Bestimmung der Ionisationsenergie von Actinium und Ultraspurenanalyse von Plutonium mit resonanter Ionisationsmassenspektrometrie (RIMS)

ZusammenfassungDie Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) verbindet hohe Elementselektivität mit guter Nachweiseffizienz. Aufgrund dieser Eigenschaften ist die Methode für Ultraspurenanalyse und Untersuchungen an seltenen oder schwer handhabbaren Elementen gut geeignet. Für RIMS werden neutrale Atome mit monochromatischem Laserlicht ein- oder mehrfach resonant auf energetisch hoch liegende Niveaus angeregt und anschließend durch einen weiteren Laserstrahl oder durch ein elektrisches Feld ionisiert. Die Photoionen werden in einem Massenspektrometer massenselektiv registriert.Ein Beispiel für die Anwendung von RIMS ist die präzise Bestimmung der Ionisationsenergie als fundamentale physikalisch-chemische Eigenschaft eines bestimmten Elements; insbesondere bei den Actinoiden ist die Kenntnis der Ionisationsenergie von Interesse, da es dort bis zur Anwendung der laser-massenspektroskopischer Methode nur wenige experimentelle Daten gab. Die Bestimmung der Ionisationsenergie erfolgt durch die Methode der Photoionisation im elektrischen Feld gemäß dem klassischen Sattelpunktsmodell. Im Experiment werden neutrale Atome in einem Atomstrahl mittels Laserlicht zunächst resonant angeregt. Die angeregten Atome befinden sich in einem äußeren, statischen elektrischen Feld und werden durch einen weiteren Laserstrahl, dessen Wellenlänge durchgestimmt wird, ionisiert. Das Überschreiten der Laserschwelle macht sich durch einen starken Anstieg im Ionensignal bemerkbar. Man führt diese Messung bei verschiedenen elektrischen Feldstärken durch und erhält bei Auftragen der Ionisationsschwellen gegen die Wurzel der elektrischen Feldstärke durch Extrapolation auf die Feldstärke Null die Ionisationsenergie.Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Ionisationsenergie von Actinium erstmalig zu 43398(3) cm-1 º 5,3807(4) eV experimentell bestimmt. Dazu wurden Actiniumatome zunächst einstufig resonant mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 388,67 nm auf einen Zustand bei 25729,03 cm-1 angeregt und anschließend mit Laserlicht mit einer Wellenlänge von ca. 568 nm ionisiert. Damit sind die Ionisationsenergien aller Actinoiden bis einschließlich Einsteinium mit Ausnahme von Protactinium bekannt. Als Atomstrahlquelle wird ein spezielles 'Sandwichfilament' benutzt, bei dem das Actinoid als Hydroxid auf eine Tantalfolie aufgebracht und mit einer reduzierenden Deckschicht überzogen wird. Das Actinoid dampft bei Heizen dieser Anordnung atomar ab. Bei den schwereren Actinoiden wurde Titan als Deckschicht verwendet. Um einen Actiniumatomstrahl zu erzeugen, wurde aufgrund der hohen Abdampftemperaturen statt Titan erstmals Zirkonium eingesetzt. Bei Protactinium wurde Thorium, welches noch stärkere Reduktionseigenschaften aufweist, als Deckmaterial eingesetzt. Trotzdem gelang es mit der 'Sandwichtechnik' nicht, einen Protactiniumatomstrahl zu erzeugen. In der Flugzeitapparatur wurde lediglich ein Protactinium-monoxidionensignal detektiert. Um ein erst seit kurzem verfügbares Fest-körperlasersystem zu explorieren, wurden zusätzlich noch die bekannten Ionisations-ener-gien von Gadolinium und Plutonium erneut bestimmt. Die gemessenen Werte stimmen mit Literaturdaten gut überein.Ferner wurde noch ein bestehender Trennungsgang für Plutonium aus Umweltproben auf die Matrices Meerwasser und Hausstaub angepasst und für die Bestimmung von Plutonium und dessen Isotopenzusammensetzung in verschiedenen Probenreihen mittels RIMS eingesetzt. Der modifizierte Trennungsgang ermöglicht das schnelle Aufarbeiten von großen Probenmengen für Reihenuntersuchungen von Plutoniumkontaminationen. Die ermittelten Gehalten an 239Pu lagen zwischen 8,2*107 Atome pro 10 l Meerwasserprobe und 1,7*109Atome pro Gramm Staubprobe.

