Τα βιογενή υλικά σχηματίζονται από κατεξοχήν βιολογικές διεργασίες (biomineralization)στους ζωντανούς οργανισμούς αλλά και στη φύση. Οι παραπάνω διεργασίες περιλαμβάνουν το φυσιολογικό σχηματισμό καθώς και την παθολογική δημιουργία τους. Ως περιπτώσεις βιογενών υλικών αναφέρουμε το φωσφορικό ασβέστιο, το ανθρακικό ασβέστιο, το οξαλικό ασβέστιο, το βιογενές πυρίτιο, τον βιογενή σίδηρο, και το θειικό ασβέστιο. Η παρουσία των παραπάνω είναι συχνή τόσο στην φύση (κοχύλια, μαλάκια, φύλλα φυτών), όσο και στους ζωντανούς οργανισμούς (οστά, δόντια, νεφρικοί λίθοι). Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής έγινε προσπάθεια για την ανάπτυξη μη καταστροφικών αναλυτικών μεθοδολογιών για την μελέτη ορισμένων κατηγοριών βιογενών υλικών. Μελετήθηκαν τρεις διαφορετικές κατηγορίες βιογενών υλικών και πιο συγκεκριμένα οι τρεις φάσεις του άνυδρου κρυσταλλικού ανθρακικού ασβεστίου (α-σβεστίτης-αραγωνίτης-βατερίτης), τα άλατα του φωσφορικού ασβεστίου δίδοντας έμφαση στην παρουσία του υδροξυαπατίτη στο οστό και οι ενώσεις που δημιουργούνται κατά την λιθίαση του ουροποιητικού συστήματος. Η Φασματοσκοπία Raman, η Φασματοσκοπία Υπερύθρου καθώς και η Περίθλαση Ακτινών Χ ήταν οι τρεις αναλυτικές τεχνικές οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν σαν βάση για την ανάπτυξη των ανάλογων αναλυτικών μεθοδολογιών.Στην περίπτωση του άνυδρου κρυσταλλικού ανθρακικού ασβεστίου χρησιμοποιήθηκαν και οι τρεις προαναφερόμενες τεχνικές με στόχο την ταυτοποίηση και την ποσοτική ανάλυση σε περιπτώσεις ταυτόχρονης συνύπαρξης και των τριών φάσεων. Η χρήση της Φασματοσκοπίας Raman οδήγησε στην ανάπτυξη μιας μη καταστροφικής αναλυτικής μεθοδολογίας, στην οποία όμως μόνο τα σχετικά ποσοστά των τριών φάσεων έγινε δυνατόν να προσδιοριστούν. Για την δημιουργία των ευθειών αναφοράς, κατασκευάστηκαν δυαδικά μίγματα, ενώ χρησιμοποιήθηκαν οι κορυφές στα 711cm⁻¹ για τον ασβεστίτη, στα 700cm⁻¹ για τον αραγωνίτη και στα 750cm⁻¹ για τον βατερίτη. Τα όρια ανίχνευσης προσδιορίστηκαν 0.13mol%, 0.18mol% και 1.3mol% για τον ασβεστίτη, αραγωνίτη και βατερίτη αντίστοιχα, ενώ τα σφάλματα κατά τον προσδιορισμό τριαδικού μίγματος γνωστής σύστασης βρέθησαν να είναι 1.6mol% για τον α-σβεστίτη, 0.3mol% για τον αραγωνίτη και 1.1mol% για τον βατερίτη. Στην προσπάθεια επιλογής των κατάλληλων δονήσεων Raman, έγινε μελέτη των φασμάτων Raman των καθαρών κρυσταλλικών φάσεων και απόδοση των κορυφών. Ανάλογη μεθοδολογία αναπτύχθηκε μέτρηση της Περίθλασης Ακτινών Χ. Οι ευθείες αναφοράς δημιουργήθηκαν με χρήση των ανακλάσεων στα 104 για τον ασβεστίτη, στα 221 για τον αραγωνίτη και στα 110 για τον βατερίτη. Τα όρια ανίχνευσης βρέθησαν να είναι 0.90mol%, 2.90mol%, 6.90mol% για τον ασβεστίτη, αραγωνίτη, βατερίτη αντίστοιχα, ενώ τα σφάλματα κατά τον προσδιορισμό τριαδικού μίγματος γνωστής σύστασης βρέθησαν να είναι 2.5mol% για τον ασβεστίτη, 1.8mol% για τον αραγωνίτη και 0.6mol% για τον βατερίτη. Τέλος με την χρήση της Φασματοσκοπίας IR έγινε δυνατός ο