The influence of B4C and MgB2 additions on the behavior of MgO-C bricks

Carbon-containing refractory materials have received great attention over the last years due to their importance in the steelmaking process. The oxidation of carbon present in refractory materials at temperatures above 500 degrees C is usually accompanied by the decrease of their mechanical strength and chemical resistance. Aiming to improve the oxidation resistance of carbon-oxide refractories, the use of materials known as antioxidants has been extensively studied. In this work we evaluated the performance of MgB2 and B4C antioxidants when incorporated into MgO-C bricks. We observed that the co-addition of metallic antioxidants and B4C or MgB2 leads to refractory bricks with enhanced hot modulus of rupture and resistance against oxidation and slag corrosion. However, the excessive addition of these antioxidants could impair the performance of the obtained bricks. Thus, when determining the optimum concentration of MgB2 and B4C to be added into MgO-C refractories, one must take into consideration this behavior. (c) 2012 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. All rights reserved.

Porcelain monolayers and porcelain/alumina bilayers reinforced by Al2O3/GdAlO3 fibers

Aim. This work tested the effect of the addition of Al2O3/GdAlO3 longitudinal fibers in different contents to veneering porcelain of two dental all ceramic systems. Methods: Fibers (0.5 mm diameter) obtained by the Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) method were added to bar-shaped specimens made by veneer porcelain (monolayers) or both the veneer and the core ceramic (bilayers) of two all-ceramic systems: In-Ceram Alumina - glass infiltrated alumina composite (GIA) and In-Ceram 2000 AL Cubes - alumina polycrystal (AP) (VITA Zahnfabrik). The longitudinal fibers were added to veneering porcelain (VM7) in two different proportions: 10 or 17 vol%. The bars were divided into nine experimental conditions (n = 10) according to material used: VM7 porcelain monolayers, VM7/GIA, VM7/AP; and according to the amount of fibers within the porcelain layer: no fibers, 10 vol% or 17 vol%. After grinding and polishing the specimens were submitted to a three point bending test (crosshead speed = 0.5 mm/min) with porcelain positioned at tensile side. Data were analyzed by means of one-way ANOVA and a Tukey's test (alpha = 5%). Scanning electronic microscopy (SEM) was conducted for fractographic analysis. Results. Regarding the groups without fiber addition, VM7/AP showed the highest flexural strength (MPa), followed by VM7/GIA and VM7 monolayers. The addition of fibers led to a numerical increase in flexural strength for all groups. For VM7/GIA bilayers the addition of 17 vol% of fibers resulted in a significant 48% increase in the flexural strength compared to the control group. Fractographic analysis revealed that the crack initiation site was in porcelain at the tensile surface. Cracks also propagated between fibers before heading for the alumina core. Conclusions. The addition of 17 vol% of Al2O3/GdAlO3 longitudinal fibers to porcelain/glass infiltrated alumina bilayers significantly improved its flexural strength. 10 vol% or 17 vol% of fibers inclusion increased the flexural strength for all groups. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Electronic stopping cross sections for protons in Al2O3: an experimental and theoretical study

The electronic stopping cross section (SCS) of Al2O3 for proton beams is studied both experimentally and theoretically. The measurements are made for proton energies from 40 keV up to 1 MeV, which cover the maximum stopping region, using two experimental methods, the transmission technique at low energies (similar to 40-175 keV) and the Rutherford backscattering at high energies (approximate to 190-1000 keV). These new data reveal an increment of 16% in the SCS around the maximum stopping with respect to older measurements. The theoretical study includes electronic stopping power calculations based on the dielectric formalism and on the transport cross section (TCS) model to describe the electron excitations of Al2O3. The non-linear TCS calculations of the SCS for valence electrons together with the generalized oscillator strengths (GOS) model for the core electrons compare well with the experimental data in the whole range of energies considered.

