Evaluation of Chemical Treatment on Zirconia Surface with Two Primer Agents and an Alkaline Solution on Bond Strength

Objectives: This study evaluated the effect of an alkaline solution and two 10-methacryloyloxydecyl dihydrogen phosphate (MDP)-based primer agents on bond strength to zirconia (yttria-stabilized tetragonal zirconium polycrystal [Y-TZP]) through the shear bond strength (SBS) test. Materials and Methods: Sixty square-shaped Y-TZP samples were embedded in an acrylic resin mold, polished, and randomly assigned to one of six groups (n=10) according to treatment surface: group CR, no treatment (control); group NaOH, 0.5 M NaOH; group AP, Alloy Primer; group ZP, Z-Primer Plus; group NaOH-AP, 0.5 M NaOH + Alloy Primer; and group NaOH-ZP, 0.5 M NaOH + Z-Primer Plus. The resin cement (Rely X U100) was applied inside a matrix directly onto the Y-TZP surface, and it was light-cured for 40 seconds. The samples were stored in distilled water at 37 C for 24 hours prior to the test, which was performed in a universal machine at a crosshead-speed of 0.5 mm/min. The data were analyzed by one-way analysis of variance and Tukey tests (p<0.05). Light stereomicroscopy and scanning electron microscopy were used to assess the surface topography and failure mode. Results: The SBS was significantly affected by the chemical treatment (p<0.0001). The AP group displayed the best results, and the use of NaOH did not improve SBS results relative to either AP or ZP. The samples treated with Alloy Primer displayed mainly mixed failures, whereas those conditioned with Z-Primer Plus or with 0.5 M NaOH presented a balanced distribution of adhesive and mixed failure modes. Conclusions: The use of a NaOH solution may have modified the reactivity of the Y-TZP surface, whereas the employment of a MDP/6-4-vinylbenzyl-n-propyl amino-1,3,5-triazine2,4-dithione-based primer enhanced the Y-TZP bond strength.

Effect of the root canal final rinse protocols on the debris and smear layer removal and on the push-out strength of an epoxy-based sealer

The aim of the present study was to evaluate the efficacy of QMiX, SmearClear, and 17% EDTA for the debris and smear layer removal from the root canal and its effects on the push-out bond strength of an epoxy-based sealer by scanning electron microscopy (SEM). Forty extracted human canines (n = 10) were assigned to the following final rinse protocols: G1-distilled water (control), G2–17% EDTA, G3-SmearClear, and G4-QMiX. The specimens were submitted to a SEM analysis to evaluate the presence of debris and smear layer, respectively, in the apical or cervical segments. In sequence, forty extracted human maxillary canines with the root canals instrumented were divided into four groups (n = 10) similar to the SEM analysis study. After the filling with AH Plus, the roots were transversally sectioned to obtain dentinal slices. The specimens were submitted to a push-out bond strength test using an electromechanical testing machine. The statistical analysis for the SEM and push-out bond strength studies were performed using the Kruskal–Wallis and Dunn tests (α = 5%). There was no difference among the G2, G3, and G4 efficacy in removing the debris and smear layer (P > 0.05). The efficacy of these groups was superior to the control group. The push-out bond strength values of G2, G3, and G4 were superior to the control group. The ability to remove the debris and smear layer by SmearClear and QMiX was as effective as the 17% EDTA. The final rinse with these solutions promoted similar push-out bond strength values.

Thermo and mechanical cycling and veneering method do not influence Y-TZP core/veneer interface bond strength

Objectives: The purpose of this study was to evaluate the influence of thermal and mechanical cycling and veneering technique on the shear bond strength of Y-TZP (yttrium oxide partially stabilized tetragonal zirconia polycrystal) core–veneer interfaces. Materials and methods: Cylindrical Y-TZP specimens were veneered either by layering (n = 20) or by pressing technique (n = 20). A metal ceramic group (CoCr) was used as control (n = 20). Ten specimens for each group were thermal and mechanical cycled and then all samples were subjected to shear bond strength in a universal testing machine with a 0.5 mm/min crosshead speed. Mean shear bond strength (MPa) was analysed with a 2-way analysis of variance and Tukey’s test ( p < 0.05). Failure mode was determined using stereomicroscopy and scanning electron microscopy (SEM). Results: Thermal and mechanical cycling had no influence on the shear bond strength for all groups. The CoCr group presented the highest bond strength value ( p < 0.05) (34.72 7.05 MPa). There was no significant difference between Y-TZP veneered by layering (22.46 2.08 MPa) or pressing (23.58 2.1 MPa) technique. Failure modes were predominantly adhesive for CoCr group, and cohesive within veneer for Y-TZP groups. Conclusions: Thermal and mechanical cycling, as well as the veneering technique does not affect Y-TZP core–veneer bond strength. Clinical significance: Different methods of veneering Y-TZP restorations would not influence the clinical performance of the core/veneer interfaces.

