"Ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες ιονικών υγρών"

Τα ιόντα υγρά (ILs) είναι άλατα με ασθενώς συνδεδεμένα ιόντα, έτσι ώστε το σημείο τήξης τους, να βρίσκεται κάτω από τους 100 °C ή ακόμα και κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου. Ένας μεγάλος αριθμός ILs μπορεί να συντεθεί με τον κατάλληλο συνδυασμό διαφόρων κατιόντων και ανιόντων, επιτρέποντας την ακριβή ρύθμιση των φυσικών ιδιοτήτων τους, έτσι ώστε να ταιριάζουν στις ανάγκες συγκεκριμένων εφαρμογών. Λαμβάνοντας υπόψη επίσης τη χαμηλή μεταβλητότητά τους και τη χαμηλή τοξικότητά τους, τα ILs μπορούν να θεωρηθούν ως  οι "πράσινοι σχεδιαστικοί" διαλύτες στην πρώτη γραμμή του ερευνητικού ενδιαφέροντος.

Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας, θα διεξαχθούν μετρήσεις για τον οπτικό και ηλεκτρικό χαρακτηρισμό επιλεγμένων οικογενειών ILs, με τη χρήση τεχνικών διαθλασιμετρίας σύζευξης πρίσματος και τεχνικών διηλεκτρικής φασματοσκοπίας. Το έργο αυτό αναμένεται να παράγει σημαντικά αποτελέσματα για πολυάριθμες εφαρμογές των ILs στους τομείς των οπτο-ρευστοειδών και της αποθήκευσης ενέργειας, καθώς και για την καλύτερη κατανόηση της συσχέτισης μεταξύ των μακροσκοπικών ιδιοτήτων τους και της μοριακής δομής τους. Μέρος της διδακτορικής μελέτης θα πραγματοποιηθεί σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Πίζας της Ιταλίας, όπου θα λάβει χώρα η σύνθεση και την ab inition μοντελοποίηση των δειγμάτων.

"Συστήματα μέτρησης και παρακολούθησης περιβαλλοντικών ρύπων με τη χρήση τεχνολογίας «Διαδικτύου των Πραγμάτων»"

Η αστική ρύπανση αποτελεί ένα σημαντικό και πολύπλοκο πρόβλημα, μέρος της οποίας είναι οι αέριοι ρύποι. Οι κύριες πηγές των ρύπων είναι τα η βιομηχανία, τα οχήματα, πηγες θερμανσης και άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες. Η ανάγκη για αυστηρότερους ελέγχους της ποιότητας του περιβάλλοντος έχει αναγνωρισθεί ευρέως, καθώς αυξημένος αριθμός ασθενειών, ειδικότερα οι αναπνευστικές, αποδίδονται στην μόλυνση του περιβάλλοντος. Σύμφωνα με την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας [1], η ρύπανση του ατμοσφαιρικού αέρα ήταν υπεύθυνη για τον πρόωρο θάνατο 3,7 εκατομμυρίων ανθρώπων κάτω των 60 ετών το 2016. Ο πιο προβληματικός ατμοσφαιρικός ρύπος της Ευρώπης όσον αφορά την ανθρώπινη υγεία είναι σωματίδια [2]. Τα σωματίδια (PM) μπορούν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία, συμπεριλαμβανομένου του άσθματος, του καρκίνου του πνεύμονα και των καρδιαγγειακών προβλημάτων. Τα σωματίδια με διάμετρο έως 10 μικρομέτρων (PM10) μπορούν να διεισδύσουν στους βρόγχους, ενώ τα σωματίδια με διάμετρο μέχρι 2,5 μικρομέτρων (PM2,5) μπορούν να διεισδύσουν στους πνεύμονες και να εισέλθουν στο κυκλοφορικό σύστημα [3]. Η Διεθνής Υπηρεσία Έρευνας για τον Καρκίνο (IARC) κατέληξε το 2013 στο συμπέρασμα ότι τα σωματίδια είναι καρκινογόνα για τον άνθρωπο [4].