Experimental study of the He stopping power into Al2O3 films

In the present work, we report experimental results of He stopping power into Al2O3 films by using both transmission and Rutherford backscattering techniques. We have performed measurements along a wide energy range, from 60 to 3000 key, covering the maximum stopping range. The results of this work are compared with previously published dap-, showing a good agreement for the high-energy range, but evidencing discrepancies in the low-energy region. The existing theories follow the same tendency: good theoretical-experimental agreement for higher energies, but they failed to reproduce previous and present results in the low energy regime. On the other hand it is interesting to note that the semi-empirical SRIM code reproduces quite well the present data. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Interactions between 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ionic liquid and gamma-Al2O3 (100) surface calculated by density functional theory

The main aim of this work is to investigate the 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([C4C1Im]+[BF4]-) ionic liquid (IL) adsorption on the gamma-Al2O3 (100) by density functional theory calculations to try to rationalize the adsorption as an electrostatic phenomenon. Optimized geometries and interaction energies of IL one-monolayer on the gamma-Al2O3 were obtained on high surface coverage (one cationanion pair per 94.96 nm2). A study of dispersion force was made to estimate its contribution to the adsorption. Overall, the process is ruled by electrostatic interaction between ions and surface. Adsorption of the anion [BF4]- and cation [C4C1Im]+ was also studied by Bader charge analysis and charge density difference for supported and unsupported situations. It is suggested that the IL ions have their charges maintained with significant anion cloud polarization inward to the acid aluminum sites. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Ni catalyst on mixed support of CeO2-ZrO2 and Al2O3: Effect of composition of CeO2-ZrO2 solid solution on the methane steam reforming reaction

In this study, catalysts containing 5 wt.% Ni deposited on a support composed of a CeO2-ZrO2 solid solution deposited on alumina were tested in the steam reforming of methane. The supports, with various ratios of Ce to Zr, were prepared by co-precipitation of the oxide precursors, followed by calcination in synthetic air. The catalysts were then prepared by Ni impregnation of the supports. The prepared solids were characterized by temperature-programmed reduction with H-2 (TPR-H-2), in situ X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy. The XRD analysis confirmed the formation of a solid solution between ZrO2 and CeO2. In the catalytic tests, it was found that catalysts with higher Ce content did not exhibit deactivation during 6 h of reaction. The catalyst with highest Ce content, Ni(0.8Ce0.2Zr)AI, provided the best result, with the highest rate of conversion of methane and the lowest carbon deposition, which may be partly due to the smaller Ni-0 crystallites in this sample and also the segregated CeO2 particles may have favored H2O adsorption which could lead to higher C gasification. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis of high-surface-area gamma-Al2O3 from aluminum scrap and its use for the adsorption of metals: Pb(II), Cd(II) and Zn(II)

Several types of alumina were synthesized from sodium aluminate (NaAlO2) by precipitation with sulfuric acid (H2SO4) and subsequently calcination at 500 degrees C to obtain gamma-Al2O3. The precursor aluminate was derived from aluminum scrap. The various gamma-Al2O3 synthesized were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), adsorption-desorption of N-2 (S-BET) and scanning electron microscopy (SEM). XRD revealed that distinct phases of Al2O3 were formed during thermal treatment. Moreover, it was observed that conditions of synthesis (pH, aging time and temperature) strongly affect the physicochemical properties of the alumina. A high-surface-area alumina (371 m(2) g(-1)) was synthesized under mild conditions, from inexpensive raw materials. These aluminas were tested for the adsorption of Cd(II), Zn(II) and Pb(II) from aqueous solution at toxic metal concentrations, and isotherms were determined. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação do molhamento da matriz de um concreto refratário (Al2O3-SiC-SiO2-C) por escórias sintéticas contendo distintos teores de MgO