Electron collisions with the HCOOH...(H2O)n (n=1, 2 and 3) complexes in liquid phase: the influence on the π* shape resonance of formic acid

In this conference we report cross sections for elastic collisions of low-energy electrons with the HCOOH…(H2O)n complexes, with n = 1, 2 and 3. The scattering cross sections were computed with the Schwinger multichannel method [K. Takatsuka and V. McKoy, Phys. Rev. A 24 , 2473 (1981); Phys. Rev. A 30 , 1734 (1984)] with pseudopotentials [M. H. F. Bettega, L. G. Ferreira, and M. A. P. Lima, Phys. Rev. A 47, 1111 (1993)] in the static-exchange and static-exchange plus polarization approximations, for energies from 0.5 eV to 6 eV. We considered some diÆerent hydrogen-bonded structures for the complexes that were generated with classical Monte Carlo simulations [K. Coutinho and S. Canuto, J. Chem. Phys. 113, 9132, (2000)]. The aim of this work is to investigate the effect of the surrounding water molecules on the π* shape resonance of the solute. Previous theoretical and experimental studies carried out in the gas phase reported a π* state for HCOOH at around 1.9 eV. For the n = 1 case and for all complexes, the stabilization of the resonance was observed (it appears at lower energy compared to the value obtained in the gas phase), as reported previously for the CH2O…H2O complexes [T. C. Freitas, M. A. P. Lima, S. Canuto, and M. H. F. Bettega, Phys. Rev. A 80, 062710 (2009)]. This result indicates that the presence of the solvent may affect the processes related to the π* state, such as the molecular dissociation by electron impact. For the n = 2 case we have observed both stabilization and destabilization of the π* resonance, that is associated with the hydrogen bond donor or acceptor role of the water molecules in the complexes. For the n = 3 case, preliminary static-exchange results show the stabilization of the π* state. We propose an explanation of the stabilization/destabilization of the π* state in terms of the polarization of the solute due to the surrounding water molecules and the net charge in the solute.

Donor-Akzeptor-substituierte Oligo(phenylenethinylen)e und Oligo(thienylenethinylen)e

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Synthese und den Eigenschaftsuntersuchungen von Oligo(phenylenethinylen)en (OPEs) und Oligo(thienylenethinylen)en (OTEs) mit terminaler Donor-Akzeptor-Substitution. Die Darstellung der Oligomerenreihen erfolgt über ein „Baukastensystem“ bestehend aus Start,- Synthese, - und dem jeweiligen Endbaustein. Die zentrale Synthesereaktion zum Aufbau der Push-Pull-Systeme ist eine moderne und effektive Pd-katalysierte Reaktion, die Sonogashira-Hagihara-Kupplung. Für die dialkylaminosubstituierten OPE-Systeme konnten die Cyano,- Formyl,- Nitro –und Dicyanovinylgruppe als Akzeptoren eingeführt werden. In der dodecylsulfanylsubstituierten OTE-Serie wurde als Akzeptor die Nitrogruppe verwendet, während in der methoxysubstituierten OTE-Reihe die Formyl,- Nitro –und Dicyanovinylgruppe als Akzeptoren eingeführt wurde. Alle Reihen konnten mittels 1H-, 13C-, IR-, MS- und UV/Vis-Spektroskopie vollständig charakterisiert werden. Die Lage des langwelligen Absorptionsmaximums zeigt eine starke Abhängigkeit von der Donor- und Akzeptorstärke der Substituenten sowie von der Länge des konjugierten Pie-Systems. Für beide Pie-Systeme ergibt sich bei hinreichend starker Donor- und Akzeptorsubstitution eine ungewöhnliche hypsochrome Verschiebung der langwelligen Absorptionsmaxima. Mit Hilfe der semiempirischen Quantenmechanik wird ein Modell vorgestellt, das die ungewöhnlichen spektroskopischen Eigenschaften der OPEs und OTEs erklären und vorhersagen kann. Mittels elektrooptischer Absorptionsmessungen ( EOAM ), EFISHG-Messungen sowie der Frequenzverdreifachungsspektroskopie ( THG ) werden die NLO-Eigenschaften in Abhängigkeit von der Konjugationslänge der nitrosubstituierten OPE-Serie bestimmt.

