as well as for new ontological boundaries to be incorporated into new regulatory patterns and frameworks. In both the United States and Europe, the demand for categorization of materials and definition of scale has been put forth as a claim at both the local, national or state level as well as at the federal and transnational level. In the USA, in 2001, The National Nanotechnology Initiative (NNI) was set up to organize the effort to govern nanotechnology and nanomaterials as they began to be integrated, especially on issues related to new drugs and new food products. The F.D.A. (Food and Drug Administration) has been called upon since the beginning of the 21st century to define and categorize nano-materials used in the production of drugs and biomedical devices. These challenges also concerned Europe, however, in a relatively later and differentiated context. The research questions that will be inquired and addressed are: • Under what conditions does nanotechnology change the demand for governance and its framework? • How do experts conceptualise the terms of risk in relation to nanotechnology and how do they formulate demands for a new regulatory framework? • What kind of needs for new regulatory science does the integration of nanotechnology cause in the various technological fields? • What different approaches to the governance of the challenges posed by nanotechnology exist in national and transnational contexts, and how can they be interpreted? The above research questions will be answered through the study of the context of North America as well as Europe, and specifically of the United States of America and of the European Union. Cases of the incorporation and use of nanotechnology will be analysed, in the individual technoscientific fields of biomedical sciences, as well as materials technology for the chemical industry

Ανάπτυξη και Μελέτη Νανοσύνθετων Πολυμερικών Υλικών με Νανοδομές Οξειδίου του Χαλκού

Τα νανοσύνθετα πολυμερικά υλικά αποτελούν έναν ταχέως αναπτυσσόμενο επιστημονικό και τεχνολογικό τομέα. Με τον όρο «νανοσύνθετα πολυμερή» εννοούνται τα πολυμερή (μήτρα) στα οποία βρίσκονται διασπαρμένες νανοδομές με διαστάσεις 1-100 nm οιουδήποτε σχήματος, και τα οποία αποκτούν λόγω της σύνθεσής τους διαφορετικές ιδιότητες σε σχέση με τα συστατικά υλικά. Τα νανοσύνθετα πολυμέρη, λόγω των ιδιοτήτων τους και της πολυλειτουργικότητάς τους, βρίσκουν εφαρμογή σε ποικίλους τομείς, όπως ενδεικτικά οπτοηλεκτρονικές και μικροηλεκτρομηχανικές διατάξεις, φίλτρα, συστήματα κατάλυσης και φωτοευαίσθητα/ακτινοευαίσθητα υλικά κατασκευής μικρο- και νανοδιατάξεων. Ο στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η ανάπτυξη, μελέτη και χαρακτηρισμός νανοσύνεθτων πολυμερικών υλικών που βασίζονται σε νανοδομές οξειδίου του χαλκού (CuO). Η εργασία απαρτίστηκε από δύο βασικούς άξονες Ο πρώτος άξονας αφορούσε στη μελέτη σύνθεσης νανοσωματοδίων οξειδίου του χαλκού II(CuO), με ελεγχόμενα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Συνετέθηκαν νανοσωματίδια CuO με διάφορες μεθόδους σύνθεσης, ώστε να προκύψουν νανοσωματίδια με διαφορετική μορφολογία, και στην συνέχεια εξετάστηκε η επίδραση διαφόρων παραμέτρων της σύνθεσης στην τελική μορφολογία τους. Ο δεύτερος άξονά της εργασίας αφορούσε στην ανάπτυξη σύνθετων πολυμερικών μητρών πολυ-(μεθακρυλικού μεθυλεστέρα) (PMMA) με διασπαρμένα νανοσωματίδια CuO. Διερευνήθηκαν κυρίως οι συνθήκες για την βελτιστοποίηση της διασποράς των νανοσωματιδίων στην πολυμερική μήτρα, δεδομένου ότι τα νανοσωματίδια CuO είναι δυσδιάλυτα στους περισσότερους διαλύτες. Στο τελευταίο στάδιο της εργασίας τα νανοσύνθετα πολυμερή ενσωματώθηκαν σε μικροηλεκτρονικές διατάξεις, που χαρακτηρίστηκαν ηλεκτρικά για την πληρέστερη κατανόηση των ιδιοτήτων τους, ενώ επιλεγμένες διατάξεις δοκιμάστηκαν ως αισθητήρες υγρασίας.Polymeric nanocomposite materials are a rapidly developing science and technology area. By "nanocomposite polymers" were combined polymers (matrix) in which are dispersed nanostructures with dimensions of 1-100 nm of any shape, which become due to their composition different properties than the component materials. The nanocomposite polymers, because of their properties and their multifunctionality find application in varied fields such as optoelectronics and microelectronics devices, filters, catalyst systems and photosensitive / radiosensitive materials micro- and nano-devices. The aim of this thesis was to develop, design and characterization of polymeric nanocomposite materials based on nanostructures of copper oxide (CuO). The work consisted of two main axes. The first axis related to study composition nanostructures copper II oxide (CuO), with controlled morphological characteristics. CuO nanoparticles synthesized by various synthetic methods, to afford nanoparticles with different morphology, and then examined the effect of various parameters of the composition in the finished morphology. Having achieved the synthesis of different morphological nanoparticles, we focused on the second axis, which involved the development of polymeric matrix composite poly-methyl methacrylate (PMMA) with dispersed CuO nanoparticles. Mainly investigated the conditions for optimization of the dispersion of nanoparticles in the polymeric matrix, since CuO nanoparticles are dissoluble in most solvents. In the final stage of work the nanocomposite polymers were incorporated into microelectronic devices, electrical classified for better understanding of their properties and selected devices tested as humidity sensors

Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοσωματιδίων μαγνητίτη / β- κυκλοδεξτρίνης (Fe3O4/β-CD)

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις

Μέθοδοι Υδροθερμικής Ανάπτυξης Νανοαρχιτεκτονικών Οξειδίων του Χαλκού συμβατών με Πολυμερή Φωτολιθογραφίας και Διεργασιών Μικροηλεκτρονικής

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η δυνατότητα ανάπτυξης νανοδομών οξειδίου του χαλκού (CuO) με συνδυασμό bottom-up και top-down μεθόδων. Πιο συγκριμένα, διερευνήθηκε η δυνατότητα δημιουργίας νοδομών CuO σε δισκία πυριτίου με συνδυασμό των μεθόδων πηκτωμάτων γέλης (sol-gel) και υδροθερμικής ανάπτυξης (bottom-up) και η συμβατότητά τους με την τεχνική της οπτικής λιθογραφίας (top-down). Το οξείδιο του χαλκού θεωρείται ως ένα πολλά υποσχόμενο υλικό λόγω του ότι διαθέτει ένα μοναδικό συνδυασμό ιδιοτήτων, όπως ότι είναι p-τύπου ημιαγωγός, δεν είναι τοξικό, μπορεί να παραχθεί με σχετικά χαμηλό κόστος, ενώ διαθέτει σημαντική ηλεκτροχημική δραστηριότητα. Επιπροσθέτως, το CuO έχει τη δυνατότητα να αναπτύσσεται μέσω διαφόρων μεθόδων -κυρίως αυτών της συνθετικής χημείας- σε ποικίλλες μορφές νανοδομών/νανοαρχιτεκτονικών όπως νανοφύλλα, νανολουλούδια, νανοτοιχία, νανοκαλώδια, νανοσωλήνες, νανοκυλίνδρους. Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των νανοδομών αυτών –και συνεπακολούθως τα λειτουργικά τους χαρακτηρισιτκά- μπορούν να μεταβληθούν και να ελεγχθούν μέσω των συνθηκών της σύνθεσης. Η ποικιλομορφία των νανοδομών και ο συνδυασμός των ιδιοτήτων του καθιστούν το οξείδιο αυτό ως ένα ιδιαίτερα πολυπροσμαρμοστικό και ελκυστικό υλικό για μία σειρά εφαρμογών, ειδικότερα υπό το πρίσμα ότι υπάρχει δυνατότητα παραγωγής του μέσα από ένα πλήθος τεχνικών χαμηλού κόστους. Στην παρούσα εργασία η ανάπτυξη νανοδομών οξειδίου του χαλκού πραγματοποιήθηκε με την υδροθερμική μέθοδο (Hydrothermal Growth) σε υποστρώματα πυριτίου. Η μέθοδος αυτή επιλέχθηκε τόσο για το χαμηλό της κόστος, όσο και για το γεγονός ότι είναι πλήρως συμβατή με τις μεθόδους κατασκευής των μικροηλεκτρονικών διατάξεων. Το σημαντικότερο όμως χαρακτηριστικό της μεθόδου αυτής είναι το ότι υπακούει στον όρο της «Πράσινης Χημείας». Με τον όρο «Πράσινη Χημεία» εννοούμε το φιλικό προς το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία τρόπο παραγωγής υλικών από ασφαλή υλικά, ελαχιστοποιώντας την παραγωγή επικίνδυνων ουσιών και αντιμετωπίζοντας τυχόν θέματα τοξικότητας. Σκοπός της μελέτης αυτής ήταν η διερεύνηση της καταλληλότητας διαφόρων συνθηκών ανάπτυξης νανοαρχιτεκτονικών δομών CuO σε λιθογραφημένα δισκία πυριτίου και η συμβατότητα των μεθόδων σύνθεσης με την οπτική λιθογραφία, μιας και μια τέτοια κατασκευαστική προσφέρει σχεδιαστική ευελιξία και χαμηλό κόστος παραγωγής μικρο και νανοαρχιτεκτονικών. Η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε ήταν η εξής: αρχικά διερευνήθηκαν διάφορα πηκτώματα γέλης που απαιτούνται για τη δημιουργία καταλλήλων στρωμάτων πυρήνωσης τόσο σε υποστρώματα πυριτίου όσο και θερμικού οξειδίου του πυριτίου, μελετήθηκαν οι συνθήκες της υδροθερμικής ανάπτυξης, ενώ επιλεγμένες βελτιστοποιημένες συνθήκες δοκιμάστηκαν σε συνδυασμό με την οπτική λιθογραφία. Διάφορες παράμετροι μελετήθηκαν τόσο ως προς την παρασκευή των διαλυμάτων sol-gel, την υδροθερμική ανάπτυξη, όσο και ως προς τη συμβατότητα των δύο μεθόδων με την οπτική λιθογραφία θετικού τόνου. Συνοπτικά οι παράγοντες που μελετήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας ήταν: (α) το είδος του υποστρώματος, (β) το είδος του πηκτώματος γέλης για την ανάπτυξη του υμενίου πυρήνωσης, (γ) η παλαιότητα του πηκτώματος γέλης, (δ) η θερμοκρασία ανόπτησης (annealing) του στρώματος πυρήνωσης, (ε) η ταχύτητα περιστροφής του περιστροφικού επιστρωτή, (στ) η χρήση HMDS (hexamethyldisilazane) πριν την επίστρωση του πηκτώματος γέλης και (ζ) ο χρόνος παραμονής των δειγμάτων στο διάλυμα της υδροθερμικής ανάπτυξης. Τα αποτελέσματα της μορφολογίας των νανοδομών CuO αξιολογήθηκαν με Οπτική