Παρόλο που υπάρχει γενική συναίνεση ότι η ατμοσφαιρική ρύπανση επηρεάζει την ανθρώπινη ζωή και την ευημερία παγκοσμίως, ελάχιστα συνειδητοποιούμε το ρόλο που μπορεί να διαδραματίσει ο καθένας μας για να μετριάσει αυτό το πρόβλημα. Η συνειδητοποίηση απαιτεί κατά κύριο λόγο πρόσβαση σε πληροφορίες, οι οποίες πρέπει να είναι ευρέως διαθέσιμες και εύκολα κατανοητές, όπως απαιτείται από τη Σύμβαση του Aarhus (η οποία προβλέπει το δικαίωμα όλων να λαμβάνει περιβαλλοντικές πληροφορίες που τηρούν οι δημόσιες αρχές) και από τις οδηγίες για την ποιότητα του αέρα / 107 / ΕΚ και 2008/50 / ΕΚ). Ωστόσο, παρόλο που οι πληροφορίες αυτές είναι διαθέσιμες, οι πολίτες δεν είναι γενικά εύκολα προσπελάσιμες. Τα συνήθη προβλήματα που αναφέρθηκαν είναι[5]

• Ανεπαρκή δίκτυα παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα σε ορισμένες περιοχές, που συνίστανται σε ανεπαρκή αριθμό σταθμών παρακολούθησης και / ή σε σταθμούς παρακολούθησης ακατάλληλους, παλαιούς και αναξιόπιστους [5] ·
• Η δυσκολία των πολιτών να ερμηνεύουν τα δεδομένα που δημοσιεύονται πολύ καιρό μετά τις παραβιάσεις των οριακών τιμών έχουν συμβεί σε άκρως τεχνικές μορφές.

Ακόμη και όταν οι άνθρωποι γνωρίζουν το προβλημα, συνήθως δεν συσχετίζουν τη δική τους ατομική συμπεριφορά με το αποτελέσματα. Ωστόσο, ο αέρας είναι δημόσιο αγαθό [6]. Ιδιαίτερα για την ατμοσφαιρική ρύπανση είναι συλλογική και όχι ατομική δράση που είναι απαραίτητη για την άμβλυνση του προβλήματος, καθώς ο αέρας που αναπνέουμε είναι κοινός πόρος για όλους.

Οι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση του CO σε πολλά έργα, συμπεριλαμβανομένων των [7], [8], [9] και [10]. Κατα τους [11] εχουμε αναπτυξη συσκευης με φορητή οθόνη CO, CO2 και O2.

Σύμφωνα με τα [8] και [9], με τη χρήση ηλεκτροχημικών αισθητήρων και αισθητήρων MOx, παρακολούθησαν και τα O3 και NOx στα προαναφερόμενα έργα. Άλλη περίπτωση η ανάπτυξη φορητού αισθητήρα O3 [12] με βάση οξείδιο του βολφραμίου και αισθητήρα NO2. Και κατα το [13] εχουμε παρακολουθηση του Ο3, σε μια μελέτη, με όργανα εγκατεστημένα σε αμαξοστοιχία χρησιμοποιώντας αισθητήρες ημιαγωγών μεταλλικού οξειδίου.

Χαμηλό κόστος, [14] οι πρόοδοι στα ενσωματωμένα συστήματα και οι αισθητήρες αερίου χαμηλού κόστους επιτρέπουν ένα νέα κατηγορία εργαλίων παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα. Μια κοινή απάντηση στην ερώτηση "Πόσο καλό είναι τα δεδομένα αισθητήρων χαμηλού κόστους;" [15] είναι "αυτό εξαρτάται". Εξαρτάται από την ερώτηση στην οποία προσπαθείτε να απαντήσετε, ποια δεδομένα σκοπεύετε να συλλέξετε, πώς θέλετε να χρησιμοποιήσετε τα δεδομένα και ποιες υποστηρικτικές μετρήσεις είναι διαθέσιμες. 

Το πλαίσιο εκπόνησης της έρευνας, περιλαμβάνει την ανάλυση ασύρματων δικτύων αισθητήρων, των αρχών σχεδιασμού και των προδιαγραφών των μετρητικών συστημάτων, καθώς επίσης και κατευθύνσεις βασικής έρευνας αλλά και αξιολόγηση εφαρμογών σε πραγματικές συνθήκες. Το Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Διατάξεων και Υλικών – ΗΔΥλ έχει συμμετάσχει σε παρόμοια έργα [16], [17], υλοποιώντας διατάξεις, διαθέτοντάς την επιστήμη και τη τεχνογνωσία για το συγκεκριμένο ερευνητικό πεδίο.