NMR studies on supramolecular aggregates in solution and the solid state

The aim of this work presented here is the characterization of structure and dynamics of different types of supramolecular systems by advanced NMR spectroscopy. One of the characteristic features of NMR spectroscopy is based on its high selectivity. Thus, it is desirable to exploit this technique for studying structure and dynamics of large supramolecular systems without isotopic enrichment. The observed resonance frequencies are not only isotope specific but also influenced by local fields, in particular by the distribution of electron density around the investigated nucleus. Barbituric acid are well known for forming strongly hydrogen-bonded complexes with variety of adenine derivatives. The prototropic tautomerism of this material facilitates an adjustment to complementary bases containing a DDA(A = hydrogen bond acceptor site, D = hydrogen bond donor site) or ADA sequences, thereby yielding strongly hydrogen-bonded complexes. In this contribution solid-state structures of the enolizable chromophor "1-n-butyl-5-(4-nitrophenyl)-barbituric acid" that features adjustable hydrogen-bonding properties and the molecular assemblies with three different strength of bases (Proton sponge, adenine mimetic 2,6-diaminopyridine (DAP) and 2,6-diacetamidopyridine (DAC)) are studied. Diffusion NMR spectroscopy gives information over such interactions and has become the method of choice for measuring the diffusion coefficient, thereby reflecting the effective size and shape of a molecular species. In this work the investigation of supramolecular aggregates in solution state by means of DOSY NMR techniques are performed. The underlying principles of DOSY NMR experiment are discussed briefly and more importantly two applications demonstrating the potential of this method are focused on. Calix[n]arenes have gained a rather prominent position, both as host materials and as platforms to design specific receptors. In this respect, several different capsular contents of tetra urea calix[4]arenes (benzene, benzene-d6, 1-fluorobenzene, 1-fluorobenzene-d5, 1,4-difluorobenzene, and cobaltocenium) are studied by solid state NMR spectroscopy. In the solid state, the study of the interaction between tetra urea calix[4]arenes and guest is simplified by the fact that the guests molecule remains complexed and positioned within the cavity, thus allowing a more direct investigation of the host-guest interactions.

Extended donor and acceptor molecules for organic electronics

Die Untersuchung von halbleitenden Materialien auf der Basis von organischen Molekülen stellt ein Gebiet der angewandten Forschung an der Schwelle zur industriellen Nutzung dar. Geringes Gewicht und hohe mechanische Flexibilität ermöglichen völlig neue Produkte, die mit anorganischen Halbleitern nicht zu realisieren sind. Die Herstellung von Bauteilen wie Transistoren, Solarzellen oder Leuchtdioden aus organischen Materialien ist ein komplexes Gebiet, das einer Vielzahl von unterschiedlichen Optimierungen bedarf, um eine konkurrenzfähige Leistung zu erreichen. Die synthetische organische Chemie bietet vielfältige Möglichkeiten, mit maßgeschneiderten Lösungen zum Optimierungsprozess beizutragen. Zum einen können neue aktive Materialien hergestellt werden mit besserer Leistung und leichterer Verarbeitbarkeit. Zum anderen sind Substanzen zugänglich, die z.B. bei der Ladungsträgerinjektion hilfreich sein können.rnIn dieser Arbeit wurde an beiden dieser Fronten gearbeitet. Dabei lag die Entwicklungsstrategie darin, ausgedehnte π-konjugierte Moleküle herzustellen, die entweder besonders elektronenarme Akzeptoren oder elektronenreiche Donoren darstellen. Die genaue Kontrolle der elektronischen Niveaus stellt einen wichtigen Bestandteil dar, um niedrige elektrische Kontaktbarrieren zu Metallen zu erreichen und ausreichend stabile Materialien zu erreichen.rnDer erste Fokus der Arbeiten lag in der Funktionalisierung von Coronen. Dieser PAH stellt einen guten Kompromiss bezüglich seiner Größe dar: Er ist groß genug, um Diffusion in andere Schichten von Bauteilen zu vermeiden, aber nicht zu groß, um Verarbeitung durch Vakuumsublimation zu ermöglichen. Bislang sind praktisch keine Coronen-Derivate in der Literatur beschrieben, weshalb eine neue Synthese entwickelt werden musste, die die Einführung starker Donor- und Akzeptorfunktionalitäten erlaubt. Die photochemische Cyclodehydrierung von substituierten [2.2.2]paracyclophan-trienen stellte sich als hervorragende Möglichkeit heraus, dies zu bewerkstelligen. Es wurde eine Reihe von methoxy-substitutierten Coronenen mit unterschiedlicher Symmetrie hergestellt. Mittels optischer Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass Methoxygruppen wenig Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Coronen haben. Unter Spaltung der Methylether und anschließender Oxidation allerdings sind Coronenketone zugänglich, welche bis zu drei α-Diketongruppen besitzen. Diese Moleküle sind enorm starke Akzeptoren, was durch Cyclovoltammetrie und Vergleich zu anderen Akzeptoren eindrucksvoll gezeigt werden konnte. Die Sublimation dieses Akzeptors auf die Oberfläche von Metallen zeigt einen dramatischen Einfluss auf die Austrittsarbeit dieses Metalls, was zur Herstellung eines ohmschen Kontakts zu organischen Halbleitern von außerordentlichem Nutzen ist. rnDen zweiten Teil der Arbeit bilden Benzodithiophen enthaltende Polymere, die für den Einsatz als aktive Komponente in elektronischen Bauteilen entwickelt wurden. Nach systematischer Strukturoptimierung wurde ein Polymer enthalten, welches in einem Feldeffekt-Transistor auf Standard-Silizium-Substraten Ladungsträger-Mobilitäten über 0,1 cm2/Vs erreicht mit großer Reproduzierbarkeit und ausgezeichneter Transistor-Charakteristik. Es konnte gezeigt werden, dass die durch die Monomergeometrie erzeugte Kurvung des Polymers zu einem optimalen Kompromiss aus Löslichkeit und effektiver Packung darstellt. Auf für industrielle Anwendungen besonders interessanten polymer-basierten Substraten wurde eine noch erheblich bessere Leistung gezeigt. Auf einem PET-Substrat wurden Feldeffekt-Mobilitäten von 0,5 cm2/Vs gemessen mit überzeugenden Reproduzierbarkeit und Stabilität.rnDamit konnte in der Arbeit ein bedeutender Beitrag zur Weiterentwicklung von Materialien für den Einsatz in elektronischen Bauteilen geleistet werden. Die Substanzen versprechen noch erhebliches Potenzial nach intensiver Optimierung und wurden deshalb zum Patent angemeldet.rn