Sintesi e caratterizzazione di nanopolveri composite allumina-zirconia

Il presente lavoro di tesi riguarda la sintesi di nanopolveri allumina-zirconia, seguendo tre differenti metodologie (sintesi per coprecipitazione, sintesi con il metodo dei citrati, sintesi idrotermale assistita da microonde) e il trattamento termico (calcinazione) delle polveri ottenute, mediante tecniche di riscaldamento convenzionali ed alternative (microonde). Lo scopo del lavoro è consistito nell’individuare, tra le tecniche esaminate, quella più idonea e conveniente, per la preparazione di nanopolveri cristalline 95 mol% Al2O3 – 5 mol% ZrO2 e nell’esaminare gli effetti che la calcinazione condotta con le microonde, ha sulle caratteristiche finali delle polveri, rispetto ai trattamenti termici convenzionali. I risultati ottenuti al termine del lavoro hanno evidenziato che, tra le tecniche di sintesi esaminate, la sintesi idrotermale assistita da microonde, risulta il metodo più indicato e che, il trattamento termico eseguito con le microonde, risulta di gran lunga vantaggioso rispetto a quello convenzionale. La sintesi idrotermale assistita da microonde consente di ottenere polveri nano cristalline poco agglomerate, che possono essere facilmente disaggregate e con caratteristiche microstrutturali del tutto peculiari. L’utilizzo di tale tecnica permette, già dopo la sintesi a 200°C/2ore, di avere ossido di zirconio, mentre per ottenere gli ossidi di alluminio, è sufficiente un ulteriore trattamento termico a basse temperature e di breve durata (400°C/ 5 min). Si è osservato, inoltre, che il trattamento termico condotto con le microonde comporta la formazione delle fasi cristalline desiderate (ossidi di alluminio e zirconio), impiegando (come per la sintesi) tempi e temperature significativamente ridotti. L’esposizione delle polveri per tempi ridotti e a temperature più basse consente di evitare la formazione di aggregati duri nelle nanopolveri finali e di contrastare il manifestarsi di fenomeni di accrescimento di grani, preservando così la “nanostruttura” delle polveri e le sue caratteristiche proprietà.

Maßgeschneiderte Kieselgelträger für die metallocen-katalysierte Polyolefinsynthese

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von porösen Kieselgelen und ihrem Einsatz als Träger in der heterogenen metallocen-katalysierten Polymerisation von Ethylen. Im Vordergrund stand die Optimierung dieses Prozesses durch das Maßscheidern der Trägereigenschaften unter sonst identischen Polymerisationsbedingungen und das Erforschen des heterogenen Polymerisationsprozesses. Das verwendete Katalysatorsystem (Methylaluminoxan mit Dicyclopentadienylzirkoniumdichlorid) besitzt sehr hohe Aktivitäten und verbleibt im Falle der heterogenen Reaktionsführung im Produkt. Der Mechanismus verläuft über mehrere Phasen, wobei besonderes Augenmerk auf die Trägerpartikelfragmentierung gelenkt wurde. Es wurden zwei Synthesekonzepte für die Herstellung der Träger verfolgt. Im ersten Teil der Arbeit wurden monodisperse unporöse Kieselgel-Nanopartikel (Monosphere) zu Agglomeratträgern über einen Sprühtrocknungsprozess aufgebaut. Die Stabilität der Agglomerate wurde über den Zusatz von monodispersen Kieselgel-Binderpartikeln während der Herstellung variiert. Es wurden sowohl die porenstrukturellen als auch morphologischen Eigenschaften der Agglomeratprodukte untersucht und mit den physiko-chemischen Eigenschaften der Nanopartikel korreliert. In einem zweiten Ansatz wurden sphärische hochporöse Kieselgele mit abgestufter Porosität bei konstanter spezifischer Oberfläche hergestellt und als Träger in der Polyethylensynthese getestet.