Παράλληλα θα αναλυθεί η τοπολογία αλλά και η αρχιτεκτονική που θα υποστηρίζουν τα συγκεκριμένα προς υλοποίηση δίκτυα.

Στόχος της προτεινόμενης έρευνας είναι η ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη συστημάτων μέτρησης αερίων ρύπων χαμηλού κόστους με τη χρήση τεχνολογιών διαδικτύου των αντικειμένων.

Τα αποτελέσματα της έρευνας θα εφαρμοστούν σε πραγματικό περιβάλλον για να ενισχύσουν το περιορισμένο δίκτυο μέτρησης αερίων ρύπων στην Αττική τόσο σε επίπεδο πλήθους σταθμών μέτρησης όσο και στη δυνατότητα φορητότητας.

Κατά τη διεξαγωγή της διδακτορικής διατριβής, έχουν ερευνήθεί οι  κατηγορίες των μικροελεγκτών αλλά και των περιφερειακών μονάδων που θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή σταθμού ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Όσο αφορά τους μικροελεγκτές, παρατηρήσαμε ότι τα STM32 Nucleo Fseries και Lseries έχουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά και επιδόσεις, παρουσιάζουν υψηλή δειγματοληψία σε Α / D μετατροπείς (12-bitADC), οκτώ σειριακές (USART) θύρες και αυτό το chipset υποστηρίζει προγραμματισμό over the air (OTA) πρωτόκολλο. Το σημαντικότερο είναι ότι έχει πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Η έρευνα σε περιφερειακές συσκευές αφορά διασύνδεση ασύρματου δικτύου (WiFi), modem 3G ή 4G (LTE)και δέκτη εντοπισμου θεσης GPS. Αυτές οι διατάξεις έχουν αξιολογηθεί σχετικά με την απόδοση τους και την κατανάλωση ενέργειας.

Επίσης, σημαντική είναι και η αξιολόγηση των αισθητήρων ατμοσφαιρικής ρύπανσης, στο πλαίσιο της έρευνας για χαμηλού κόστους αισθητήρες, εντοπίστηκαν δύο κατασκευαστικές εταιρείες αισθητήρων που έχουν ικανοποιητικά χαρακτηριστικά, οι εταιρείες αυτές είναι η SpecSensors και η Alphasense. Αυτοί οι αισθητήρες αξιολόγηθηκαν με κύρια χαρακτηριστικά την ανάλυση της τιμής μέτρhσης και την χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Στο κατασκευαστικό μέρος έγιναν δοκιμές μεταξύ μικροελεγκτή και περιφερειακών μονάδων όπως αισθητήρα θερμοκρασίας υγρασίας και gps. Ταυτόχρονα, έχουν πραγματοποιηθεί δοκιμές για τη μετάδοση δεδομένων με συγκεκριμένη δομή σε ένα εξυπηρετητή και αποθηκεύση τους σε βάση δεδομένων.

"Measuring and monitoring systems for environmental pollutants using "Internet of Things" technology"

Urban pollution is an important and complex problem, part of which is air pollutants. The main sources of pollutants are non-industrial, vehicles, heating systems and other human activities. The need for stricter environmental quality controls has been widely recognized, as an increased number of diseases, particularly respiratory, are attributed to environmental pollution. According to the World Health Organization [1], air pollution was responsible for the premature death of 3.7 million people under the age of 60 in 2016. Europe's most problematic air pollutant in terms of human health is the particles [2] . Particles (PM) can have significant effects on human health, including asthma, lung cancer and cardiovascular problems. Particles with a diameter of up to 10 micrometers (PM10) can penetrate the bronchi, while particles with a diameter of up to 2.5 micrometers (PM2.5) can penetrate into the lungs and enter the circulatory system [3]. The International Agency for Research on Cancer (IARC) concluded in 2013 that the particles are carcinogenic to humans [4].

Although there is a general consensus that the atmospheric pollution affects human life and prosperity all over the world, we barely realize the role that each of us can have to mitigate this problem. Awareness requires primarily access to information, which must be widely available and easily understood, as required by the Aarhus Convention (which provides for the right of all to receive environmental information held by public authorities) and by the directives on air quality / 107 / EC and 2008/50 / EC). However, although this information is available, citizens are generally not easily accessible. The usual problems reported are [5]

• • Insufficient air quality monitoring networks in some areas, consisting of inadequate number of monitoring stations and / or monitoring stations inappropriate, old and unreliable [5];
  • The difficulty of citizens interpreting data published long after the limit values violations have occurred in highly technical forms.