Theoretical study of correlated systems using hybrid functionals

Diese Arbeit unterstreicht das Potential von Hybridfunktionalen (B3LYP) für die Untersuchung einer großen Bandbreite von Systemen. Durch die Einbeziehung der exakten Hartree-Fock Austauschenergie kann B3LYP für molekulare und kristalline Systeme eingesetzt werden. Zum Beispiel können stark korrelierte Systeme mit B3LYP erfolgreich erforscht werden. Die elektronische Struktur von PAHs wurde mit B3LYP Hybriddichtefunktionalen untersucht. Mit der ∆SCF-Methode wurden Elektronenbindungsenergien bestimmt, welche die mit UPS gewonnenen experimentellen Resultate bestätigen und ergänzen. Symmetrieeigenschaften der molekularen Orbitale wurden analysiert, um eine Zuordnung und Einschätzung der zugehörigen Signalstärke zu ermöglichen. Während σ-artige Orbitale nur schwer durch UPS-Messungen an dünnen Filmen detektiert werden können, bieten Rechnungen eine detaillierte Einsicht in die verborgenen Teile der Spektren.rnWeiterhin wurden π−π-Komplexe untersucht, welche von verschiedenen Donor- und Akzeptor-Molekülen gebildet werden. Die Moleküle basieren auf polyzyklischen, aromatischen Kohlenwasserstoffen. Für Ladungstransferkomplexe finden DFT Rechnungen ein Minimum in der Oberfläche der potentiellen Energie. Diese attraktive Wechselwirkung wird durch Coulombanziehung verursacht. Allerdings ist die Coulombanziehung nicht die stärkste Wechselwirkung in Ladungstransferkomplexen. Die Einbeziehung von van der Waals-Korrekturen verbessert den intermolekularen Abstand und die Bindungsenergie.rnEine Verkleinerung der intermolekularen Abstände führt zu einer großen Verschiebung der HOMO- und LUMO-Energie.rnAus der Klasse der kristallinen korrelierten Systeme wurden Rb4O6 und FeSe untersucht. Im Falle von Rb4O6 führen Ladungsordnung und Korrelationen zu einem isolierenden Grundzustand. Das hypothetische druckabhängige Phasendiagramm wurde untersucht. Eine Erhöhung des Drucks führt zu einer vergrößerten Bandlücke. Bei etwa 75 GPa wird die Bandbreite W größer als der Bandabstand U und das System nimmt einen homogen gemischt valenten Zustand mit teilweise besetzten π−π-Orbitalen an. Für Drücke ab 160 GPa wird W sehr viel größer als U und das System wird metallisch.rnIm Fall von FeSe finden wir eine korrelierte und isolierende Phase bei hohen Drücken, während das System bei niedrigen Drücken supraleitendes Verhalten zeigt. Die Berechnungen der Elektronenstruktur mit dem Hybridfunktional B3LYP führt zum korrekten halbleitenden Grundzustand in der NiAs- und MnP-Struktur von FeSe. Die Rolle der Korrelationen, der Stöchiometrie und der Nähe zum Magnetismus wird besprochen. Im Speziellen wird gezeigt, dass die Phase mit NiAs-Struktur starke lokale Korrelationen aufweist, was zu einem halbleitenden Zustand in einem weiten Druckbereich führt.