προσδιορισμός των απόλυτων ποσοστών των τριών φάσεων, κάνοντας χρήση των δονήσεων στα 714cm⁻¹ για τον ασβεστίτη, στα 700cm⁻¹ και 714cm⁻¹ για τον αραγωνίτηκαι στα 745cm⁻¹ για τον βατερίτη. Οι απορροφητικότητες των κορυφών (σε mg⁻¹CaCO₃ mm⁻²) βρέθηκαν ίσες με: α₇₁₄ =63.38 για τον ασβεστίτη, α₇₀₀ =19.30 και α₇₁₄ =40.43 για τον αραγωνίτη και α₇₄₅ =21.79 για τον βατερίτη. Τα όρια ανίχνευσης (σε mg CaCO₃/mm²) προσδιορίστηκαν σε: O.A.C^714 = 6.6 x 10⁻⁴ για τον ασβεστίτη, Ο.Α.A^700 =2.2 x 10⁻³ και Ο.Α.Α^714 = 1.1 x 10⁻³ για τον αραγωνίτη και Ο.Α.V^745 = 1.9 x 10⁻³ για τον βατερίτη. Στη δεύτερη κατηγορία βιογενών υλικών δόθηκε έμφαση στην μελέτη του οστού, που αποτελείται κυρίως από υδροξυαπατίτη και κολλαγόνο τύπου Ι. Συγκεκριμένα δημιουργήθηκε εύχρηστη αναλυτική μη καταστροφική μεθοδολογία βασισμένη στην Φασματοσκοπία Raman, με στόχο τον ποσοτικό έλεγχο των κύριων συστατικών του οστού. Οι δονήσεις στα 960cm⁻¹ (υδροξυαπατίτης) και 2937cm⁻¹ (κολλαγόνο) χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη της μεθοδολογίας. Βρέθηκε ότι Ι⁹⁶⁰/Ι²⁹³⁷ = 0.46/Wc - 0.36 όπου Wc το ποσοστό κατά βάρος του κολλαγόνου. Τα όρια ανίχνευσης προσδιορίστηκαν σε 2.8%κ.β. και 0.6%κ.β. για τον υδροξυαπατίτη και το κολλαγόνο αντίστοιχα. Η επιτυχής σημείο προς σημείο ανάλυση (χαρτογράφηση) ενός τεχνητά απομεταλλωμένου οστού επιβεβαίωσε την αξιοπιστία της προτεινόμενης μεθοδολογίας, καθώς και την δυναμική της χρησιμοποιούμενης τεχνικής. Τέλος η συνδυασμένη χρήση της Φασματοσκοπίας Υπερύθρου και Raman επιλέγη για την μελέτη των επικαθήσεων σε ενδοπροστατικό μεταλλικό εμφύτευμα, το οποίο εισάγεται σε ασθενείς με υπερπλασία του προστάτη. Μελετήθηκε ο σφηνωμένος λίθος (ο πυρήνας και το εξωτερικό του τμήμα) στο κέντρο του εμφυτεύματος, καθώς και τα δύο τμήματα του δακτυλίου (σε επαφή με το εμφύτευμα και τον λίθο) και ανιχνεύθησαν πλήθος συστατικών υδροξυαπατίτης, στρουβίτης, μονοένυδρο οξαλικό ασβέστιο, ουρικό κάλιο, ουρικό αμμώνιο και ουρικό οξύ). Από την σύγκριση των αποτελεσμάτων γίνεται φανερό ότι η συνδυασμένη χρήση των δύο δονητικών τεχνικών είναι απαραίτητη μια και η Υπέρυθρη Φασματοσκοπία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για την διάκριση μεταξύ ουρικού καλίου και ουρικού αμμωνίου, ενώ η διάκριση των ουρικών αλάτων με την Φασματοσκοπία Raman είναι αδύνατη κατά την ταυτόχρονη παρουσία τους.

Ο σκοπός της διατριβής ήταν η μελέτη των οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων λεπτών υμενίων πολυκρυσταλλικού οργανικού ημιαγωγού πεντακενίου και σύγκρισή τους με αυτές μονοκρύσταλλου οργανικού ημιαγωγού ρουμπρενίου με τη φασματοσκοπία διαμορφωμένου φωτορεύματος. Επιπλέον σκοπός της διατριβής ήταν να κατασκευαστούν και να μελετηθούν με τη βοήθεια της χωρικής φασματοσκοπίας διαμορφωμένου φωτορεύματος οργανικά τρανζίστορ λεπτών υμενίων πεντακενίου επάνω σε οξείδιο του πυριτίου που αναπτύχθηκε θερμικά επάνω σε κρυσταλλικό πυρίτιο. Στο χαρακτηρισμό των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία του διαμορφωμένου φωτορεύματος (MPC) με την οποία φωτίζουμε το δείγμα με ημιτονοειδές διαμορφωμένο φωτισμό με κυκλική συχνότητα διαμόρφωσης ω. Επιπλέον χρησιμοποιήσαμε έναν συνεχή και σταθερό φωτισμό (bias light) έντασης τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερης από αυτή του διαμορφωμένου φωτισμού. Με αυτή την τεχνική μελετήθηκαν η αλληλεπίδραση των φορέων πλειονότητας με τις παγίδες και εξάχθηκαν συμπεράσματα για σημαντικές παραμέτρους για τα οργανικά υλικά όπως: του μηχανισμού αγωγιμότητας, της συγκέντρωσης των ευκίνητων φορέων αγωγιμότητας και της ευκινησίας των, της πυκνότητας και της κατανομής των ατελειών στο ενεργειακό χάσμα, ο συντελεστής παγίδευσης, η συχνότητα διαφυγής και η κβαντική απόδοση στη δημιουργία φωτοφορέων. Βρέθηκε ότι η ευκινησία των φορέων φιλμ πεντακενίου μειώνεται σημαντικά με της εφαρμογή επιπλέον σταθερού φωτισμού, λόγω εμφάνισης φραγμών δυναμικού στα όρια των μικροκρυστάλλων εξαιτίας παγίδευσης φορέων αγωγιμότητας. Αντίθετα, στους μονοκρυστάλλους ρουμπρενίου όπου δεν υπάρχουν όρια μικροκρυστάλλων, η ευκινησία των φορέων αγωγιμότητας βρέθηκε ανεξάρτητη του επιπλέον φωτισμού.Στο δεύτερο μέρος της διατριβής κατασκευάστηκαν οργανικά τρανζίστορ σε μορφή λεπτών υμενίων πεντακενίου με τη μέθοδο μοριακής δέσμης μέσω θερμικής εξάχνωσης. Τα τρανζίστορ αυτά μελετήθηκαν με τη φασματοσκοπία χωρικής διαμορφωμένης φωτοαγωγιμότητας. Μελετήθηκε η μεταβολή της χωρικής κατανομής των φορέων αγωγιμότητας στο κανάλι αγωγιμότητας μεταξύ της πηγής και του συλλέκτη σε διάφορες καταστάσεις λειτουργίας του τρανζίστορ. Oι μεταβολές της χωρικής κατανομής των φορέων στο κανάλι αγωγιμότητας του τρανζίστορ βρέθηκαν να σχετίζονται πολύ καλά με τις αντίστοιχες χαρακτηριστικές ρεύματος-τάσης.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η διερεύνηση του φαινομένου των καταπτώσεων βράχων και ειδικότερα των επιμέρους παραμέτρων που επιδρούν στη διαμόρφωση της τιμής των συντελεστών απομείωσης ενέργειας - αναπήδησης (κάθετου R_N και εφαπτομενικού R_T). Η έρευνα εστιάστηκε σε αριθμητικές προσομοιώσεις που έγιναν σε 34 συγκεκριμένες θέσεις του Ελληνικού χώρου, όπου έχουν καταγραφεί σοβαρά περιστατικά - γεγονότα καταπτώσεων, αρκετά από τα οποία είχαν σοβαρές κοινωνικές επιπτώσεις και επέφεραν βλάβες σε τεχνικά έργα. Η επιλογή των περιοχών βασίστηκε στη συχνότητα αλλά και στην αναμενόμενη επικινδυνότητα βραχοπτώσεων. Στη δυτική και κεντρική Ελλάδα εντοπίζεται η μεγαλύτερη συγκέντρωση των φαινομένων. Η ανάπτυξη εκεί των μεγάλων απωθήσεων του Ελλαδικού χώρου, έχει αποτέλεσμα ασβεστολιθικοί σχηματισμοί να βρίσκονται υπερκείμενοι του φλύσχη. Κατά μήκος της επαφής των σχηματισμών, εντοπίζεται ο μεγάλος όγκος κατολισθητικών φαινομένων και βραχοπτώσεων. Τα συγκριτικά μεγαλύτερα ύψη βροχόπτωσης αφενός και αφετέρου η ανάπτυξη των οικισμών στη γραμμή επαφής, συντελούν στην αυξημένη επικινδυνότητα. Αντίθετα, στο ανατολικό τμήμα της χώρας, όπου κυριαρχούν συμπαγή κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα μεγάλου πάχους, εμφανίζονται λιγότερο συχνά καταπτώσεις βράχων είναι όμως φαινόμενα πιο βίαια και μεγάλης έκτασης. Στις συγκεκριμένες θέσεις έγινε συστηματική τεχνικογεωλογική έρευνα, λεπτομερής αποτύπωση και καταγραφή όλων των τεχνικογεωλογικών παραμέτρων, καθώς επίσης και των επιμέρους χαρακτηριστικών των φαινομένων (αποτυπώσεις πρανών, σημεία αναπηδήσεων βραχοτεμαχών, μορφή τροχιών, όγκοι και σχήμα βραχοτεμαχών κλπ). Η προσέγγιση και ο έλεγχος - εκτίμηση των συντελεστών απομείωσης ενέργειας βασίστηκε σε μεθόδους αντίστροφης (ανάδρομης) ανάλυσης επί των πραγματικών χαρακτηριστικών των γεγονότων - συμβάντων καταπτώσεων. Έγινε με τη χρήση του λογισμικού Rocfall (Rocscience Inc.) το οποίο αποτελεί ένα από τα πλέον ευρέως χρησιμοποιούμενα λογισμικά προσομοίωσης καταπτώσεων. Οι αρχικές αναλυτικές προσομοιώσεις έδειξαν ότι η εκτίμηση των συντελεστών αναπήδησης μπορεί να ικανοποιούσαν τις επιτόπου καταγεγραμμένες συνθήκες (αποστάσεις των σημείων αναπήδησης του βραχοτεμάχους), όμως η τροχιά που πραγματικά ακολουθήθηκε να έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά (π.χ. ύψος αναπήδησης) που σημαίνει διαφοροποίηση στις τιμές των συντελεστών. Προς την κατεύθυνση αυτή, αναπτύχθηκε ένα υπολογιστικό μοντέλο ακριβέστερου προσδιορισμού της αναμενόμενης τροχιάς, λαμβάνοντας επιπλέον υπόψη τον κινηματικό χαρακτήρα της και κυρίως τη γωνιακή ταχύτητα και τη στροφορμή του βραχοτεμάχους που επιβάλλουν τη διαμόρφωσή της (π.χ. πιο επίπεδη τροχιά και με χαμηλότερο ύψος αναπήδησης). Για τη σύνταξη και τη δημιουργία του συγκεκριμένου κώδικα χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Mathematica(Wolfram). Το συγκεκριμένο μοντέλο το οποίο βασίζεται στην μελέτη της αναπήδησης βραχοτεμάχους, ονομάστηκε για λόγους συντομίας ana-rock. Το προτεινόμενο υπολογιστικό μοντέλο λειτουργεί συνεπικουρώντας την αντίστροφη ανάλυση για τον προσδιορισμό των συντελεστών απομείωσης ενέργειας, καθόσον με τη χρήση αυτού, μπορούν να ενταχθούν στους υπολογισμούς τόσο η περιστροφική κίνηση που αναπτύσσει το βραχοτέμαχος, όσο και τα ενδιάμεσα τμήματα της συνολικής τροχιάς της κατάπτωσης. Με το συγκεκριμένο μοντέλο έγινε προσαρμογή των συντελεστών που εκτιμήθηκαν μέσω της αντίστροφης ανάλυσης, σε όλες τις περιοχές έρευνας και συγχρόνως επαλήθευση της εφαρμοσιμότητάς του σε συνθήκες πεδίου. Αποτέλεσμα ήταν να προκύψουν πιο ρεαλιστικές τροχιές κατά την προσομοίωση και συνεπώς «διορθωμένες» τιμές συντελεστών αναπήδησης, οι οποίες είναι καλύτερα προσαρμοσμένες στις τοπικές συνθήκες. Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων για όλες τις θέσεις έρευνας προκύπτουν κάποιες αξιοσημείωτες συσχετίσεις μεταξύ των συντελεστών απομείωσης ενέργειας (κυρίως του R_N) και βασικών τεχνικογεωλογικών παραμέτρων (γεωλογικός δείκτης αντοχής GSI, κλίση και λιθολογία πρανών, σχήμα βραχοτεμαχών), οι οποίες καταδεικνύουν και πιστοποιούν την καθοριστική σημασία της έρευνας πεδίου στην αξιοπιστία των αναλυτικών προσεγγίσεων.