Even when people know the problem, they usually do not associate their own individual behavior with the results. However, air is a public good [6]. Particularly for atmospheric pollution is collective rather than individual action that is necessary to alleviate the problem, as the air we breathe is a common resource for all.

Electrochemical sensors have been used to monitor CO in many projects, including [7], [8], [9] and [10]. At [11] they developed a portable device CO, CO2 and O2 display.
According to [8] and [9], using electrochemical sensors and MOx sensors, they also monitored O3 and NOx in the above-mentioned projects. Another case is the development of a portable O3 sensor [12] based on tungsten oxide and a NO2 sensor. According to [13] they observed O3, in a study, with instruments installed in a train using metal oxide semiconductor sensors.

Low cost, [14] the evolution in embedded systems and low cost gas sensors allow a new category of air quality monitoring tools. The answer of the question "How good are low cost sensor data?" [15] is "it depends". It depends on the question you are trying to answer, what data do you plan to collect, how do you want to use the data, and what supportive measurements are available.

The research framework includes analysis of sensor wireless networks, design principles and measurement system specifications, as well as basic research directions and application assessment in real-world conditions. The Electronic Devices and Materials Lab - EDML has participated in similar projects [16], [17], implementing provisions, providing science and the know-how for the specific research field.

It will also analyze the topology and architecture that will support these networks.
The aim of the proposed research is to design and develop low-cost gas pollutant measurement systems using Internet of Thinks technologies.

The results of the research will be implemented in a real environment to enhance the limited gaseous pollutant gauge network in Attica, the quantity of measurement stations and the portability capability.

In conducting the PhD thesis, has done researched of  the categories of microcontrollers but also and the peripheral units that will be used for the construction of an atmospheric pollution station.
Regarding microcontrollers, I observed that the STM32 Nucleo Fseries and Lseries,  have excellent features and performances, have a high resolution on A/D converter (12-bitADC), eight serials (USART) hardware ports and this chipset supports over the air (OTA) protocol. The most important thing is that it has very low power consumption.

The research on peripheral devices, concerns wireless network interface, 3G or  4G (LTE) modem, GPS receiver. These provisions have been evaluated about the performance and power consumption.

Also, more important is the evaluation of the air pollution sensors, on the research field for low cost sensors, two manufacturing sensor companies have satisfactory characteristics, these companies are SpecSensors and Alphasense. These sensors were evaluated with the main characteristics the resolution of the measurement value and the low power consumption.

Αt the construction site, has been tests between microcontroller and peripheral units such as humidity temperature sensor and gps. At the same time it has been tests for data transmission with a specific structure on a server and stored in a database.

"Weak electric signals and acoustic emissions as a tool to investigate criticality of mechanical status of materials"

Fragmentation phenomena in heterogeneous and cementitious materials are a fairly complex and complex process, involving broad space-time behaviours. The fragmentation process is related to the creation, development and aggregation of microcracks in macros, which eventually lead the material to failure. The mechanical behaviour and progression of damage to heterogeneous materials subjected to compressive axial stress are of great interest in a number of application domains.

In the framework of this doctoral thesis, a series of laboratory experiments will be carried out on specimens of brittle materials which will undergo mechanical stress until final failure. During those laboratory experiments, Acoustic Emissions (AE) and the generated weak electric signal will be recorded through the Pressure Stimulated Current (PSC) technique. Considering the quantitative and qualitative characteristics of the PSC signals and in conjunction with the analysis of the Acoustic Emissions parameters, an estimate can be made as to which levels of the applied mechanical strain the first microcracks begin to appear in the material and how they are then extended to main part of the material. This assessment can provide important information about the generation and spread of microcracks, in materials subjected to mechanical load, and ultimately driven into permanent macrocracks conditions, especially during the phase just before the final failure of the material.

At the same time, it will be explored in connection with the above, the emergence of the critical stage that precedes the imminent rupture with the help of natural time. Natural time analysis has the advantage of allowing the study of the dynamic evolution of a complex system and thus determining when the system approaches a critical point.