Κουκάρας Εμμανουήλ

Η ερευνητική και εκπαιδευτική δραστηριότητά του εστιάζεται για περισσότερο από 10 χρόνια στα αντικείμενα της κβαντικής και υπολογιστικής χημείας και της υπολογιστικής επιστήμης υλικών.

Τα ερευνητικά ενδιαφέροντά του καλύπτουν ευρύ πεδίο μοριακών και νανοφασικών συστημάτων καθώς και μεγάλο φάσμα υπολογιστικών μεθόδων και τεχνικών. Το πρόσφατο δημοσιευμένο έργο του περιλαμβάνει μελέτες στον σχεδιασμό μοριακών δομών για οργανικά φωτοβολταϊκά (μικρά μόρια και πολυμερή), συστημάτων χαμηλών διαστάσεων όπως κβαντικές τελείες, νανοσύρματα ημιαγωγών και διδιάστατα υλικά, και νανοσυστημάτων για στοχευμένη μεταφορά και ελεγχόμενη απελευθέρωση φαρμακευτικών ουσιών. Είναι Επιστημονικός Υπεύθυνος του Ερευνητικού Έργου GRAFEL με χρηματοδότηση από το ΕΛ.ΙΔ.Ε.Κ./ΓΓΕΚ που επικεντρώνεται στη μελέτη πορωδών υλικών με βάση τον άνθρακα (γραφένιο) με στόχο την ανάπτυξη υλικών βάσει σχεδίου κατάλληλα για εύκαμπτα ηλεκτρονικά. Έχει συνάψει αυτοδύναμα διεθνείς συνεργασίες οι οποίες κρατούν σε βάθος χρόνου, με ερευνητικές ομάδες κυρίως στην Ινδία, Ρωσία και Γαλλία.

Είναι συγγραφέας/συνσυγγραφέας σε 30 παρουσιάσεις/ανακοινώσεις σε διεθνή και εθνικά συνέδρια καθώς και σε 81 πρωτότυπες επιστημονικές εργασίες σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά (τα περισσότερα εκ των οποίων είναι υψηλής απήχησης) στα αντικείμενα της Κβαντικής και Υπολογιστικής Χημείας σε συστήματα χαμηλών διαστάσεων όπως κβαντικές τελείες (0D), νανοσύρματα (1D), ολιγοστρωματικά διδάστατα υλικά (2D), σε οργανικά φωτοβολταϊκά, συστήματα αποθήκευσης υδρογόνου και συστήματα για την στοχευμένη μεταφορά και ελεγχόμενη αποδέσμευση φαρμάκων. Οι υπολογιστικές μέθοδοι που εφαρμόζει περιλαμβάνουν μεθόδους από πρώτες αρχές, θεωρίας συναρτησιακού ηλεκτρονιακής πυκνότητας, ημιεμπειρικές μεθόδους, μοριακή δυναμική από πρώτες αρχές ή με κλασσικά πεδία δυνάμεων, και συνδυασμούς αυτών των μεθόδων για την αντιμετώπιση προβλημάτων και περιγραφή φαινομένων σε πολλαπλές κλίμακες.

Έχει επικουρήσει στην επίβλεψη 7 διδακτορικών διατριβών και 4 μεταπτυχιακών διατριβών, ενώ είναι επιβλέπων σε 2 διδακτορικές διατριβές και 2 μεταπτυχιακές διατριβές.

Διδασκαλία

• Κβαντική Χημεία
• Υπολογιστική Χημεία
• Μοριακή Μηχανική
• Μοριακή Δυναμική
• Μοριακή Μοντελοποίηση
• Κβαντοχημική Ανάλυση Χημικής Δραστικότητας
• Μοριακή Συμμετρία και Θεωρία Ομάδων
• Ηλεκτρονική και Δονητική Φασματοσκοπία

Έρευνα

Συστήματα Χαμηλών Διαστάσεων (Κβαντικές Τελείες και Νανοσύρματα)

