Metallic and nonmetallic shine in luster: An elastic ion backscattering study

Luster is a metal glass nanocomposite layer first produced in the Middle East in early Islamic times ( 9th AD) made of metal copper or silver nanoparticles embedded in a silica-based glassy matrix. These nanoparticles are produced by ion exchange between Cu+ and Ag+ and alkaline ions from the glassy matrix and further growth in a reducing atmosphere. The most striking property of luster is its capability of reflecting light like a continuous metal layer and it was unexpectedly found to be linked to one single production parameter: the presence of lead in the glassy matrix composition. The purpose of this article is to describe the characteristics and differences of the nanoparticle layers developed on lead rich and lead free glasses. Copper luster layers obtained using the ancient recipes and methods are analyzed by means of elastic ion backscattering spectroscopy associated with other analytical techniques. The depth profile of the different elements is determined, showing that the luster layer formed in lead rich glasses is 5–6 times thinner and 3–4 times Cu richer. Therefore, the metal nanoparticles are more densely packed in the layer and this fact is related to its higher reflectivity. It is shown that lead influences the structure of the metal nanoparticle layer through the change of the precipitation kinetics

Security Authentication using Phase-Encoded Nanoparticle Structures and Polarized Light

Phase encoded nano structures such as Quick Response (QR) codes made of metallic nanoparticles are suggested to be used in security and authentication applications. We present a polarimetric optical method able to authenticate random phase encoded QR codes. The system is illuminated using polarized light and the QR code is encoded using a phase-only random mask. Using classification algorithms it is possible to validate the QR code from the examination of the polarimetric signature of the speckle pattern. We used Kolmogorov-Smirnov statistical test and Support Vector Machine algorithms to authenticate the phase encoded QR codes using polarimetric signatures.

Energy transfer mechanism and Auger effect in Er3+ coupled silicon nanoparticle samples

We report a spectroscopic study about the energy transfer mechanism among silicon nanoparticles (Si-np), both amorphous and crystalline, and Er ions in a silicon dioxide matrix. From infrared spectroscopic analysis, we have determined that the physics of the transfer mechanism does not depend on the Si-np nature, finding a fast (< 200 ns) energy transfer in both cases, while the amorphous nanoclusters reveal a larger transfer efficiency than the nanocrystals. Moreover, the detailed spectroscopic results in the visible range here reported are essential to understand the physics behind the sensitization effect, whose knowledge assumes a crucial role to enhance the transfer rate and possibly employing the material in optical amplifier devices. Joining the experimental data, performed with pulsed and continuous-wave excitation, we develop a model in which the internal intraband recombination within Si-np is competitive with the transfer process via an Auger electron"recycling" effect. Posing a different light on some detrimental mechanism such as Auger processes, our findings clearly recast the role of Si-np in the sensitization scheme, where they are able to excite very efficiently ions in close proximity to their surface. (C) 2010 American Institute of Physics.

Microwave spectrometry for the Evaluation of the structural integrity of metallic stents

Purpose: To assess the feasibility of a method based on microwave spectrometry to detect structural distortions of metallic stents in open air conditions and envisage the prospects of this approach toward possible medical applicability for the evaluation of implanted stents. Methods: Microwave absorbance spectra between 2.0 and 18.0 GHz were acquired in open air for the characterization of a set of commercial stents using a specifically design setup. Rotating each sample over 360º, 2D absorbance diagrams were generated as a function of frequency and rotation angle. To check our approach for detecting changes in stent length (fracture) and diameter (recoil), two specific tests were performed in open air. Finally, with a few adjustments, this same system provides 2D absorbance diagrams of stents immersed in a water-based phantom, this time over a bandwidth ranging from 0.2 to 1.8 GHz. Results: The authors show that metallic stents exhibit characteristic resonant frequencies in their microwave absorbance spectra in open air which depend on their length and, as a result, may reflect the occurrence of structural distortions. These resonances can be understood considering that such devices behave like dipole antennas in terms of microwave scattering. From fracture tests, the authors infer that microwave spectrometry provides signs of presence of Type I to Type IV stent fractures and allows in particular a quantitative evaluation of Type III and Type IV fractures. Recoil tests show that microwave spectrometry seems able to provide some quantitative assessment of diametrical shrinkage, but only if it involves longitudinal shortening. Finally, the authors observe that the resonant frequencies of stents placed inside the phantom shift down with respect to the corresponding open air frequencies, as it should be expected considering the increase of dielectric permittivity from air to water. Conclusions: The evaluation of stent resonant frequencies provided by microwave spectrometry allows detection and some quantitative assessment of stent fracture and recoil in open air conditions. Resonances of stents immersed in water can be also detected and their characteristic frequencies are in good agreement with theoretical estimates. Although these are promising results, further verifica tion in a more relevant phantom is required in order to foresee the real potential of this approach.