Μικροσκοπία και Μικροσκοπία Ηλεκτρονικής Σάρωσης (Scanning Electron Microscopy - SEM), ενώ χρησιμοποιήθηκε Φασματοσκοπία Υπερύθρου (Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FT-IR) για μελέτη των υμενίων πυρήνωσης, ώστε να συσχετισθούν οι ιδιότητές τους με την επακόλουθη ανάπτυξη των νανοδομών.In the current study, the possibility of developing copper oxide (CuO) nanostructures was studied by combining bottom-up and top-down methods. More specifically, the formation of CuO nanoparticles in Si wafers was investigated by combining the methods of sol-gel and hydrothermal growth (bottom-up) as well as their compatibility with the technique of optical lithography (top-down). Copper Oxide is considered as a very promising material because it has a unique combination of properties, such as being a p-type semiconductor, it is a non-toxic material, it has a low cost production and it has a significant electrochemical activity. In addition, CuO has the potential of growing through a variety of methods - mainly through the synthetic chemistry - and in a variety of nanostructures such as nanoleaves, nanoflowers, nanowalls, nanowires, nanotubes, nanocylinders, depending on their growth or synthesis conditions. The morphological characteristics of these nanostructures – and consequently their functional characteristics – can be altered and controlled through the conditions of their composition. The diversity of nanostructures and the combination of its properties make this oxide a very versatile and attractive material for a variety of applications, given the fact that it can be produced through many low-cost techniques. In this study the development of copper oxide nanostructures was carried out through the hydrothermal growth on silicate substrates. This method was chosen both for its low cost and for the fact that it is fully compatible with the methods of manufacturing microelectronic devices. Furthermore, the most important feature of this method is that it obeys in the term of "Green Chemistry". By "Green Chemistry" we mean the environmentally friendly and human health-friendly way of producing materials from safe materials, minimizing the production of hazardous substances and tackling any toxicity issues. The purpose of this study was to investigate the suitability of various conditions for the development of CuO nano-architectural structures in Si wafers where lithography was used and the compatibility of the methods of synthesis with optical lithography, since such a method can offer design flexibility and low cost production of micro and nano-architectural structures. The experimental procedure was as follows: initially, a variety of sol-gel types were investigated in order to create appropriate core layers in both silicon and thermal silicon oxide substrates, furthermore, hydrothermal development conditions were studied while selected optimized conditions were tested in conjunction with optical lithography. Several parameters were studied in terms of sol-gel preparation, hydrothermal development and the compatibility of the two methods with the optical lithography. In summary, the parameters studied during the experimental process were: (a) the type of substrate, (b) the type of sol-gel for the development of the nucleation film, (c) the factor of the aging of sol-gel, (d) the annealing temperature of the seeding layer, (e) the rotational speed (f) the use of HMDS (hexamethyldisilazane) before coating the substrate with sol-gel and (g) the residence time of the samples in the hydrothermal growth solution. The results of the morphology of CuO nanostructures were evaluated by Optical Uscope and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) as well as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) was used for the analysis of nucleation films, in order to correlate their properties with the subsequent development of nanostructures