Structure-based design of selective high-affinity telomeric quadruplex-binding ligands.

A library of triazole-based telomeric quadruplex-selective ligands has been developed that mimic an established family of tri-substituted acridine-based ligands, using crystal structure data as a starting-point for computer-based design. Binding affinities, estimated by electrospray mass spectrometry, are in accord with the design concept.

New anti-HIV aptamers based on tetra-end-linked DNA G-quadruplexes: effect of the base sequence on anti-HIV activity.

This communication reports on the synthesis and biophysical, biological and SAR studies of a small library of new anti-HIV aptamers based on the tetra-end-linked G-quadruplex structure. The new aptamers showed EC(50) values against HIV-1 in the range of 0.04-0.15 µM as well as affinities for the HIV-1 gp120 envelope in the same order of magnitude

Mapping Irreversible Electrochemical Processes on the Nanoscale: Ionic Phenomena in Li Ion Conductive Glass Ceramics

A scanning probe microscopy approach for mapping local irreversible electrochemical processes based on detection of bias-induced frequency shifts of cantilevers in contact with the electrochemically active surface is demonstrated. Using Li ion conductive glass ceramic as a model, we demonstrate near unity transference numbers for ionic transport and establish detection limits for current-based and strain-based detection. The tip-induced electrochemical process is shown to be a first-order transformation and nucleation potential is close to the Li metal reduction potential. Spatial variability of the nucleation bias is explored and linked to the local phase composition. These studies both provide insight into nanoscale ionic phenomena in practical Li-ion electrolyte and also open pathways for probing irreversible electrochemical, bias-induced, and thermal transformations in nanoscale systems.

Hydrogen-permeation characteristics of a SrCeO3-based ceramic separation membrane:Thermal, ageing and surface-modification effects

Dense ceramics with mixed protonic-electronic conductivity are of considerable interest for the separation and purification of hydrogen and as electrochemical reactors. In this work, the hydrogen permeability of a Sr_0.97Ce_0.9Yb_0.1O_{3 - δ} (SCYb) membrane with a porous Pt catalytic layer on the hydrogen feed-exposed side has been studied over the temperature range 500-804 °C employing Ar as the permeate sweep gas. A SiO₂-B₂O₃-BaO-MgO-ZnO-based glass-ceramic sealant was successfully employed to seal the membrane to the dual-chamber reactor. After 14 h of exposure to 10% H₂:90% N₂ at 804 °C, the H₂ flux reached a maximum of 33 nmol cm^{- 2} s^{- 1}, over an order of magnitude higher than that obtained on membranes of similar thickness without surface modification. The permeation rate then decreased slowly and moderately on annealing at 804 °C over a further 130 h. Thereafter, the flux was both reproducible and stable on thermal cycling in the range 600-804 °C. The results indicate an important role of superficial activation processes in the flux rate and suggest that hydrogen fluxes can be further optimised in cerate-based perovskites. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Factors influencing the compressive strengths of fly ash based geopolymers

Several factors affecting the reactivity of pulverised fuel ash (pfa) as a precursor for geopolymer concrete have been investigated. These include physical and chemical properties of various pfa sources, inclusion of ground granulated blast furnace slag (ggbs), chemical activator dosages and curing temperature. Alkali-activated pfa was found to require elevated curing temperatures and high alkali concentrations. A mixture of sodium hydroxide and sodium silicate was used and this was shown to result in high strengths, as high as 70 MPa at 28-days. The presence of silicates in solution was found to be a key factor. Detailed physical and chemical characterisation was carried out on thirteen pfa sources from the UK. The most important factor affecting the reactivity was found to be the particle size of pfa. The loss on ignition (LOI) and the amorphous content are also important parameters that need to be considered for the selection of pfa for use in geopolymer concrete. The partial replacement of pfa by ground granulated blast furnace slag (ggbs) was found to be beneficial in not only avoiding the need for elevated curing temperatures but also in improving compressive strengths. Microstructural characterisation with scanning electron microscope (SEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) was performed on pfa/ggbs pastes. The reaction product of pfa and ggbs in these binary systems was calcium aluminium silicate hydrate gel (C-A-S-H) with inclusion of Na in the structure.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Materiais à base de óxidos com estrutura do tipo perovskite e compósitos como ânodos de PCES