Συστήματα χαμηλών διαστάσεων εμφανίζουν ιδιαίτερες ιδιότητες. Μελέτη κβαντικών τελειών ημιαγωγών όπως νανοκρυστάλλοι και νανοσυσσωματώματα, φουλερένια, δομές κλωβού με ενσωματωμένα μέταλλα μετάπτωσης, καθώς και μονοδιάστατα υλικά όπως νανοσύρματα ημιαγωγών. Οι ιδιαιτερότητες των ιδιοτήτων αυτών των υλικών σχετίζονται κυρίως με την εκδήλωση φαινομένων λόγω κβαντικού περιορισμού καθώς και του μεγάλου λόγου επιφάνειας προς όγκο τους. Αυτά τα συστήματα αποτελούν ιδανική πλατφόρμα για την μελέτη της εξάρτησης του κβαντικού περιορισμού σε σχέση με την παρουσία επιφανειακών λειτουργικών μονάδων, επιφανειακή αναδόμηση, φαινόμενα άκρων, επιφανειακή αδρανοποίηση και οξείδωση.

Διδιάστατα Υλικά

Τα διδιάστατα υλικά χαίρουν μεγάλης ερευνητικής προσοχής λόγω των ξεχωριστών ιδιοτήτων και ευκαιριών που προσφέρουν τόσο για θεωρητικές μελέτες όσο και σε εφαρμογές. Μελετάμε τις δομικές και μηχανικές ιδιότητες των υλικών, τις διαστρωματικές αλληλεπιδράσεις καθώς και αλληλεπιδράσεις με μοριακές δομές, και την επίδραση μηχανικού φορτίου στη συχνοτική απόκριση φωνονίων.

Εύκαμπτα Ηλεκτρονικά – Επιστημονικώς Υπεύθυνος Ερευνητικού Έργου

Σχεδιασμό δομών μοριακά υποστυλωμένου γραφενίου, υπολογιστική μελέτη με ευρύ φάσμα υπολογιστικών μεθόδων και χημική σύνθεση των πιο υποσχόμενων μοριακών δομών που προκύπτουν από την υπολογιστική μελέτη. Το σχετικό Ερευνητικό Έργο έχει λάβει χρηματοδότηση από το ΕΛΙΔΕΚ / ΓΓΕΚ.

Οργανικά Φωτοβολταϊκά

Σχεδιασμό και υπολογιστική μελέτη δομών μικρών μορίων και πολυμερών κατάλληλες για εφαρμογή σε οργανικά φωτοβολταϊκά. Μεταξύ άλλων, ο σχεδιασμός των δομών στοχεύει στην αύξηση της διαλυτότητας του πραγματικού υλικού καθώς και την εισαγωγή περιοχών π-στοίβαξης, για την αύξηση του διαχωρισμού φάσεων και της ενδομοριακής μεταφοράς φορτίου στο πραγματικό υλικό. Υποσχόμενες δομές συντίθενται και μελετώνται τόσο οι ιδιότητές τους, όσο και η απόδοση μετατροπής ισχύος σε πρότυπες φωτοβολταϊκές διατάξεις που παρασκευάζονται με βάση αυτές τις δομές.

Νανοφασικά υλικά για στοχευμένη μεταφορά και ελεγχόμενη αποδέσμευση φαρμάκων

Μελετώνται οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ φαρμακευτικών ουσιών (ή ακόμα και άλλου είδους μορίων όπως χρωστικές) και νανοφασικών υλικών όπως κατάλληλα σχεδιασμένα πολυμερικά υλικά και μεταλλο–οργανικά πλέγματα (πολυμερή συναρμογής). Στόχος είναι η παρασκευή υλικών ικανά να απελευθερώνουν με ελεγχόμενο τρόπο ουσίες που είναι ενσωματωμένες σε αυτά. Οι υπολογιστικές μελέτες υποβοηθούν και συμπληρώνουν πειραματικές τεχνικές  αναγνώρισης δομικών στοιχείων των σύνθετων υλικών και προτείνονται οδοί τροποποίησης για την επίτευξη επιθυμητών στόχων.

Νανοφασικά υλικά για αποθήκευση υδρογόνου

Σχεδιασμός νανοφασικών και μοριακών συστημάτων και μελέτη τους με κβαντοχημικές μεθόδους ικανής ακρίβειας για τον υπολογισμό ενεργειών πολυμερισμού, διαμοριακών και ενδομοριακών αλληλεπιδράσεων και ενεργειών προσρόφησης υδρογόνου.