Effetto di un packaging innovativo sulla qualità di nettarine

L’imballaggio alimentare si può definire come un sistema coordinato per disporre i beni per il trasporto, la distribuzione, la conservazione, la vendita e l’utilizzo. Uno dei materiali maggiormente impiegati, nell’industria alimentare, per la produzione di imballaggi sono le materie plastiche. Esse sono sostanze organiche derivanti da petrolio greggio, sono composti solidi allo stato finito, ma possono essere modellate allo stato fluido. Un imballaggio alimentare deve svolgere determinate funzioni tra cui: - contenimento del prodotto - protezione del prodotto da agenti esterni - logistica - comunicativa - funzionale - ecologica L'ultimo punto sopracitato è il principale problema delle materie plastiche derivanti dal petrolio greggio. Questi materiali sono difficilmente riciclabili perché spesso un imballaggio è composto da più materiali stratificati o perché si trova a diretto contatto con gli alimenti. Inoltre questi materiali hanno un lungo tempo di degradazione (da 100 a 1000 anni) che ne rendono difficile e costoso lo smaltimento. Per questo nell’ultimo decennio è cominciata la ricerca di un materiale plastico, flessibile alle esigenze industriali e nel contempo biodegradabile. Una prima idea è stata quella di “imitare la natura” cercando di replicare macromolecole già esistenti (derivate da amido e zuccheri) per ottenere una sostanza plastico-simile utilizzabile per gli stessi scopi, ma biodegradabile in circa sei mesi. Queste bioplastiche non hanno preso piede per l’alto costo di produzione e perché risulta impossibile riconvertire impianti di produzione in tutto il mondo in tempi brevi. Una seconda corrente di pensiero ha indirizzato i propri sforzi verso l’utilizzo di speciali additivi aggiunti in minima misura (1%) ai classici materiali plastici e che ne permettono la biodegradazione in un tempo inferiore ai tre anni. Un esempio di questo tipo di additivi è l’ECM Masterbatch Pellets che è un copolimero di EVA (etilene vinil acetato) che aggiunto alle plastiche tradizionali rende il prodotto finale completamente biodegradabile pur mantenendo le proprie caratteristiche. Scopo di questo lavoro di tesi è stato determinare le modificazioni di alcuni parametri qualitativi di nettarine di Romagna(cv.-Alexa®) confezionate-con-film-plastici-tradizionali-e-innovativi. I campioni di nettarine sono stati confezionati in cestini in plastica da 1 kg (sigillati con un film flow-pack macroforato) di tipo tradizionale in polipropilene (campione denominato TRA) o vaschette in polipropilene additivato (campione denominato BIO) e conservati a 4°C e UR 90-95% per 7 giorni per simulare un trasporto refrigerato successivamente i campioni sono stati posti in una camera a 20°C e U.R. 50% per 4 giorni al fine di simulare una conservazione al punto vendita. Al tempo 0 e dopo 4, 7, 9 e 11 giorni sono state effettuate le seguenti analisi: - coefficiente di respirazione è stato misurata la quantità di CO2 prodotta - indice di maturazione espresso come rapporto tra contenuto in solidi solubili e l’acidità titolabile - analisi di immagine computerizzata - consistenza della polpa del frutto è stata misurata attraverso un dinamometro Texture Analyser - contenuto in solidi totali ottenuto mediante gravimetria essiccando i campioni in stufa sottovuoto - caratteristiche sensoriali (Test Accettabilità) Conclusioni In base ai risultati ottenuti i due campioni non hanno fatto registrare dei punteggi significativamente differenti durante tutta la conservazione, specialmente per quanto riguarda i punteggi sensoriali, quindi si conclude che le vaschette biodegradabili additivate non influenzano la conservazione delle nettarine durante la commercializzazione del prodotto limitatamente ai parametri analizzati. Si ritiene opportuno verificare se il processo di degradazione del polimero additivato si inneschi già durante la commercializzazione della frutta e soprattutto verificare se durante tale processo vengano rilasciati dei gas che possono accelerare la maturazione dei frutti (p.e. etilene), in quanto