This work was focused on the analysis of transport, thermomechanical and electrochemical properties of a series of perovskite-like oxide materials and composites for potential applications as anodes of intermediate-temperature solid oxide fuel cells (SOFCs) with lanthanum gallate and silicate solid electrolytes. The primary attention was centered on A(Mn,Nb)O3-δ (A = Sr, Ca) and (La,Sr)(Mn,Ti)O3-based systems, lanthanum chromite substituted with acceptor-type and variable-valence cations, and various Ni-containing cermets. Emphasis was given to phase stability of the materials, their crystal structure, microstructure of porous electrode layers and dense ceramics, electronic conductivity, Seebeck coefficient, oxygen permeability, thermal and chemical induced expansion, and anodic overpotentials of the electrodes deposited onto (La,Sr)(Ga,Mg)O3- and La10(Si,Al)6O27- based electrolyte membranes. In selected cases, roles of oxygen diffusivity, states of the transition metal cations relevant for the electronic transport, catalytically active additives and doped ceria protective interlayers introduced in the model electrochemical cells were assessed. The correlations between transport properties of the electrode materials and electrochemical behavior of porous electrodes showed that the principal factors governing anode performance include, in particular, electronic conduction of the anode compositions and cation interdiffusion between the electrodes and solid electrolytes. The latter is critically important for the silicatebased electrolyte membranes, leading to substantially worse anode properties compared to the electrochemical cells with lanthanum gallate solid electrolyte. The results made it possible to select several anode compositions exhibiting lower area-specific electrode resistivity compared to known analogues, such as (La,Sr)(Cr,Mn)O3-δ.

Low frequency Raman scattering in amorphous materials: fused quartz, "pyrex" boro-silicate glass and soda-lime silicate glass

Raman scattering in the region 20 to 100 cm -1 for fused quartz, "pyrex" boro-silicate glass, and soft soda-lime silicate glass was investigated. The Raman spectra for the fused quartz and the pyrex glass were obtained at room temperature using the 488 nm exciting line of a Coherent Radiation argon-ion laser at powers up to 550 mW. For the soft soda-lime glass the 514.5 nm exciting line at powers up to 660 mW was used because of a weak fluorescence which masked the Stokes Raman spectrum. In addition it is demonstrated that the low-frequency Raman coupling constant can be described by a model proposed by Martin and Brenig (MB). By fitting the predicted spectra based on the model with a Gaussian, Poisson, and Lorentzian forms of the correlation function, the structural correlation radius (SCR) was determined for each glass. It was found that to achieve the best possible fit· from each of the three correlation functions a value of the SCR between 0.80 and 0.90 nm was required for both quartz and pyrex glass but for the soft soda-lime silicate glass the required value of the SCR. was between 0.50 and 0.60 nm .. Our results support the claim of Malinovsky and Sokolov (1986) that the MB model based on a Poisson correlation function provides a universal fit to the experimental VH (vertical and horizontal polarizations) spectrum for any glass regardless of its chemical composition. The only deficiency of the MB model is its failure to fit the experimental depolarization spectra.

Microwave Dielectric Resonator Based on Ba[(Bi0.2 D3+0.3)Nb0.5]O3(D3+=Y,Pr,Sm,Gd,Dy,Er)

Dielectric resonator ceramics with composition formula Ba[(D3+0.3 Bi0.2)Nb0.5]O3,where D3+=Y,Pr,Sm,Gd,Dy and Er,were prepared by the conventional ceramic preparation route

Preparation, Characterization, and Microwave Properties of RETiNbO6 (RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, and Yb) Dielectric Ceramics

Microwave ceramic dielectric resonators (DRs) based on RETiNbO6 (RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, and Yb) have been prepared using the conventional solid -state ceramic route. The DR samples are characterized using XRD and SEM methods. The microwave dielectric properties are measured using resonant methods and a net work analyzer . The ceramics based on Ce, Pr, Nd, and Sin have dielectric constants in the range 32-54 and positive coefficient of thermal variation of resonant frequency (r,). The ceramics based on Gd, Tb, Dy, Y. and Yb have dielectric constants in the range 19-22 and negative Tf

Synthesis,Characterization and Properties of [REI_xREX]TiNb06 Dielectric Ceramics