O comportamento de espalhamento de quatro escórias sintéticas foi investigado pelo método da gota séssil, quando em contato com a matriz de um concreto refratário contendo alto teor de carbono e carbeto de boro como agente antioxidante. A evolução do molhamento do sólido foi monitorada a 1450, 1550 e 1650 ºC por 1800 s. Além disso, simulações termodinâmicas foram efetuadas, usando o programa FactSage®, visando promover um maior entendimento das reações químicas que podem ocorrer na interface dos materiais avaliados. Foi observado que a composição química do líquido afetou diretamente o espalhamento deste e quanto maior o teor de MgO na composição da escória, maiores foram os valores do ângulo de contato entre líquido e sólido. No entanto, em altas temperaturas e tempos prolongados, foram verificadas a formação de bolhas na superfície do líquido e a infiltração das escórias nos poros do refratário. Estes fatores afetaram negativamente e tornaram menos conclusivos os dados coletados nos ensaios propostos, apontando que ainda são necessários aperfeiçoamentos da técnica de molhabilidade para a avaliação de materiais complexos, tais como os concretos refratários.

Sistemi Rh/CeO2-Al2O3 per l'ossidazione catalitica del metano

L’ossidazione catalitica parziale (CPO) del metano è un processo di elevato interesse scientifico ed industriale, permettendo la produzione su piccola scala di H2 o la produzione di syngas con un rapporto H2/CO = 2, utile per la produzione di metanolo o la sintesi di Fischer-Tropsch di idrocarburi. Inoltre, si possono raggiungere elevate conversioni del metano e selettività in syngas operando a bassi valori del tempo di contatto, riducendo così le dimensioni dei reattori. Tuttavia, gli elevati flussi e le temperature raggiunte nel letto possono condurre rapidamente alla disattivazione del catalizzatore; pertanto, è necessario lo sviluppo di materiali non soltanto attivi, ma anche stabili nelle condizioni di reazione. Lo scopo di questo lavoro è stato lo sviluppo di catalizzatori a base di Rh e ceria, utilizzati sia come pellets che supportati su una schiuma metallica. In particolare, il lavoro è stato focalizzato sulla sintesi, caratterizzazione ed attività catalitica di materiali Rh-CeO2-Al2O3. La presenza di CeO2 può modificare la dispersione del Rh metallico e la sua stabilità nei confronti della sinterizzazione e della formazione del carbone, mentre la stabilità termica è favorita dalla presenza di Al2O3. Poiché queste proprietà e, di conseguenza, le prestazione catalitiche dipendono dalla dimensioni delle particelle di CeO2 sono stati preparati catalizzatori con diverso contenuto di CeO2 (10 e 20 p/p %) ed utilizzando differenti metodi di preparazione per modularne le proprietà. Le sintesi sono effettuate per coprecipitazione e per sintesi con urea per trattamento micronde-idrotermale. Le prestazione dei catalizzatori in pellets sono state analizzate in un impianto di laboratorio operando a bassi valori del tempo di contatto e modificando la temperatura e la concentrazione della miscela gassosa, i.e. sia in condizioni lontane dall’equilibrio termodinamico che in condizioni prossime a quelle industriali. Un catalizzatore con lo stesso contenuto di Rh ed ottenuto da precursori tipo idrotalcite (HT) è stato utilizzato come riferimento. Per incrementare ulteriormente le prestazioni catalitiche, in particolare il trasferimento del calore lungo il letto catalitico, la migliore composizione individuata delle prove precedenti è stata depositata su pellets di una schiuma metallica (FeCrAlloy). E’ stato utilizzato il metodo dell’elettrosintesi per la deposizione di idrossidi di Rh, Ce e Al, ottenendo dopo calcinazione catalizzatori strutturati. Si è valutato l’effetto dei parametri di sintesi, potenziale applicato e tempo, sulle proprietà catalitiche. Anche in questo caso i risultati sono stati confrontati quelli ottenuti con un catalizzatori di riferimento ottenuti da un precursore HT preparati per elettrosintesi.

