Investigation of the oxidative degradation mechanisms and melt stabilisation of a new generation metallocene polytehylene

The two main objectives of the research work conducted were firstly, to investigate the processing and rheological characteristics of a new generation metallocene catalysed linear low density polyethylene (m-LLDPE), in order to establish the thermal oxidative degradation mechanism, and secondly, to examine the role of selected commercial stabilisers on the melt stability of the polymers. The unstabilised m-LLDPE polymer was extruded (pass I) using a twin screw extruder, at different temperatures (210-285°C) and screw speeds (50-20rpm) and was subjected to multiple extrusions (passes, 2-5) carried out under the same processing conditions used in the first pass. A traditional Ziegler/Natta catalysed linear low density polyethylene (z-LLDPE) produced by the same manufacturer was also subjected to a similar processing regime in order to compare the processability and the oxidative degradation mechanism (s) of the new m-LLDPE with that of the more traditional z-LLDPE. The effect of some of the main extrusion characteristics of the polymers (m-LLDPE and z-LLDPE) on their melt rheological behaviour was investigated by examining their melt flow performance monitored at two fixed low shear rate values, and their rheological behaviour investigated over the entire shear rates experienced during extrusion using a twin-bore capillary rheometer. Capillary rheometric measurements, which determine the viscous and elastic properties of polymers, have shown that both polymers are shear thinning but the m-LLDPE has a higher viscosity than z-LLDPE and the extent of reduction in viscosity of the former when the extrusion temperature was increased from 210°C to 285°C was much higher than in the case of the z-LLDPE polymer. This was supplied by the findings that the m-LLDPE polymer required higher power consumption under all extrusion conditions examined. It was fUliher revealed that the m-LLDPE undergoes a higher extent of melt fracture, the onset of which occurs under much lower shear rates than the Ziegler-based polymer and this was attributed to its higher shear viscosity and narrower molecular weight distribution (MWD). Melt flow measurements and GPC have shown that after the first extrusion pass, the initial narrower MWD of m-LLDPE is retained (compared to z-LLDPE), but upon further multiple extrusion passes it undergoes much faster broadening of its MWD which shifts to higher Mw polymer fractions, paliicularly at the high screw speeds. The MWD of z-LLDPE polymer on the other hand shifts towards the lower Mw end. All the evidence suggest therefore the m-LLDPE undergoes predominantly cross-linking reactions under all processing conditions whereas z-LLDPE undergoes both cross-linking and chain scission reactions with the latter occurring predominantly under more severe processing conditions (higher temperatures and screw speeds, 285°CI200rpm). The stabilisation of both polymers with synergistic combinations of a hindered phenol (Irganox 1076) and a phosphite (Weston 399) at low concentrations has shown a high extent of melt stabilisation in both polymers (extrusion temperatures 210-285°C and screw speeds 50-200rpm). The best Irganox 1076/Weston 399 system was found to be at an optimum 1:4 w/w ratio, respectively and was found to be most effective in the z-LLDPE polymer. The melt stabilising effectiveness of a Vitamin E/Ultranox 626 system used at a fraction of the total concentration of Irganox 1076/Weston 399 system was found to be higher in both polymers (under all extrusion conditions). It was found that AOs which operate primarily as alkyl (Re) radical scavengers are the most effective in inhibiting the thermal oxidative degradation of m-LLDPE in the melt; this polymer was shown to degrade in the melt primarily via alky radicals resulting in crosslinking. Metallocene polymers stabilised with single antioxidants of Irganox HP 136 (a lactone) and Irganox E201 (vitamin E) produced the highest extent of melt stability and the least discolouration during processing (260°C/1 OOrpm). Furthermore, synergistic combinations of Irganox HP I 36/Ultranox 626 (XP-60) system produced very high levels of melt and colour stability (comparable to the Vitamin E based systems) in the mLLDPE polymer. The addition of Irganox 1076 to an Irganox HP 136/Ultranox 626 system was found not to result in increasing melt stability but gave rise to increasing discolouration of the m-LLDPE polymer. The blending of a hydroxylamine (lrgastab FS042) with a lactone and Vitamin E (in combination with a phosphite) did not increase melt stability but induced severe discolouration of resultant polymer samples.