Dielectric ceramics based on solid solution phases of [RE1_x= REr]TiNb06, where REI_s = Nd, Pr, Sm and RE' = Dy, Gd and Y, were prepared by the conventional solid-state ceramic route for values of x. The ceramic samples are characterized by X-ray diffraction and microwave methods. Ceramics based on RE (Pr, Nd and Sm) belonging to aeschynite group shows positive value of Tf and those based on RE (Gd, Dy and Y) belonging to euxenite group show negative value of r f. The solid solution phases between the aeschynite and the euxenite group shows intermediate dielectric constant and r f values. The results indicate the possibility of tailoring the dielectric properties by varying the composition of the solid solution phases. The range of solid solubility of euxenite in aeschenite and aeschenite in euxenite are different for different rare earth ions

Microwave Dielectric Properties of RETiTaO6 (RE = La, Ce,Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Al, and In) Ceramics

Microwave dielectric ceramics based on RETiTaO6 (RE = La, Cc, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Al, and In) were prepared using a conventional solid-state ceramic route. The structure and microstructure of the samples were analyzed using x-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques. The sintered samples were characterized in the microwave frequency region. The ceramics based on Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, and Dy, which crystallize in orthorhombic aeschynite structure, had a relatively high dielectric constant and positive T f while those based on Ho, Er, and Yb, with orthorhombic euxenite structure, had a low dielectric constant and negative Tf. The RETiTaO6 ceramics had a high-quality factor. The dielectric constant and unit cell volume of the ceramics increased with an increase in ionic radius of the rare-earth ions, but density decreased with it. The value of Tf increased with an increase in RE ionic radii, and a change in the sign of Tf occurred when the ionic radius was between 0.90 and 0.92 A. The results indicated that the boundary of the aeschynite to euxenite morphotropic phase change lay between DyTiTaO6 and HoTiTaO6. Low-loss ceramics like ErTiTaO6 (Er = 20.6, Qxf = 85,500), EuTiTaO6 (Er = 41.3, Qxf = 59,500), and YTiTaO6 (Er = 22.1, Q„xf = 51,400) are potential candidates for dielectric resonator applications

Tailoring the Microwave Dielectric Properties of GdTiNb 1 _-xTa,O6 and Sm 1 _X Y,TiTa06 Ceramics

Microwave dielectric ceramics based on GdTiNb,-,.Ta,O6 and Sml _.,Y,TiTa06 have been prepared by conventional solid state method . The GdTiTaO6 and SmTiTaO6 have aeschenite structure with positive rr and GdTiNbO6 and YTiTaO6 have euxenite structure with negative rr. The rr of the ceramics has been tuned by preparing solid solution phases between the aeschynites and euxenites for a possible zero rr material . It is observed that GdTiNbt_YTa.,O6 undergoes a phase transition from aeschynite to euxenite when x=0.75 and in Sml-,YxTiTa06 for x= 0.73. The microwave dielectric properties change abruptly near the transition region . The rr value approaches zero near the phase transition region while the samples have poor sinterability and poor quality factor . The unloaded quality factor, dielectric constant and the sign of rr of the solid solution phases are found to depend on the average ionic radius of the rare earth ion in RE ,-5RE',TiTaO6. The boundary of the euxenite-aeschynite phase transition occurs at an average ( RE) ionic radius of 0.915 A in Sm,_, Y,.TiTaO6 solid solution phases

Microwave Dielectric Properties of Ba(Mg1/3Ta(2-2x)/3Wx/3Tix/3) 03 Ceramics

microwave dielectric properties of ceramics based on Ba(Mgv3Ta(2-2x)t3W,t3Tixt3)O3 is investigated as a function of x. The 15 densification as well as dielectric properties deteriorate with increase in the substitution levels of (Ti 1,3W113)333 + at (Ta213)3.33+ site 16 in Ba(Mg113Ta213)03. The rt is approaching zero between x = 0.1 and 0.15 in Ba(Mg it3Ta(2-2,,.)t3W,it3Ti,Tt3)O3 where quality factor is 17 reasonably good (Qu x f = 80,000-90,000 GHz). The Ba(Mg1,3Ta(2_,013W,13Ti,,13)03 with x = 1.0 has e, = 15.4, rf= -25.1 ppm/ 18 "C, Q„ x f = 35,400 GHz