Electron spectroscopy of novel charge transfer systems based on polycyclic aromatic hydrocarbons

Organische Ladungstransfersysteme weisen eine Vielfalt von konkurrierenden Wechselwirkungen zwischen Ladungs-, Spin- und Gitterfreiheitsgraden auf. Dies führt zu interessanten physikalischen Eigenschaften, wie metallische Leitfähigkeit, Supraleitung und Magnetismus. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der elektronischen Struktur von organischen Ladungstransfersalzen aus drei Material-Familien. Dabei kamen unterschiedliche Photoemissions- und Röntgenspektroskopietechniken zum Einsatz. Die untersuchten Moleküle wurden z.T. im MPI für Polymerforschung synthetisiert. Sie stammen aus der Familie der Coronene (Donor Hexamethoxycoronen HMC und Akzeptor Coronen-hexaon COHON) und Pyrene (Donor Tetra- und Hexamethoxypyren TMP und HMP) im Komplex mit dem klassischen starken Akzeptor Tetracyanoquinodimethan (TCNQ). Als dritte Familie wurden Ladungstransfersalze der k-(BEDT-TTF)2X Familie (X ist ein monovalentes Anion) untersucht. Diese Materialien liegen nahe bei einem Bandbreite-kontrollierten Mottübergang im Phasendiagramm.rnFür Untersuchungen mittels Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) wurden UHV-deponierte dünne Filme erzeugt. Dabei kam ein neuer Doppelverdampfer zum Einsatz, welcher speziell für Milligramm-Materialmengen entwickelt wurde. Diese Methode wies im Ladungstransferkomplex im Vergleich mit der reinen Donor- und Akzeptorspezies energetische Verschiebungen von Valenzzuständen im Bereich weniger 100meV nach. Ein wichtiger Aspekt der UPS-Messungen lag im direkten Vergleich mit ab-initio Rechnungen.rnDas Problem der unvermeidbaren Oberflächenverunreinigungen von lösungsgezüchteten 3D-Kristallen wurde durch die Methode Hard-X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES) bei Photonenenergien um 6 keV (am Elektronenspeicherring PETRA III in Hamburg) überwunden. Die große mittlere freie Weglänge der Photoelektronen im Bereich von 15 nm resultiert in echter Volumensensitivität. Die ersten HAXPES Experimente an Ladungstransferkomplexen weltweit zeigten große chemische Verschiebungen (mehrere eV). In der Verbindung HMPx-TCNQy ist die N1s-Linie ein Fingerabdruck der Cyanogruppe im TCNQ und zeigt eine Aufspaltung und einen Shift zu höheren Bindungsenergien von bis zu 6 eV mit zunehmendem HMP-Gehalt. Umgekehrt ist die O1s-Linie ein Fingerabdruck der Methoxygruppe in HMP und zeigt eine markante Aufspaltung und eine Verschiebung zu geringeren Bindungsenergien (bis zu etwa 2,5eV chemischer Verschiebung), d.h. eine Größenordnung größer als die im Valenzbereich.rnAls weitere synchrotronstrahlungsbasierte Technik wurde Near-Edge-X-ray-Absorption Fine Structure (NEXAFS) Spektroskopie am Speicherring ANKA Karlsruhe intensiv genutzt. Die mittlere freie Weglänge der niederenergetischen Sekundärelektronen (um 5 nm). Starke Intensitätsvariationen von bestimmten Vorkanten-Resonanzen (als Signatur der unbesetzte Zustandsdichte) zeigen unmittelbar die Änderung der Besetzungszahlen der beteiligten Orbitale in der unmittelbaren Umgebung des angeregten Atoms. Damit war es möglich, präzise die Beteiligung spezifischer Orbitale im Ladungstransfermechanismus nachzuweisen. Im genannten Komplex wird Ladung von den Methoxy-Orbitalen 2e(Pi*) und 6a1(σ*) zu den Cyano-Orbitalen b3g und au(Pi*) und – in geringerem Maße – zum b1g und b2u(σ*) der Cyanogruppe transferiert. Zusätzlich treten kleine energetische Shifts mit unterschiedlichem Vorzeichen für die Donor- und Akzeptor-Resonanzen auf, vergleichbar mit den in UPS beobachteten Shifts.rn

