Adsorption of pH-responsive polyelectrolyte chains onto spherical macroions

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Very Intense Distinct Blue and Red Photoluminescence Emission in MgTiO 3 Thin Films Prepared by the Polymeric Precursor Method: An Experimental and Theoretical Approach

MgTiO3 (MTO) thin films were prepared by the polymeric precursor method with posterior spin-coating deposition. The films were deposited on Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100) substrates and heat treated at 350 °C for 2 h and then heat treated at 400, 450, 500, 550, 600, 650 and 700 °C for 2 h. The degree of structural order−disorder, optical properties, and morphology of the MTO thin films were investigated by X-ray diffraction (XRD), micro-Raman spectroscopy (MR), ultraviolet− visible (UV−vis) absorption spectroscopy, photoluminescence (PL) measurements, and field-emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) to investigate the morphology. XRD revealed that an increase in the annealing temperature resulted in a structural organization of MTO thin films. First-principles quantum mechanical calculations based on density functional theory (B3LYP level) were employed to study the electronic structure of ordered and disordered asymmetric models. The electronic properties were analyzed, and the relevance of the present theoretical and experimental results was discussed in the light of PL behavior. The presence of localized electronic levels and a charge gradient in the band gap due to a break in the symmetry are responsible for the PL in disordered MTO lattice.

Freezing Distortions and Photoluminescence Property in PbMoO4 Micro Octahedrons: An Experimental and Theoretical Study

In this paper, we report a detailed structural and electronic characterization of PbMoO4 crystals by using a conventional hydrothermal (CH) method. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform Raman (FT-Raman), field-emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) and photoluminescence (PL) measurements. In addition, first-principles quantum mechanical calculations based on the density functional theory were employed in order to understand the band structure and density of states for the PbMoO4. Analysis of both theoretical and experimental results allows to rationalize the role of order-disorder effects in the observed green PL emissions in these ordered powders.

Parameters optimization of heat treatment for obtaining luminescent PZT powders

Low crystalline PZT powder samples were successfully synthesized using polymeric precursor method and slow decomposition steps. The polymeric resin precursor was thermal treated in a muffle type oven varying the temperature from 250 °C to 700 °C and the time from 3 to 24 hours in order to investigate the order/disorder mechanism toward the amorphous powders. Powder samples with low crystalline phases were obtained at lower temperatures and long time of thermal treatment, demonstrating a kinetic dependence for organic removal and a thermodynamic barrier for crystallization processes. Through XRD and FTIR spectroscopy characterizations the long time thermal treated samples showed to be composed of the solid solution of metal oxides in absent of organic matter, originating broad XRD peaks profiles and no carbonaceous bands in FTIR spectra. A Photoluminescence characterization showed that the peak emission is higher for disordered and homogeneous phases, which only can be reached through the long time of thermal treatment.

A new approach to the electronic structure of two dimensional disordered alloys

We propose a novel method to calculate the electronic Density of States (DOS) of a two dimensional disordered binary alloy. The method is highly reliable and numerically efficient, and Short Range Order (SRO) correlations can be included with no extra computational cost. The approach devised rests on one dimensional calculations and is applied to very long stripes of finite width, the bulk regime being achieved with a relatively small number of chains in the disordered case. Our approach is exact for the pure case and predicts the correct DOS structure in important limits, such as the segregated, random, and ordered alloy regimes. We also suggest important extensions of the present work. © 1995.

Ordered phases in the extended Hubbard model

A novel method to probe the diverse phases for the extended Hubbard model (EHM), including the correlated hopping term, is presented. We extend an effective medium approach [1] to a bipartite lattice, allowing for charge- and/or spin-ordered phases. We calculate the necessary correlation functions to build the EHM phase diagram.