The mechanical behaviour of cylindrical GRP panels

Glass reinforced plastic (GRP) is now an established material for the fabrication of sonar windows. Its good mechanical strength, light weight, resistance to corrosion and acoustic transparency, are all properties which fit it for this application. This thesis describes a study, undertaken at the Royal Naval Engineering College, Plymouth, into the mechanical behaviour of a circular cylindrical sonar panel. This particular type of panel would be used to cover a flank array sonar in a ship or submarine. The case considered is that of a panel with all of its edges mechanically clamped and subject to pressure loading on its convex surface. A comprehensive program of testing, to determine the orthotropic elastic properties of the laminated composite panel material is described, together with a series of pressure tests on 1:5 scale sonar panels. These pressure tests were carried out in a purpose designed test rig, using air pressure to provide simulated hydrostatic and hydrodynamic loading. Details of all instrumentation used in the experimental work are given in the thesis. The experimental results from the panel testing are compared with predictions of panel behaviour obtained from both the Galerkin solution of Flugge's cylindrical shell equations (orthotropic case), and finite element modelling of the panels using PAFEC. A variety of appropriate panel boundary conditions are considered in each case. A parametric study, intended to be of use as a preliminary design tool, and based on the above Galerkin solution, is also presented. This parametric study considers cases of boundary conditions, material properties, and panel geometry, outside of those investigated in the experimental work Final conclusions are drawn and recommendations made regarding possible improvements to the procedures for design, manufacture and fixing of sonar panels in the Royal Navy.

Examining crystallographic orientation dependence of hardness of silica stishovite

We conducted nanoindentation to explore the hardness and elastic properties of silica stishovite, synthesized at high pressure and quenched to ambient conditions. A total of 10 crystallographic orientations were examined on selected grains with a maximum load of 4 or 20 mN. We observed discontinuity in the load-displacement curve (pop-in) for the [2 5 over(1, -)] and [6 2 over(1, -)] grains subjected to a maximum load of 20 mN. The single-crystal hardness at high plastic deformation is quasi-isotropic with an average of 32 ± 1 GPa, similar to the polycrystalline hardness reported earlier; the theoretical hardness determined from the experiments is about 54 ± 3 GPa. These two hardnesses suggest that stishovite is one of the hardest oxides. The measured indentation moduli are close to the predictions at low load (minor plasticity) but are considerably lower at high load (high plasticity). Both indentation hardness and modulus decrease with increasing plasticity. Our results underscore the necessity of considering the degree of plastic deformation when interpreting hardness and elastic moduli from indentation experiments. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

(Table 2) Petrophysical, petrological, and geochemical characteristics of ODP Hole 163-990A sediments

Ocean Drilling Program Hole 990A penetrated 131 m of subaerially emplaced Paleocene flood basalts on the Southeast Greenland margin with a recovery of 74%. Shipboard P-wave velocity (Vp), density, and magnetic susceptibility were measured with 2- to 15-cm intervals on the core. Individual flow units were divided into four zones based on the observed petrophysical characteristics. From the top, these are Zone I (<7 m thick with a Vp of ~2.5 km/s), Zone II (3-5 m thick with a strongly increasing Vp from 2.5 to 5.5 km/s), Zone III (up to 20 m thick with a Vp of ~5.5-6.0 km/s), and Zone IV (<2 m thick with a strongly decreasing Vp from 6.0 to 2.5 km/s). Eighteen samples were selected from three of the fourteen penetrated basalt units for geochemical, petrological, and petrophysical studies focusing on the altered, low-velocity upper lava Zones I and II. Zone I is strongly altered to >50% clay minerals (smectite) and iron hydroxides, and the petrophysical properties are primarily determined by the clay properties. Zone II is intermediately altered with 5%-20% clay minerals, where the petrophysical properties are a function of both the degree of alteration and porosity variations. Shipboard and shore-based measurements of the same samples show that storage permanently lowers the elastic moduli of basalt from Zones I to III. This is related to the presence of even small quantities of swelling clays. The data show that alteration processes are important in determining the overall seismic properties of flood basalt constructions. The degree and depth of alteration is dependent on the primary lava flow emplacement structures and environment. Thus, the interplay of primary emplacement and secondary alteration structures determine the elastic properties of basalt piles. Rock property theories for sand-clay systems are further used to model the physical property variations in these altered crystalline rocks.