Exact quantum Monte Carlo methods for correlated electron systems

Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung und Kombination verschiedener numerischer Methoden, sowie deren Anwendung auf Probleme stark korrelierter Elektronensysteme. Solche Materialien zeigen viele interessante physikalische Eigenschaften, wie z.B. Supraleitung und magnetische Ordnung und spielen eine bedeutende Rolle in technischen Anwendungen. Es werden zwei verschiedene Modelle behandelt: das Hubbard-Modell und das Kondo-Gitter-Modell (KLM). In den letzten Jahrzehnten konnten bereits viele Erkenntnisse durch die numerische Lösung dieser Modelle gewonnen werden. Dennoch bleibt der physikalische Ursprung vieler Effekte verborgen. Grund dafür ist die Beschränkung aktueller Methoden auf bestimmte Parameterbereiche. Eine der stärksten Einschränkungen ist das Fehlen effizienter Algorithmen für tiefe Temperaturen.rnrnBasierend auf dem Blankenbecler-Scalapino-Sugar Quanten-Monte-Carlo (BSS-QMC) Algorithmus präsentieren wir eine numerisch exakte Methode, die das Hubbard-Modell und das KLM effizient bei sehr tiefen Temperaturen löst. Diese Methode wird auf den Mott-Übergang im zweidimensionalen Hubbard-Modell angewendet. Im Gegensatz zu früheren Studien können wir einen Mott-Übergang bei endlichen Temperaturen und endlichen Wechselwirkungen klar ausschließen.rnrnAuf der Basis dieses exakten BSS-QMC Algorithmus, haben wir einen Störstellenlöser für die dynamische Molekularfeld Theorie (DMFT) sowie ihre Cluster Erweiterungen (CDMFT) entwickelt. Die DMFT ist die vorherrschende Theorie stark korrelierter Systeme, bei denen übliche Bandstrukturrechnungen versagen. Eine Hauptlimitation ist dabei die Verfügbarkeit effizienter Störstellenlöser für das intrinsische Quantenproblem. Der in dieser Arbeit entwickelte Algorithmus hat das gleiche überlegene Skalierungsverhalten mit der inversen Temperatur wie BSS-QMC. Wir untersuchen den Mott-Übergang im Rahmen der DMFT und analysieren den Einfluss von systematischen Fehlern auf diesen Übergang.rnrnEin weiteres prominentes Thema ist die Vernachlässigung von nicht-lokalen Wechselwirkungen in der DMFT. Hierzu kombinieren wir direkte BSS-QMC Gitterrechnungen mit CDMFT für das halb gefüllte zweidimensionale anisotrope Hubbard Modell, das dotierte Hubbard Modell und das KLM. Die Ergebnisse für die verschiedenen Modelle unterscheiden sich stark: während nicht-lokale Korrelationen eine wichtige Rolle im zweidimensionalen (anisotropen) Modell spielen, ist in der paramagnetischen Phase die Impulsabhängigkeit der Selbstenergie für stark dotierte Systeme und für das KLM deutlich schwächer. Eine bemerkenswerte Erkenntnis ist, dass die Selbstenergie sich durch die nicht-wechselwirkende Dispersion parametrisieren lässt. Die spezielle Struktur der Selbstenergie im Impulsraum kann sehr nützlich für die Klassifizierung von elektronischen Korrelationseffekten sein und öffnet den Weg für die Entwicklung neuer Schemata über die Grenzen der DMFT hinaus.