Two versions of the threshold contact model in two dimensions

Two versions of the threshold contact process ordinary and conservative - are studied on a square lattice. In the first, particles are created on active sites, those having at least two nearest neighbor sites occupied, and are annihilated spontaneously. In the conservative version, a particle jumps from its site to an active site. Mean-field analysis suggests the existence of a first-order phase transition, which is confirmed by Monte Carlo simulations. In the thermodynamic limit, the two versions are found to give the same results. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Low-temperature thermodynamic properties near the field-induced quantum critical point in NiCl2-4SC(NH2)(2)

We present a comprehensive experimental and theoretical investigation of the thermodynamic properties: specific heat, magnetization, and thermal expansion in the vicinity of the field-induced quantum critical point (QCP) around the lower critical field H-c1 approximate to 2 T in NiCl2-4SC(NH2)(2). A T-3/2 behavior in the specific heat and magnetization is observed at very low temperatures at H = H-c1, which is consistent with the universality class of Bose-Einstein condensation of magnons. The temperature dependence of the thermal expansion coefficient at H-c1 shows minor deviations from the expected T-1/2 behavior. Our experimental study is complemented by analytical calculations and quantum Monte Carlo simulations, which reproduce nicely the measured quantities. We analyze the thermal and the magnetic Gruneisen parameters, which are ideal quantities to identify QCPs. Both parameters diverge at H-c1 with the expected T-1 power law. By using the Ehrenfest relations at the second-order phase transition, we are able to estimate the pressure dependencies of the characteristic temperature and field scales.

Structural XANES characterization of Ca0.99Sm0.01TiO3 perovskite and correlation with photoluminescence emission

In this work, CaTiO3:Sm (CT:Sm) were prepared by a soft chemical processing at different annealing temperatures starting with a disordered structure and reaching an ordered one, with the propose to understand the relationship between structural order-disorder and photoluminescence emission. The samples were characterized by titanium K-edge, Titanium L-II and L-III-edge XANES, electron paramagnetic resonance (EPR) and photoluminescence (PL) measurements. XANES results clearly point the presence of local distortion in [TiO6] octahedral clusters until the crystallization was completed. The interactions of the network clusters that form the CT:Sm structures provides favorable structural and electronic conditions for the appearance of PL phenomena. (C) 2012 Published by Elsevier B.V.

Non-mean-field effects in systems with long-range forces in competition

We investigate the canonical equilibrium of systems with long-range forces in competition. These forces create a modulation in the interaction potential and modulated phases appear at the system scale. The structure of these phases differentiate this system from monotonic potentials, where only the mean-field and disordered phases exist. With increasing temperature, the system switches from one ordered phase to another through a first-order phase transition. Both mean-field and modulated phases may be stable, even at zero temperature, and the long-range nature of the interaction will lead to metastability characterized by extremely long time scales.

beta-ZnMoO4 microcrystals synthesized by the surfactant-assisted hydrothermal method: Growth process and photoluminescence properties

In this communication, we investigate the effect of different surfactants: cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS) and polyvinylpyrrolidone (PVP-K40) on the growth process of zinc molybdate (beta-ZnMoO4) microcrystals synthesized under hydrothermal conditions at 140 degrees C for 8 h. These microcrystals were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and photoluminescence (PL) measurements. XRD patterns proved that these crystals are monophasic and present a wolframite-type monoclinic structure. FE-SEM images revealed that the surfactants modified the crystal shapes, suggesting the occurrence of distinct crystal growth processes. The CTAB cationic surfactant promotes the hindrance of small nuclei that leads to the formation of rectangle-like crystals, SDS anionic surfactant induces a growth of irregular hexagons with several porous due to considerable size effect of counter-ions on the crystal facets, PVP-K40 non-ionic surfactant allows a reduction in size and thickness of plate-like crystals, while without surfactants have the formation of irregular plate-like crystals. Finally, the PL properties of beta-ZnMoO4 microcrystals were explained by means of different shape/size, surface defects and order-disorder into lattice. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Very Intense Distinct Blue and Red Photoluminescence Emission in MgTiO3 Thin Films Prepared by the Polymeric Precursor Method: An Experimental and Theoretical Approach