Investigation of dangling bonds in al2o3 passivated si surface using electron paramagnetic resonance (epr)

Nel presente lavoro di tesi magistrale sono stati depositati e caratterizzati sottili film di ossido di alluminio, Al2O3, (di spessore compreso tra 3-30 nm) su un substrato di FZ-Si drogato p. La deposizione è avvenuta mediante plasma ALD (Atomic Layer Depostion). La tecnica spettroscopica EPR (Electron Paramagnetic Resonance) è stata utilizzata per studiare l’interfaccia Si/Al2O3 con lo scopo di scoprire l’origine della formazione di densità di carica negativa Qf all’interfaccia: tale carica negativa induce una passivazione per effetto di campo ed è quindi la ragione per cui il dielettrico Al2O3 risulta essere un ottimo materiale passivante. Si è deciso di variare alcuni parametri, come lo spessore dello strato di Al2O3, lo spessore dello strato intermedio di ossido di silicio, depositato mediante ossidazione termica (dry thermal oxidation), e la superficie del substrato di silicio. Sono stati realizzati cinque differenti gruppi di campioni: per ciascuno di essi sono state impiegate varie tecniche di caratterizzazione, come la QSSPC (Quasi Steady State Photoconuctance) e la tecnica di spettroscopia ottica SE (spettroscopic ellipsometry). Per ogni gruppo sono stati riportati gli spettri EPR ottenuti ed i rispettivi fit, da cui è stato possibile risalire ai fattori giromagnetici di spin g, riportati in tabelle con le loro possibili attribuzioni. E’ stato dimostrato che la presenza di uno strato di ossido di silicio tra il substrato di silicio e lo strato di ossido di alluminio risulta essere fondamentale per la formazione di densità di carica negativa all’interfaccia: aumentando lo spessore dello strato di SiOx (nel range 1-30 nm) si assiste ad una diminuzione di carica negativa Qf. Analizzando gli spettri EPR, è stato possibile concludere che all’interfaccia Si/Al2O3 sono presenti difetti caratteristici dell’interfaccia Si/SiOx. Le nostre osservazioni, dunque, sono coerenti con la formazione di uno strato di ossido di silicio tra Si e Al2O3.

Additions- und Umlagerungsreaktionen des Lewis-aciden Dihypersilylplumbandiyls in Umsetzungen mit monodenten und ambidenten Lewis-Basen

Die chemische Reaktivität des Dihypersilylplumbylens Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 wird durch seine besondere elektronische Struktur bestimmt. Im Unterschied zu Carbenen (Triplett-Grundzustand) liegen Plumbylene im Grundzustand als Singulett vor, mit einem energetisch hochliegenden HOMO (freies Elektronenpaar mit hohem s-Charakter) und einem tiefliegenden LUMO (näherungsweise: freies p-Orbital des Pb-Atoms). Daraus resultiert das amphotere Lewis-Säure/Lewis-Base-Verhalten der Verbindung, mit der Besonderheit, dass sich die beiden Lewis-Zentren am selben Atom befinden. rnIn Umsetzungen mit monodenten und ambidenten Lewis-Basen wurden die Lewis-aciden Eigenschaften des Dihypersilylplumbandiyls Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 untersucht. Reaktionen mit den sterisch anspruchsvollen O-Nucleophilen KOtBu (Kalium-tert-Butanolat) und KOiPrPh (4-Kaliumisopropylphenolat) führten bei tiefen Temperaturen zur primären Adduktbildung. Die aus der Strukturanalyse erhaltenen Bindungsdaten zeigen die extreme sterische Überfrachtung des zentralen Blei-Atoms. Der Abbau der sterischen Spannung ist möglicherweise die Ursache für offensichtlich stattfindende Umlagerungsfolgereaktionen (bei Reaktionsführungen bei T>-60°C), die aufgrund spektroskopische Untersuchungen zu vermuten sind.rnEingehender wurden diese Umlagerungsreaktionen in Umsetzungen des Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 mit ambidenten Lewis-Basen untersucht. In Übereinstimmung und Erweiterung mit früheren Ergebnissen von Klinkhammer (K. Klinkhammer, Polyhedron, 2002, 21, 587) konnte beispielsweise die Migration einer (mit der ambidenten Lewis-Base tert-Butylisonitril) bzw. beider Hypersilylgruppen (mit p-Tolylisocyanat) unter Bildung hetero- bzw. homoleptischer Plumbylene nachgewiesen werden.rnReaktionen des Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 mit den anorganischen ambidenten Salz-Ionen CN-, OCN-, SCN-, N3-, NO2- führen zur Bildung salzartiger Plumbanide der Zusammensetzung Me{Pb[Si(Si(CH3)3)3]2}Nu (Me: Na bzw. K, Nu: CN, OCN, SCN, N3, NO2). Die Verbindungen liegen im Kristall monomer als Kontaktionenpaar vor. Auf diese Weise gelang erstmalig die gezielte Synthese eines Blei(II)cyanids sowie die Darstellung eines Blei(II)isocyanats. rn