Microwave spectrometry for the Evaluation of the structural integrity of metallic stents

Purpose: To assess the feasibility of a method based on microwave spectrometry to detect structural distortions of metallic stents in open air conditions and envisage the prospects of this approach toward possible medical applicability for the evaluation of implanted stents. Methods: Microwave absorbance spectra between 2.0 and 18.0 GHz were acquired in open air for the characterization of a set of commercial stents using a specifically design setup. Rotating each sample over 360º, 2D absorbance diagrams were generated as a function of frequency and rotation angle. To check our approach for detecting changes in stent length (fracture) and diameter (recoil), two specific tests were performed in open air. Finally, with a few adjustments, this same system provides 2D absorbance diagrams of stents immersed in a water-based phantom, this time over a bandwidth ranging from 0.2 to 1.8 GHz. Results: The authors show that metallic stents exhibit characteristic resonant frequencies in their microwave absorbance spectra in open air which depend on their length and, as a result, may reflect the occurrence of structural distortions. These resonances can be understood considering that such devices behave like dipole antennas in terms of microwave scattering. From fracture tests, the authors infer that microwave spectrometry provides signs of presence of Type I to Type IV stent fractures and allows in particular a quantitative evaluation of Type III and Type IV fractures. Recoil tests show that microwave spectrometry seems able to provide some quantitative assessment of diametrical shrinkage, but only if it involves longitudinal shortening. Finally, the authors observe that the resonant frequencies of stents placed inside the phantom shift down with respect to the corresponding open air frequencies, as it should be expected considering the increase of dielectric permittivity from air to water. Conclusions: The evaluation of stent resonant frequencies provided by microwave spectrometry allows detection and some quantitative assessment of stent fracture and recoil in open air conditions. Resonances of stents immersed in water can be also detected and their characteristic frequencies are in good agreement with theoretical estimates. Although these are promising results, further verifica tion in a more relevant phantom is required in order to foresee the real potential of this approach.

Molecular dynamics simulation of the spherical electrical double layer of a soft nanoparticle. Effect of the surface and counterion valence

Molecular dynamics simulations were performed to study the ion and water distribution around a spherical charged nanoparticle. A soft nanoparticle model was designed using a set of hydrophobic interaction sites distributed in six concentric spherical layers. In order to simulate the effect of charged functionalyzed groups on the nanoparticle surface, a set of charged sites were distributed in the outer layer. Four charged nanoparticle models, from a surface charge value of −0.035 Cm−2 to − 0.28 Cm−2, were studied in NaCl and CaCl2 salt solutions at 1 M and 0.1 M concentrations to evaluate the effect of the surface charge, counterion valence, and concentration of added salt. We obtain that Na + and Ca2 + ions enter inside the soft nanoparticle. Monovalent ions are more accumulated inside the nanoparticle surface, whereas divalent ions are more accumulated just in the plane of the nanoparticle surface sites. The increasing of the the salt concentration has little effect on the internalization of counterions, but significantly reduces the number of water molecules that enter inside the nanoparticle. The manner of distributing the surface charge in the nanoparticle (uniformly over all surface sites or discretely over a limited set of randomly selected sites) considerably affects the distribution of counterions in the proximities of the nanoparticle surface.

Nanotermoparells: heterounions de nanowires

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of California a Irvine, EEUU, entre juliol del 2007 i gener del 2008. Els termoparells són actualment els sensors de temperatura més populars i més utilitzats per a un ampli rang d’aplicacions: industrials, domèstiques, etc. Aconseguir miniaturar els dispositius fins a dimensions extremadament petites obra un ampli rang de noves aplicacions per aquests dispositius, per exemple, en el camp de la tecnologia lab-on-a-chip. En aquesta investigació, el concepte de termoparell, és a dir, dos cables de diferent metall connectats per un extrem s’ha extrapolat a l’escala nanomètrica, utilitzant nanowires com a element de construcció. Aquests nanowires s’han sintetitzat a través d’un nou procediment desenvolupat en el grup d’investigació de la Universitat de California, Irvine, que ha permès treballar amb nanowires de diferents dimensions (control independent de l’alçada i amplada) i un major grau d’èxit en la fabricació d’aquests termometres. El mètode també permet dipositar aquestes nanoestructures sobre substractes no conductors de manera controlable, simplificant notablement tot el procés de fabricació. L’obtenció d’aquests dispositius ha permès demostrar que, a part de ser bons sensors de temperatura a nivell macroscòpic (fonts de calor ambientals), també permet la determinació de temperatura a nivell microscòpic (fonts de calor focalitzada, com és el cas de feixos làser). Per a la seva caracterització ha estat necessari l’ús de tecnologia puntera (làsers, amplificadors, microscopis de forces atòmiques) i inclòs el disseny de nous dispositius. Aquests nanotermoparells presenten propietats extraordinàries, com una gran sensitivitat, gran velocitat de resposta a estímuls tèrmics, i un comportament estable vers l’ús i el temps.