MgTiO3 (MTO) thin films were prepared by the polymeric precursor method with posterior spin-coating deposition. The films were deposited on Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100) substrates and heat treated at 350 degrees C for 2 h and then heat treated at 400, 450, 500, 550, 600, 650 and 700 C for 2 h. The degree of structural order disorder, optical properties, and morphology of the MTO thin films were investigated by X-ray diffraction (XRD), micro-Raman spectroscopy (MR), ultraviolet-visible (UV-vis) absorption spectroscopy, photoluminescence (PL) measurements, and field-emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) to investigate the morphology. XRD revealed that an increase in the annealing temperature resulted in a structural organization of MTO thin films. First-principles quantum mechanical calculations based on density functional theory (B3LYP level) were employed to study the electronic structure of ordered and disordered asymmetric models. The electronic properties were analyzed, and the relevance of the present theoretical and experimental results was discussed in the light of PL behavior. The presence of localized electronic levels and a charge gradient in the band gap due to a break in the symmetry are responsible for the PL in disordered MTO lattice.

Grundlegende Untersuchungen zur Abbindereaktion von Zinkphosphatzement

Zusammenfassung Das Ziel der Arbeit bestand darin, mit der Aufklärung der Abbindereaktion von Zinkphosphatzement eine Grundlage für eine gezielte Modifikation bzw. Optimierung zu schaffen, insbesondere im Hinblick auf einen Einsatz als permanenter Füllungswerkstoff. Über den Abbindechemismus war bislang lediglich bekannt, daß es sich bei den primär gebildeten Reaktionsprodukten um röntgenamorphe Phasen handelt, die sich nach Wochen bzw. Monaten in das thermodynamisch stabile Reaktionsprodukt alpha-Hopeit (alpha-Zn3(PO4)2·4H2O) umwandeln.Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang durch den Einsatz der Infrarot-Reflexionsspek-troskopie (DRIFT) die Identifikation von Dizink Cyclotetraphosphat-Octahydrat (Zn2P4O12·8H2O) als röntgenamorpher Vorläuferphase. Das kondensierte Phosphat ist hydrolyseempfindlich sowie thermodynamisch instabil. Mit Hilfe der zeitaufgelösten 1H NMR-Spektroskopie konnte gezeigt werden, daß bereits nach ca. 10 Minuten eine Phasenumwandlung (topochemische Disproportionierung) in ein zunächst röntgenamorphes Orthophosphat stattfindet. Mittels 31P Doppelquanten-NMR-Spektroskopie gelang der Nachweis, daß innerhalb des röntgenamorphen Bereiches lokal nahgeordnete (nanokristalline) Bereiche auftreten, deren Ordnung sich auf einer Längenskala von 10 bis 30 Å erstreckt. Die Nanokristallite unterliegen einem Wachstumsprozeß, der schließlich zu alpha-Hopeit-Kristallen mit Ausdehnungen im Mikrometerbereich führt. Die Ursache für die primäre Ausbildung röntgenamorpher Reaktionsprodukte kann zunächst gelösten Aluminophosphatkomplexen zugeordnet werden, die im Verlauf der Abbindereaktion zu anorganischen Polymeren aggregieren und damit als Kristallisationsinhibitoren fungieren.