Dynamically mechanical and nano-impact (fatigue) analysis of touch screen thin films deposited on polyethylene terephthalate substrate

Nano-scale touch screen thin film have not been thoroughly investigated in terms of dynamic impact analysis under various strain rates. This research is focused on two different thin films, Zinc Oxide (ZnO) film and Indium Tin Oxide (ITO) film, deposited on Polyethylene Terephthalate (PET) substrate for the standard touch screen panels. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) was performed on the ZnO film coated PET substrates. Nano-impact (fatigue) testing was performed on ITO film coated PET substrates. Other analysis includes hardness and the elastic modulus measurements, atomic force microscopy (AFM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and the Scanning Electron Microscopy (SEM) of the film surface.
Ten delta of DMA is described as the ratio of loss modulus (viscous properties) and storage modulus (elastic properties) of the material and its peak against time identifies the glass transition temperature (Tg). Thus, in essence the Tg recognizes changes from glassy to rubber state of the material and for our sample ZnO film, Tg was found as 388.3 K. The DMA results also showed that the Ten delta curve for Tg increases monotonically in the viscoelastic state (before Tg) and decreases sharply in the rubber state (after Tg) until recrystallization of ZnO takes place. This led to an interpretation that enhanced ductility can be achieved by negating the strength of the material.
For the nano-impact testing using the ITO coated PET, the damage started with the crack initiation and propagation. The interpretation of the nano-impact results depended on the characteristics of the loading history. Under the nano-impact loading, the surface structure of ITO film suffered from several forms of failure damages that range from deformation to catastrophic failures. It is concluded that in such type of application, the films should have low residual stress to prevent deformation, good adhesive strength, durable and good resistance to wear.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Atomic-level structure and deformation in metallic glasses

Metallic glasses (MGs) are a relatively new class of materials discovered in 1960 and lauded for its high strengths and superior elastic properties. Three major obstacles prevent their widespread use as engineering materials for nanotechnology and industry: 1) their lack of plasticity mechanisms for deformation beyond the elastic limit, 2) their disordered atomic structure, which prevents effective study of their structure-to-property relationships, and 3) their poor glass forming ability, which limits bulk metallic glasses to sizes on the order of centimeters. We focused on understanding the first two major challenges by observing the mechanical properties of nanoscale metallic glasses in order to gain insight into its atomic-level structure and deformation mechanisms. We found that anomalous stable plastic flow emerges in room-temperature MGs at the nanoscale in wires as little as ~100 nanometers wide regardless of fabrication route (ion-irradiated or not). To circumvent experimental challenges in characterizing the atomic-level structure, extensive molecular dynamics simulations were conducted using approximated (embedded atom method) potentials to probe the underlying processes that give rise to plasticity in nanowires. Simulated results showed that mechanisms of relaxation via the sample free surfaces contribute to tensile ductility in these nanowires. Continuing with characterizing nanoscale properties, we studied the fracture properties of nano-notched MGnanowires and the compressive response of MG nanolattices at cryogenic (~130 K) temperatures. We learned from these experiments that nanowires are sensitive to flaws when the (amorphous) microstructure does not contribute stress concentrations, and that nano-architected structures with MG nanoribbons are brittle at low temperatures except when elastic shell buckling mechanisms dominate at low ribbon thicknesses (~20 nm), which instead gives rise to fully recoverable nanostructures regardless of temperature. Finally, motivated by understanding structure-to-property relationships in MGs, we studied the disordered atomic structure using a combination of in-situ X-ray tomography and X-ray diffraction in a diamond anvil cell and molecular dynamics simulations. Synchrotron X-ray experiments showed the progression of the atomic-level structure (in momentum space) and macroscale volume under increasing hydrostatic pressures. Corresponding simulations provided information on the real space structure, and we found that the samples displayed fractal scaling (r^d ∝ V, d < 3) at short length scales (< ~8 Å), and exhibited a crossover to a homogeneous scaling (d = 3) at long length scales. We examined this underlying fractal structure of MGs with parallels to percolation clusters and discuss the implications of this structural analogy to MG properties and the glass transition phenomenon.