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Metal•lúrgia del coure a la prehistòria recent del oest d'Europa.Una mirada des de les anàlisis de composició elemental dels artefactes metàl·lics

L’objecte principal que ha guiat la recerca dels darrers tres anys ha estat la arqueometal•lúrgia. Esta memòria s’estructura en 3 parts: Els objectius inicials, el treball realitzat cada any i els resultats de la meva investigació. Evidentment, és en aquest darrer apartat on s’emfatitza la tasca de recerca i s’exposen els 3 àmbits d’actuació principals. El primer d’ells, necessari, és la formació teòric-metodològica en arqueometal•lúrgia. El segon, l’estudi de la composició elemental de les societats del Ha B2 de l’oest d’Europa. El darrer queda configurat per la recerca en curs en torn a la producció metal•lúrgica argàrica. També s’adjunta una selecció d’annex amb informes i publicacions redactats durant la beca i que ofereixen mirades en detall dels diferents elements que composen la recerca.

Growth and characterization of CoO ultra thin films

In this report we present the growth process of the cobalt oxide system using reactive electron beam deposition. In that technique, a target of metallic cobalt is evaporated and its atoms are in-flight oxidized in an oxygen rich reactive atmosphere before reaching the surface of the substrate. With a trial and error procedure the deposition parameters have been optimized to obtain the correct stoichiometry and crystalline phase. The evaporation conditions to achieve the correct cobalt oxide salt rock structure, when evaporating over amorphous silicon nitride, are: 525 K of substrate temperature, 2.5·10-4 mbar of oxygen partial pressure and 1 Å/s of evaporation rate. Once the parameters were optimized a set of ultra thin film ranging from samples of 1 nm of nominal thickness to 20nm thick and bulk samples were grown. With the aim to characterize the samples and study their microstructure and morphology, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, electron diffraction, energy dispersive X-ray spectroscopy and quasi-adiabatic nanocalorimetry techniques are utilised. The final results show a size dependent effect of the antiferromagnetic transition. Its Néel temperature becomes depressed as the size of the grains forming the layer decreases.

Síntesi i propietats de vidres metàl•lics massissos i materials nanocomposites basats en Fe per aplicacions com a materials magnètics tous

Estudi realitzat a partir d’una estada a l’ Institut für Komplexe Materialien, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, entre 2010 i 2011. S'ha explorat l'efecte de les condicions i influència dels elements d'aleació en la capacitat de formació de vidre, l'estructura i les propietats tèrmiques i magnètiques de vidres metàl•lics massissos i materials nanocristal•lins en base Fe. La producció d'aquests materials en forma de cintes de unes 20 micres de gruix ha estat àmpliament estudiada i s'ha vist que presenten unes propietats excel•lents com a materials magnètics tous. El propòsit general d'aquest projecte era l'obtenció de composicions òptimes amb alta capacitat de formar vidre i amb excel•lents propietats magnètiques com a materials magnètics tous combinat amb bones propietats mecàniques. El projecte prenia com a punt de partida l'aliatge [FeCoBSi]96Nb4 ja que és el que presenta millor capacitat de formar vidre i presenta una alta imantació de saturació i baix camp coercitiu. S'ha fet un estudi dels factors fonamentals que intervenen en la formació de l'estat vitri. La composició abans esmentada ha estat variada amb l'addició d'altres elements per estudiar com afecten aquests nous elements a les propietats, la formació de vidre i l'estructura dels aliatges resultants amb l'objectiu de millorar-ne les propietats magnètiques i la capacitat de formació de vidre. Entre altres s'ha usat el Zr, Mo, Y i el Gd per millorar la formació de vidre; i el Co i el Ni per millorar les propietats magnètiques a alta temperatura. S'han estudiat les relacions entre la capacitat de formació de vidre i la seva estabilitat tèrmica, la resistència a la cristal•lització i la estructura de l'aliatge resultant després del procés de solidificació. Per aquest estudi s'han determinat els mecanismes que controlen la transformació i la seva cinètica així com les fases que es formen durant el tractament tèrmic permetent la formulació de models predictius.

Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica

En el marc del projecte "Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica" s'han desenvolupat un conjunt d'eines numèriques que permeten avançar en l'ús de l'espectroscòpia òptica per a l'obtenció d'informació morfològica de materials compostos consistents en partícules metàl•liques en matriu dielèctrica. S'han implementat esquemes numèrics per a calcular les propietats òptiques de materials compostos on les partícules poden presentar una distribució de mides i formes i diferent graus d'ordenament espacial. Les simulacions s'han realitzat a dos nivells: i) amb l’aproximació quasi-estàtica, que permet descriure el comportament d'aquests materials en termes de constants òptiques efectives i ii) amb càlculs electrodinàmics exactes, que han servit per avaluar la validesa de l’aproximació anterior i que han permès d'estudiar la interacció de partícules amb feixos de llum focalitzats o amb polarització no homogènia. A través de l’anàlisi d'aquestes simulacions, s'han desenvolupat models senzills que permeten parametritzar la influència de diferents quantitats físiques en el comportament òptic del material. Aquests models s'han implementat en un programari de càlcul que permeten trobar el valor òptim dels paràmetres físics d'interès mitjançant l'ajust d'espectres òptics. Els models s'han avaluat amb l'anàlisi de dades experimentals subministrades per altres laboratoris.