Computer-Simulationen zur Strukturbildung von einzelnen Polymerketten

In dieser Arbeit wurden die Phasenübergänge einer einzelnen Polymerkette mit Hilfe der Monte Carlo Methode untersucht. Das Bondfluktuationsmodell wurde zur Simulation benutzt, wobei ein attraktives Kastenpotential zwischen allen Monomeren der Polymerkette gewirkt hat. Drei Arten von Bewegungen sind eingeführt worden, um die Polymerkette richtig zu relaxieren. Diese sind die Hüpfbewegung, die Reptationsbewegung und die Pivotbewegung. Um die Volumenausschlußwechselwirkung zu prüfen und um die Anzahl der Nachbarn jedes Monomers zu bestimmen ist ein hierarchischer Suchalgorithmus eingeführt worden. Die Zustandsdichte des Modells ist mittels des Wang-Landau Algorithmus bestimmt worden. Damit sind thermodynamische Größen berechnet worden, um die Phasenübergänge der einzelnen Polymerkette zu studieren. Wir haben zuerst eine freie Polymerkette untersucht. Der Knäuel-Kügelchen Übergang zeigt sich als ein kontinuierlicher Übergang, bei dem der Knäuel zum Kügelchen zusammenfällt. Der Kügelchen-Kügelchen Übergang bei niedrigeren Temperaturen ist ein Phasenübergang der ersten Ordnung, mit einer Koexistenz des flüssigen und festen Kügelchens, das eine kristalline Struktur hat. Im thermodynamischen Limes sind die Übergangstemperaturen identisch. Das entspricht einem Verschwinden der flüssigen Phase. In zwei Dimensionen zeigt das Modell einen kontinuierlichen Knäuel-Kügelchen Übergang mit einer lokal geordneten Struktur. Wir haben ferner einen Polymermushroom, das ist eine verankerte Polymerkette, zwischen zwei repulsiven Wänden im Abstand D untersucht. Das Phasenverhalten der Polymerkette zeigt einen dimensionalen crossover. Sowohl die Verankerung als auch die Beschränkung fördern den Knäuel-Kügelchen Übergang, wobei es eine Symmetriebrechung gibt, da die Ausdehnung der Polymerkette parallel zu den Wänden schneller schrumpft als die senkrecht zu den Wänden. Die Beschränkung hindert den Kügelchen-Kügelchen Übergang, wobei die Verankerung keinen Einfluss zu haben scheint. Die Übergangstemperaturen im thermodynamischen Limes sind wiederum identisch im Rahmen des Fehlers. Die spezifische Wärme des gleichen Modells aber mit einem abstoßendem Kastenpotential zeigt eine Schottky Anomalie, typisch für ein Zwei-Niveau System.

Synthese und Charakterisierung von Oxidchalkogeniden und Bronzen für die Nanostrukturierung