Excited-state dynamics in donor-acceptor systems for energy conversion

In dieser Arbeit werden die Dynamiken angeregter Zustände in Donor-Akzeptorsystemen für Energieumwandlungsprozesse mit ultraschneller zeitaufgelöster optischer Spektroskopie behandelt. Der Hauptteil dieser Arbeit legt den Fokus auf die Erforschung der Photophysik organischer Solarzellen, deren aktive Schichten aus diketopyrrolopyrrole (DPP) basierten Polymeren mit kleiner Bandlücke als Elektronendonatoren und Fullerenen als Elektronenakzeptoren bestehen. rnEin zweiter Teil widmet sich der Erforschung von künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren, basierend auf Porphyrinen, Quinonen und Ferrocenen, die jeweils als Lichtsammeleinheit, Elektronenakzeptor beziehungsweise als Elektronendonatoren eingesetzt werden, um langlebige ladungsgetrennte Zustände zu erzeugen.rnrnZeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie und transiente Absorptionsspektroskopie haben gezeigt, dass Singulettexzitonenlebenszeiten in den Polymeren PTDPP-TT und PFDPP-TT Polymeren kurz sind (< 20 ps) und dass in Mischungen der Polymere mit PC71BM geminale Rekombination von gebundenen Ladungstransferzuständen ein Hauptverlustkanal ist. Zudem wurde in beiden Systemen schnelle nichtgeminale Rekombination freier Ladungen zu Triplettzuständen auf dem Polymer beobachtet. Für das Donor-Akzeptor System PDPP5T:PC71BM wurde nachgewiesen, dass die Zugabe eines Lösungsmittels mit hohem Siedepunkt, und zwar ortho-Dichlorbenzol, die Morphologie der aktiven Schicht stark beeinflusst und die Solarzelleneffizienz verbessert. Der Grund hierfür ist, dass die Donator- und Akzeptormaterialien besser durchmischt sind und sich Perkolationswege zu den Elektroden ausgebildet haben, was zu einer verbesserten Ladungsträgergeneration und Extraktion führt. Schnelle Bildung des Triplettzustands wurde in beiden PDPP5T:PC71BM Systemen beobachtet, da der Triplettzustand des Polymers über Laungstransferzustände mit Triplettcharakter populiert werden kann. "Multivariate curve resolution" (MCR) Analyse hat eine starke Intensitätsabhängigkeit gezeigt, was auf nichtgeminale Ladungsträgerrekombination in den Triplettzustand hinweist.rnrnIn den künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren hat transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt, dass photoinduzierter Ladungstransfer in Quinon-Porphyrin (Q-P) und Porphyrin-Ferrocen (P-Fc) Diaden sowie in Quinon-Porphyrin-Ferrocen (Q-P-Fc) Triaden effizient ist. Es wurde jedoch auch gezeigt, dass in den P-Fc unf Q-P-Fc Systemen die ladungsgetrennten Zustände in den Triplettzustand der jeweiligen Porphyrine rekombinieren. Der ladungsgetrennte Zustand konnte in der Q-P Diade durch Zugabe einer Lewissäure signifikant stabilisiert werden.

Push-out bond strength of CAD/CAM-ceramic luted to dentin with self-adhesive resin cements

OBJECTIVES: This study evaluated the initial and the artificially aged push-out bond strength between ceramic and dentin produced by one of five resin cements. METHODS: Two-hundred direct ceramic restorations (IPS Empress CAD) were luted to standardized Class I cavities in extracted human molars using one of four self-adhesive cements (SpeedCEM, RelyX Unicem Aplicap, SmartCem2 and iCEM) or a reference etch-and-rinse resin cement (Syntac/Variolink II) (n=40/cement). Push-out bond strength (PBS) was measured (1) after 24h water storage (non-aged group; n=20/cement) or (2) after artificial ageing with 5000 thermal cycles followed by 6 months humid storage (aged group; n=20/cement). Nonparametrical ANOVA and pairwise Wilcoxon rank-sum tests with Bonferroni-Holm adjustment were applied for statistical analysis. The significance level was set at alpha=0.05. In addition, failure mode and fracture pattern were analyzed by stereomicroscope and scanning electron microscopy. RESULTS: Whereas no statistically significant effect of storage condition was found (p=0.441), there was a significant effect of resin cement (p<0.0001): RelyX Unicem showed significantly higher PBS than the other cements. Syntac/Variolink II showed significantly higher PBS than SmartCEM2 (p<0.001). No significant differences were found between SpeedCEM, SmartCem2, and iCEM. The predominant failure mode was adhesive failure of cements at the dentin interface except for RelyX Unicem which in most cases showed cohesive failure in ceramic. SIGNIFICANCE: The resin cements showed marked differences in push-out bond strength when used for luting ceramic restorations to dentin. Variolink II with the etch-and-rinse adhesive Syntac did not perform better than three of the four self-adhesive resin cements tested.

Annulation of Tetrathiafulvalene to the Bay Region of Perylenediimide: Fast Electron-Transfer Processes in Polar and Nonpolar Solvents

A tetrathiafulvalene donor has been annulated to the bay region of perylenediimide through a 1H-benzo-[d]pyrrolo[1,2-a]imidazol-1-one spacer affording an extended pi-conjugated molecular dyad (TTF-PDI). To gain insight into its ground- and excited-state electronic properties, the reference compound Ph-PDI has been prepared via a direct Schiff-base condensation of N,N'-bis(1-octylnonyl) benzoperylene-1',2':3,4:9,10-hexacarboxylic-1',2'-anhydride-3,4:9,10-bis (imide) with benzene-1,2-diamine. Both the experimental and the computational (DFT) results indicate that TTF-PDI exhibits significant intramolecular electronic interactions giving rise to an efficient photoinduced charge-separation process. Free-energy calculations verify that the process from TTF to the singlet-excited state of PDI is exothermic in both polar and nonpolar solvents. Fast adiabatic electron-transfer processes of a compactly fused, pi-conjugated TTF-PDI dyad in benzonitrile, 2-methyltetrahydrofuran, anisole and toluene were observed by femtosecond transient absorption spectral measurements. The lifetimes of radical-ion pairs slightly increase with decreasing the solvent polarities, suggesting that the charge-recombination occurs in the Marcus inverted region. By utilizing the nanosecond transient absorption technique, the intermolecular electron-transfer process in a mixture of has been observed via the triplet excited PDI for the first time.