questo spiegherebbe il maggiore tasso di respirazione e la più elevata velocità di maturazione dei frutti conservati in tali vaschette. Alimentary packaging may be defined as a coordinate system to dispose goods for transport, distribution, storage, sale and use. Among materials most used in the alimentary industry, for the production of packaging there are plastics materials. They are organic substances deriving from crude oil, solid compounds in the ended state, but can be moulded in the fluid state. Alimentary packaging has to develop determinated functions such as: - Product conteniment - Product protection from fieleders agents - logistic - communicative - functional - ecologic This last term is the main problem of plastic materials deriving from crude oil. These materials are hardly recyclable because a packaging is often composed by more stratified materials or because it is in direct contact with aliments. Beside these materials have a long degradation time(from 100 to 1000 years) that make disposal difficult and expensive. For this reason in the last decade the research for a new plastic material is begin, to make industrial demands more flexible and, at the same time, to make this material biodegradable: At first, the idea to “imitate the nature” has been thought, trying to reply macromolecules already existents (derived from amid and sugars) to obtain a similar-plastic substance that can be used for the same purposes, but it has to be biodegradable in about six months. These bioplastics haven’t more success bacause of the high production cost and because reconvert production facilities of all over the wolrd results impossible in short times. At second, the idea to use specials addictives has been thought. These addictives has been added in minim measure (1%) to classics plastics materials and that allow the biodegradation in a period of time under three years. An example of this kind of addictives is ECM Masterbatch Pellets which is a coplymer of EVA (Ethylene vinyl acetate) that, once it is added to tradizional plastics, make final product completely biodegradable however maintaining their own attributes. The objective of this thesis work has been to determinate modifications of some Romagna’s Nectarines’ (cv. Alexa®) qualitatives parameters which have been packaged-with traditional and innovative-plastic film. Nectarines’ samples have been packaged in plastic cages of 1 kg (sealed with a macro-drilled flow-pack film) of traditional type in polypropylene (sample named TRA) or trays in polypropylene with addictives (sample named BIO) and conservated at 4°C and UR 90-95% for 7 days to simulate a refrigerated transport. After that, samples have been put in a camera at 20°C and U.R. 50% for 4 days to simulate the conservation in the market point. At the time 0 and after 4, 7, 9 and 11 days have been done the following analaysis: - Respiration coefficient wherewith the amount CO2 producted has been misurated - Maturation index which is expressed as the ratio between solid soluble content and the titratable acidity - Analysis of computing images - Consistence of pulp of the fruit that has been measured through Texture Analyser Dynanometer - Content in total solids gotten throught gravimetry by the drying of samples in vacuum incubator - Sensorial characteristic (Panel Test) Consequences From the gotten results, the two samples have registrated no significative different scores during all the conservation, expecially about the sensorial scores, so it’s possible to conclude that addictived biodegradable trays don’t influence the Nectarines’ conservation during the commercialization of the product qualifiedly to analized parameters. It’s advised to verify if the degradation process of the addicted polymer may begin already during the commercialization of the fruit and in particular to verify if during this process some gases could be released which can accelerate the maturation of fruits (p.e. etylene), because all this will explain the great respiration rate and the high speed of the maturation of fruits conservated in these trays.