Ausgehend von der Entdeckung der reversiblen Strukturierung mittels Rastersondenmethoden im Phasensystem Na2O/V2O5/P2O5 wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Ansatzpunkte verfolgt. Einerseits sollten mittels der Schmelzflußelektrolyse einige bereits existierende niederdimensionale Molybdänbronzen mit bekannten elektronischen Übergängen in ausreichend großen Kristallen gezüchtet werden, um sie auf ihre Strukturierungseigenschaften hin zu untersuchen. Gleichzeitig sollte durch Variation versucht werden, neue, bisher unbekannte Bronzen oder reduzierte Oxide zu synthetisieren und charakterisieren. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Synthese und Charakterisierung von Oxidchalkogeniden, bestehend aus einem Seltenerdmetall und einem 3d-Metall von Titan bis hin zu den mittleren Übergangsmetallen. Diese Verbindungen können durch die Kombination der jeweiligen Eigenschaften der oxidischen und chalkogeniden Teilstrukturen völlig neue elektronische und/oder magnetische Eigenschaften aufweisen. Mögliche auftretende Phasenübergänge sind wiederum für Strukturierungsversuche interessant. Die zu den Oxidchalkogeniden durchgeführten Untersuchungen ergaben im Phasensystem Ln/Ti/S/O (Ln = Lanthanoide) insgesamt sechs Verbindungen. Zwei von ihnen, La8Ti9S24O4 und Nd20Ti11S44O6, besitzen als gemeinsames Strukturelement tetranukleare [Ti4(u4-S)2(u2-O)4]-Cluster, bestehend aus vier miteinander über gemeinsame Flächen kondensierte TiS4O2-Oktaeder. Die Titanpositionen innerhalb der Cluster sind mit Ti+3-Ionen besetzt. Beide Verbindungen weisen in einem Temperaturbereich zwischen 150 K und 250 K eine deutlich ausgeprägte Hysterese der magnetischen Suszeptibilität auf, die sich im Falle von La8Ti9S24O4 auf einen Jahn-Teller-Übergang zurückführen läßt. Daneben konnte erstmals eine Serie oxidisch/sulfidisch gemischter Ruddlesden-Popper-Verbindungen mit Ln2Ti2S2O5 (Ln = Pr, Nd, Sm) synthetisiert und charakterisiert werden. Titan liegt als vierwertiges Ion in aus TiSO5-Oktaedern gebildeten Perowskit-Doppelschichten vor. Die neunfach koordinierten Positionen sind mit den Seltenerdmetallionen gefüllt, die zwölffach koordinierten Lagen sind unbesetzt. Bei dem sechsten erhaltene Titanoxidsulfid, La4TiS6.5O1.5, handelt es sich um einen Halbleiter mit einer Bandlücke von etwa 2 eV. Weiterhin gelang es, die Serie Ln2M3S2O8 (Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm; M = Nb, Ta) zu synthetisieren und in ihren physikalischen Eigenschaften zu charakterisieren. Es handelt sich ausnahmslos um Halbleiter mit Bandlücken zwischen E=0.125 eV für La2Nb3S2O8 und E=0.222 eV für Pr2Ta3S2O8. Die Struktur der Oxidsulfide Ce2Ta3S2O8, Pr2Ta3S2O8, Nd2Nb3S2O8 sowie Sm2Ta3S2O8 weist im Gegensatz zu den anderen Verbindungen eine Fehlordnung eines der beiden kristallographisch unabhängigen Nb- bzw. Ta-Atome auf. Daraus resultiert eine Symmetrieerniedrigung von Pnma zu Pbam. Der Einsatz von Europium führte zu einer neuen Modifikation des bronzoiden Oxids EuTa2O6, in der das Europium als Eu+2 vorliegt, wie 151Eu-Mößbauer-Untersuchungen bestätigten. Vor der Durchführung der Kristallzüchtungen mittels der Schmelzflußelektrolysen mußten die benutzen Öfen und Elektrolysezellen geplant und angefertigt werden. Es konnten dann verschiedene blaue, rote und violette Moybdänbronzen (sowie La2Mo2O7) in Kristallen bis zu 25 mm Länge dargestellt werden. Ferner gelang die erste exakte Einkristalluntersuchung der roten Bronze Rb0.33MoO3. Sie verfügt über die höchste d-Elektronen-Lokalisierungsrate aller bekannten roten Bronzen. Die erhaltenen Bronzen wurden teilweise von der Arbeitsgruppe Fuchs, Physikalisches Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, auf ihre Nanostrukturierbarkeit hin untersucht. Dabei ergaben sich zwei verschiedene Strukturierungsmechanismen. Sind es im Fall der blauen Alkalimetall-Molybdänbronzen ausschließlich Lochstrukturen, die entstehen, handelt es sich bei La2Mo2O7 um Hügelstrukturen. Mittels der Schmelzflußelektrolyse konnte auch das gemischtvalente Alkalimetall-Eisenmolybdat NaFe2(MoO4)3 synthetisiert werden. Daneben gelang die Synthese dreier weiterer Alkalimetall-Eisenmolybdate: Cs2Fe2(MoO4)3, NaFe4(MoO4)5 und CsFe5(MoO4)7. Bis auf Cs2Fe2(MoO4)3, welches in der bekannten Langbeinit-Struktur kristallisiert, handelt es sich bei den übrigen Alkalimetall-Eisenmolybdaten um völlig neuartige Käfigverbindungen, bzw. bei CsFe5(MoO4)7 um eine Tunnelverbindung. Die Kristallstrukturen beinhalten kondensierte FeO6-Oktaeder. Im Fall von NaFe2(MoO4)3 lassen sich [Fe2O10]-Einheiten, für NaFe4(MoO4)5 [Fe2O10]- sowie [Fe3O14]-Einheiten, und für CsFe5(MoO4)7 [Fe4O18]-Baueinheiten beobachten. Die Positionen der Fe+2- und Fe+3-Atome in NaFe4(MoO4)5 wurden mit Hilfe einer 57Fe-Mößbauer-Untersuchung bestimmt.