AMPLITUDE-VERSUS-ANGLE ANALYSIS AND WIDE-ANGLE-INVERSION OF CROSSWELL SEISMIC DATA IN A CARBONATE RESERVOIR

Crosswell data set contains a range of angles limited only by the geometry of the source and receiver configuration, the separation of the boreholes and the depth to the target. However, the wide angles reflections present in crosswell imaging result in amplitude-versus-angle (AVA) features not usually observed in surface data. These features include reflections from angles that are near critical and beyond critical for many of the interfaces; some of these reflections are visible only for a small range of angles, presumably near their critical angle. High-resolution crosswell seismic surveys were conducted over a Silurian (Niagaran) reef at two fields in northern Michigan, Springdale and Coldspring. The Springdale wells extended to much greater depths than the reef, and imaging was conducted from above and from beneath the reef. Combining the results from images obtained from above with those from beneath provides additional information, by exhibiting ranges of angles that are different for the two images, especially for reflectors at shallow depths, and second, by providing additional constraints on the solutions for Zoeppritz equations. Inversion of seismic data for impedance has become a standard part of the workflow for quantitative reservoir characterization. Inversion of crosswell data using either deterministic or geostatistical methods can lead to poor results with phase change beyond the critical angle, however, the simultaneous pre-stack inversion of partial angle stacks may be best conducted with restrictions to angles less than critical. Deterministic inversion is designed to yield only a single model of elastic properties (best-fit), while the geostatistical inversion produces multiple models (realizations) of elastic properties, lithology and reservoir properties. Geostatistical inversion produces results with far more detail than deterministic inversion. The magnitude of difference in details between both types of inversion becomes increasingly pronounced for thinner reservoirs, particularly those beyond the vertical resolution of the seismic. For any interface imaged from above and from beneath, the results AVA characters must result from identical contrasts in elastic properties in the two sets of images, albeit in reverse order. An inversion approach to handle both datasets simultaneously, at pre-critical angles, is demonstrated in this work. The main exploration problem for carbonate reefs is determining the porosity distribution. Images of elastic properties, obtained from deterministic and geostatistical simultaneous inversion of a high-resolution crosswell seismic survey were used to obtain the internal structure and reservoir properties (porosity) of Niagaran Michigan reef. The images obtained are the best of any Niagaran pinnacle reef to date.

The influence of microcrack density on the elastic and fracture mechanical properties of stripa granite

Microcracks can have a strong influence on the elastic and fracture mechanical properties of rocks if they are numerous, or if they are orientated in unfavourable directions in anisotropic rocks in particular. This paper presents results from a great number of mechanical tests on Stripa granite containing various amounts of microcracks. Variations in the microcrack density were obtained by shock-heating the rock at different temperatures in the range 100–600°C for 3 h.

Elastic and electronic properties of CoFe3N, RhFe3N, and IrFe3N from first principles

First principles calculations are performed to investigate the elastic and electronic properties of MFe3N (M=Co,Rh,Ir) at Pm-3m space group. The authors' calculation indicates that the three MFe3N phases are metallic and mechanically stable. For RhFe3N, the calculated lattice parameter of 3.826 A is in excellent agreement with the experimental value of 3.8292 A. The three phases are ferromagnetic with the calculated magnetic moments per f.u. being 8.92 mu(B) for CoFe3N, 9.04 mu(B) for RhFe3N, and 8.50 mu(B) for IrFe3N. The unusually large B/G ratio from 2.47 for CoFe3N and 2.45 for RhFe3N to 1.81 for IrFe3N indicates that they are ductile.

First-principles investigation on the elastic, magnetic and electronic properties of MFe3N (M = Fe, Ru, Os)

The elastic, magnetic and electronic properties of MFe3N (M = Fe, Ru, Os) are investigated via first-principles calculations. The calculated results are in agreement with the experimental and other theoretical data. The high ratios of bulk modulus to shear modulus 2.7, 2.0, and 1.8 for gamma'-Fe4N, RuFe3N, and OsFe3N, respectively, indicate that they have good ductility. gamma'-Fe4N possesses the largest B/C-44 (3.41) ratio, which suggests that it is much prone to shearing. The net magnetic moment per formula unit decreases from 9.90 for gamma'-Fe4N, 7.66 for RuFe3N, to 6.80 mu(B) for OsFe3N.