ChemEng.Upatras Seminars 2022 - Thomas Goudoulas (Technical University of Munich, Germany)
Abstract
Επιδίωξη των ερευνητών που ασχολούνται με την ιξωδοελαστική απόκριση δομημένων υλικών είναι η επί τόπου (in situ) και, κατά το πλείστο, αδιατάρακτη καταγραφή της δομής τους. Πολύ περισσότερο εάν το σύστημα είναι σε μεταβατική κατάσταση είτε λόγω μεγάλων παραμορφώσεων, είτε λόγω μιας χημικής αντίδρασης που εξελίσσεται. Η παρουσίαση αυτή θα αναδείξει τέτοιες περιπτώσεις in situ καταγραφής της δομικής κατάστασης υλικών. Για την περίπτωση των μεγάλων παραμορφώσεων, θα παρουσιαστεί η μελέτη και εμβάθυνση σχετικά με τη μη-γραμμική απόκριση διαλυμάτων πολυμερών, όπως πολύ-ακρυλαμιδίου και πολύ-αιθυλενοξειδίου. Αυτή επιτεύχθηκε με εφαρμογή της μεθόδου απεικόνισης διανυσμάτων ταχύτητας με εικόνα σωματιδίων (Particle Image Velocimetry, PIV). Εφαρμόσθηκε ένα ευρύ φάσμα επιβαλλόμενων ταλαντώσεων (Large Amplitude Oscillatory Shear rheology) σε χαρακτηριστικές τιμές γωνιακής συχνότητας ω. Τα rheo-PIV αποτελέσματα δείχνουν ένα ουσιαστικά τροποποιημένο πεδίο ροής, με διακριτές ζώνες διάτμησης (shear banding) σε συγκεκριμένες συνθήκες. Οι ζώνες αυτές επηρεαζόταν από το πλάτος ταλάντωσης και την τιμή του ω, και έπονται της έναρξης της μη-γραμμικής ιξωδοελαστικής συμπεριφοράς.
Αναφορικά με περιπτώσεις in situ καταγραφής χημικών αντιδράσεων, χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η γρήγορη αντίδραση ζελατινοποίησης του συστήματος αλγινικού νατρίου (alginate) με Ca2+. Έτσι, καταγράφουμε και αξιολογούμε με χρήση μιας προσαρμοσμένης ρεομετρικής ιδιοκατασκευής (custom-made rheometric setup) τη γρήγορη κινητική της ιοντικής αυτής αντίδρασης. Ο σχεδιασμός της ιδιοκατασκευής αυτής δίνει τη δυνατότητα ελέγχου τόσο του όγκου, όσο και της συγκέντρωσης του ιοντικού διαλύματος. Καταγράφηκε επιτυχώς η αντίδραση ζελατινοποίησης ρεολογικά, δηλ., από τα πρώτα στάδια και δευτερόλεπτα της έναρξης της, καθώς και η χρονική εξέλιξη στα ιξωδοελαστικά μέτρα της υδρογέλης. Με αύξηση της συγκέντρωση του αλγινικού νατρίου αυξάνεται συστηματικά το μέτρο ελαστικότητας G'. Επίσης, υψηλότερες συγκεντρώσεις και όγκοι εγχυμένου CaCl2 αυξάνουν τον αρχικό ρυθμό αύξησης του G', και κατά συνέπεια του ρυθμού της αντίδρασης. Με βάση αυτή την καινοτόμα ιδιοκατασκευή, και πιθανές μελλοντικές βελτιώσεις, είναι εφικτή η λεπτομερής καταγραφή της κινητικής και άλλων γρήγορων αντιδράσεων με ανάμιξη ιοντικών μιγμάτων.
Speakers Short CV
Ο Δρ. Γκουδούλας Θωμάς αποφοίτησε το 1995 από το Τμήμα Χημικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και το 2003 ολοκλήρωσε τη Διδακτορική διατριβή του στο ίδιο Τμήμα στη γνωστική περιοχή της Πειραματικής Ρεολογίας. Από το 1997 αφού πέτυχε σε γραπτές εξετάσεις του Ιδρύματος Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ) έγινε υπότροφος για τρία έτη. Μεταξύ του 2000 και 2002 υπηρέτησε τη στρατιωτική του θητεία. Κατέχει εκτενή διδακτική εμπειρία τόσο σε εργαστηριακά, όσο και θεωρητικά μαθήματα στη γνωστική περιοχή της Μηχανικής Ρευστών και των Φυσικών Διεργασιών, στα ακόλουθα ιδρύματα: ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας (2004-2013), ΤΕΙ Σερρών (2006-2008, 2010-2011) ως Επιστημονικός Συνεργάτης, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Παν. Δυτικής Μακεδονίας (2007-2010) βάσει του ΠΔ.407/80 (βαθμίδα Επίκουρου Καθηγητή), και τέλος, Τμήμα Χημικών Μηχανικών, ΑΠΘ (ΤΧΜ-ΑΠΘ) (βαθμίδα Λέκτορα, 2010). Εργάστηκε σε ερευνητικά προγράμματα από το 2005, αρχικά ως μεταδιδακτορικός ερευνητής (ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ ΙΙ, 2005-2007) και ακολούθως ως κύριος ερευνητής (ΙΤΕΣΚ-ΕΚΕΤΑ, 2007). Συνεργάστηκε με το ΙΤΧΗΔ-ΕΚΕΤΑ σε δύο ερευνητικά έργα (2013), όπως και στο ΤΧΜ-ΑΠΘ σε έργα σχετικά με βιομάζα και καινοτόμα βιοϋλικά (2013 και 2014). Από το 2015 μέχρι και σήμερα εργάζεται στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο Μονάχου (Technische Universität München, TUM) σε θέση έμπειρου ερευνητή. Έχει αναπτύξει καινοτόμο συνδυασμό ρεολογίας και της μεθόδου PIV (Particle Image Velocimetry), για τη μελέτη της τοπικής ταχύτητας πολυμερικών υλικών. Επίσης, σχεδίασε και ανέπτυξε μια πρωτότυπη βάση ρεομετρου που παρέχει τη δυνατότητα σημειακής και ελεγχόμενης έκχυσης ενός διαλύματος για την in situ καταγραφή της κινητικής της αντίδρασης ταυτόχρονα με το ρεολογικό χαρακτηρισμό. Τέλος, μέσω δυναμικών παραμορφώσεων πηκτών (κυρίως biogels), έχει συνεισφέρει στην κατανόηση της μη-γραμμικής ιξωδοελαστικής συμπεριφοράς τέτοιων βιοϋλικών.
Ως εκ τούτου, τα ερευνητικά ενδιαφέροντά του εστιάζονται στην κατανόηση και ανάδειξη της δυναμικής συμπεριφοράς των πολυμερικών διαλυμάτων και δομημένων βιοϋλικών για εφαρμογές τόσο στη βιομηχανία (τρόφιμα, ποτά, καλλυντικά, κτλ.) όσο και στην ακαδημαϊκή έρευνα.