In vitro fracture strength and thermal shock resistance of metal-ceramic crowns with cast and machined AuTi frameworks

STATEMENT OF PROBLEM: AuTi alloys with 1.6% to 1.7% (wt%) Ti provide sufficient bond strength to veneering ceramics, but the strength of entire metal-ceramic restorations fabricated from these alloys is not known. However, this information is important to assess the clinical performance of such materials. PURPOSE: This in vitro study evaluated the fracture strength and thermal shock resistance of metal-ceramic crowns with AuTi frameworks produced by milling or casting. MATERIAL AND METHODS: Frameworks of the alloy Au-1.7Ti-0.1Ir (wt%) (Esteticor Vision) were produced by milling or casting (test groups). A high-gold alloy (Esteticor Special) was used as the control. The frameworks were veneered with ceramic (VMK 95). Specimens (n=7) were loaded until fracture. Loads at failure (N) were recorded and the mean values statistically evaluated using 1-way analysis of variance and a post hoc Dunnett test (alpha=.05). To assess the crazing resistance of the veneering ceramic, 6 additional crowns of each group were subjected to a thermal shock test. Fractured surfaces were documented by scanning electron microscopy. Coefficients of thermal expansion of the materials used were measured (n=2) to assess the thermal compatibility between alloys and ceramic. RESULTS: The mean fracture strength of the crowns with machined AuTi frameworks (1294 +/- 236 N) was significantly lower (P=.012) than that of the cast AuTi frameworks (1680 +/- 150 N), but statistically not different than the high-gold alloy (1449 +/- 159 N). Bonding failure to the AuTi alloy predominantly occurred at the alloy-oxide interface. For the high-gold alloy, more ceramic residues were observed. In the thermal shock test, crowns with milled AuTi frameworks showed significantly higher thermal shock resistance compared to the other groups. The coefficients of thermal expansion (Esteticor Vision cast: 14.5 microm/m.K; Esteticor Vision milled: 14.3 microm/m.K; Esteticor Special cast: 13.7 microm/m.K) did not correlate with the results of the thermal shock test. CONCLUSION: The in vitro fracture strength of crowns with milled AuTi frameworks is lower than that obtained with cast AuTi frameworks, but comparable to those crowns produced with a high-gold alloy.

Electron transport in molecular systems

The remarkable advances in nanoscience and nanotechnology over the last two decades allow one to manipulate individuals atoms, molecules and nanostructures, make it possible to build devices with only a few nanometers, and enhance the nano-bio fusion in tackling biological and medical problems. It complies with the ever-increasing need for device miniaturization, from magnetic storage devices, electronic building blocks for computers, to chemical and biological sensors. Despite the continuing efforts based on conventional methods, they are likely to reach the fundamental limit of miniaturization in the next decade, when feature lengths shrink below 100 nm. On the one hand, quantum mechanical efforts of the underlying material structure dominate device characteristics. On the other hand, one faces the technical difficulty in fabricating uniform devices. This has posed a great challenge for both the scientific and the technical communities. The proposal of using a single or a few organic molecules in electronic devices has not only opened an alternative way of miniaturization in electronics, but also brought up brand-new concepts and physical working mechanisms in electronic devices. This thesis work stands as one of the efforts in understanding and building of electronic functional units at the molecular and atomic levels. We have explored the possibility of having molecules working in a wide spectrum of electronic devices, ranging from molecular wires, spin valves/switches, diodes, transistors, and sensors. More specifically, we have observed significant magnetoresistive effect in a spin-valve structure where the non-magnetic spacer sandwiched between two magnetic conducting materials is replaced by a self-assembled monolayer of organic molecules or a single molecule (like a carbon fullerene). The diode behavior in donor(D)-bridge(B)-acceptor(A) type of single molecules is then discussed and a unimolecular transistor is designed. Lastly, we have proposed and primarily tested the idea of using functionalized electrodes for rapid nanopore DNA sequencing. In these studies, the fundamental roles of molecules and molecule-electrode interfaces on quantum electron transport have been investigated based on first-principles calculations of the electronic structure. Both the intrinsic properties of molecules themselves and the detailed interfacial features are found to play critical roles in electron transport at the molecular scale. The flexibility and tailorability of the properties of molecules have opened great opportunity in a purpose-driven design of electronic devices from the bottom up. The results that we gained from this work have helped in understanding the underlying physics, developing the fundamental mechanism and providing guidance for future experimental efforts.