Elettrosintesi di catalizzatori Rh-Al2O3 su schiume FeCrAl per la produzione di syngas

La preparazione di catalizzatori attivi nella reazione di ossidazione parziale catalitica del metano a base di Rh, è stata condotta utilizzando tecniche di sintesi elettrochimiche su schiume metalliche a base di FeCrAlY. Sono stati depositati precursori a base di Rh/Al (Al2O3) e successivamente comparati ai catalizzatori a base idrotalcitica Rh/Mg/Al, precedentemente studiati. La precipitazione dei composti di Al ed idrotalciti sono stati ottenute tramite la tecnica di elettrogenerazione di basi. Sono state svolte prove di Linear Sweep Voltammetry (LSV) in soluzioni di KNO3 per determinare i potenziali ai quali si ottiene la riduzione dei nitrati, individuando il potenziale di sintesi a -1,2V. Tramite la tecnica potenziostatica (CronoAmperometria, CA) è stato possibile ottenere indicazioni sulle correnti in gioco durante la riduzione dei nitrati per tutto il tempo di reazione. Sono state eseguite successivamente cronoamperometrie in soluzione di Al(NO3)3 0,06M nelle condizioni -1,2V per tempi variabili, per poter determinare il grado di ricoprimento e l’adesione dei rivestimenti in ossoidrossido di alluminio su differenti supporti, partendo da geometrie semplici, come lamine metalliche in lega FeCrAlY, e passando mano a mano a geometrie più complesse, come fibre metalliche e schiume dello stesso materiale. La sintesi dei precursori catalitici è stata ottenuta su schiume di FeCrAlY in cronoamperometria utilizzando come specie in soluzione i nitrati dei metalli da depositare sottoforma di osso idrossidi. la sintesi viene effettuata successivamente su una cella in flusso più innovativa che da risultati migliori sia di ricoprimento che sulle percentuali di Rh depositato. Le schiume ottenute sono state successivamente caratterizzate, tramite analisi SEM-EDS, per poi essere calcinate a 900°C e provate, per determinarne l’attività nella reazione di ossidazione parziale catalitica del metano ad una temperatura di 750°C.

Effects of experimental nitrogen additions on plant diversity in an old-growth tropical forest

Response of plant biodiversity to increased availability of nitrogen (N) has been investigated in temperate and boreal forests, which are typically N-limited, but little is known in tropical forests. We examined the effects of artificial N additions on plant diversity (species richness, density and cover) of the understory layer in an N saturated old-growth tropical forest in southern China to test the following hypothesis: N additions decrease plant diversity in N saturated tropical forests primarily from N-mediated changes in soil properties. Experimental additions of N were administered at the following levels from July 2003 to July 2008: no addition (Control); 50 kg N ha−1 yr−1 (Low-N); 100 kg N ha−1 yr−1 (Medium-N), and 150 kg N ha−1 yr−1 (High-N). Results showed that no understory species exhibited positive growth response to any level of N addition during the study period. Although low-to-medium levels of N addition (≤100 kg N ha−1 yr−1) generally did not alter plant diversity through time, high levels of N addition significantly reduced species diversity. This decrease was most closely related to declines within tree seedling and fern functional groups, as well as to significant increases in soil acidity and Al mobility, and decreases in Ca availability and fine-root biomass. This mechanism for loss of biodiversity provides sharp contrast to competition-based mechanisms suggested in studies of understory communities in other forests. Our results suggest that high-N additions can decrease plant diversity in tropical forests, but that this response may vary with rate of N addition.