Idrolisi diretta di cellulosa e lignocellulosa in catalisi eterogenea

This work deals with a comparison of the catalytic behavior of several heterogeneous acid catalysts in the direct hydrolysis of an untreated softwood dust. Amongst the various catalysts investigated, some were characterized by relatively high yield to monosaccharides, such as a Zirconium phosphate and the reference Amberlyst 15. Conversely, some catalyst types, ie, Sn/W mixed oxide and Zirconia-grafted trifluoromethanesulphonic acid, were selective into glucose, since sugars derived from hemicellulose dissolution and hydrolysis were rapidly degraded. A detailed analysis of the reactivity of Zr/P/O was pursued, in the hydrolysis of both untreated and ball-milled microcrystalline cellulose; at 150°C and 3h reaction time, the catalyst gave high selectivity to glucose, with negligible formation of 5-hydroxymethylfurfural, and moderate cellulose conversion. After ball-milling of the cellulose, a remarkable increase of conversion was achieved, still with a high selectivity to glucose and very low formation of degradation compounds. The catalyst showed high affinity for β-1,4-glucans, as demonstrated by the activity in cellobiose hydrolysis into glucose.

Massenspektrometrische Untersuchungen des Komplexierungsverhaltens von Actinid-Ionen in Lösung

Da die Langzeit-Radiotoxizität von abgebrannten Kernbrennstoffen von Plutonium und den minoren Actiniden dominiert wird, sind diese Elemente im Fokus der Untersuchungen bezüglich der Entsorgung der radioaktiven Abfälle.rnUm ein besseres Verständnis der Selektivität der Partitioning-Liganden BTP und BTBP bezüglich der Extraktion von trivalenten Actiniden zu erlangen, wurden die Komplexe, die diese mit Lanthaniden in octanolischer Lösung bilden charakterisiert. Das unterschiedliche Extraktionsverhalten der Lanthaniden untereinander konnte dabei auf unterschiedliche Präferenz zur Bildung von Ln(BTP)3-Komplexen abhängig vom Ionenradius der Lanthaniden zurückgeführt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass abhängig vom sterischen Anspruch der BTBP-Liganden in Eu(BTBP)2-Komplexen Nitratliganden in der ersten Koordinationssphäre gebunden werden. rnDa das Verhalten von Plutonium unter geochemischen Bedingungen von besonderem Interesse für die Risikoabschätzung von nuklearen Endlagern ist, widmet sich der zweite Teil der Arbeit dem Hydrolyse- und Kolloidbildungsverhalten von wässrigen Plutoniumlösungen in den Oxidationsstufen IV bis VI. Daher wurden die Lösungsspezies von sowohl Zirconium(IV) als Analogon für Plutonium(IV), als auch die von Uran(VI) und Plutonium(VI) direkt mittels massenspektrometrischer Methoden charakterisiert und quantifiziert. Darüber hinaus wurde die kinetische Hemmung der Reduktion von Pu(V) zu Pu(IV) und nachfolgender Kolloidbildung untersucht, welche sich durch oberflächeninduzierte Reduktion an kolloidalen Kristallisationskeimen deutlich beschleunigen lässt.rn

90 Nb: potential radionuclide for application in immuno-PET : development of appropriate production strategy and first in vivo evaluation of 90 Nb-labeled monoclonal antibody

Die Nuklearmedizin ist ein modernes und effektives Werkzeug zur Erkennung und Behandlung von onkologischen Erkrankungen. Molekulare Bildgebung, die auf dem Einsatz von Radiopharmaka basiert, beinhaltet die Einzel-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT) und Positronenemissions¬tomographie (PET) und ermöglicht die nicht-invasive Visualisierung von Tumoren auf nano-und picomolarer Ebene.rnDerzeit werden viele neue Tracer für die genauere Lokalisierung von kleinen Tumoren und Metastasen eingeführt und hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Die meisten von ihnen sind Protein-basierte Biomoleküle, die die Natur selbst als Antigene für die Tumorzellen produziert. Dabei spielen Antikörper und Antikörper-Fragmente eine wichtige Rolle in der Tumor-Diagnostik und Behandlung. Die PET-Bildgebung mit Antikörpern und Antikörperfragmenten bezeichnet man als immuno-PET. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist, dass entsprechende Radiopharmaka benötigt werden, deren Halbwertszeit mit der Halbwertszeit der Biomoleküle korreliert ist.rnIn neueren Arbeiten wird 90Nb als potenzieller Kandidat für die Anwendung in der immuno-PET vorgeschlagen. Seine Halbwertszeit von 14,6 Stunden ist geeignet für die Anwendung mit Antikörperfragmenten und einige intakten Antikörpern. 90Nb hat eine relativ hohen Anteil an Positronenemission von 53% und eine optimale Energie für die β+-Emission von 0,35 MeV, die sowohl eine hohe Qualität der Bildgebung als auch eine niedrige Aktivitätsmenge des Radionuklids ermöglicht.rnErsten grundlegende Untersuchungen zeigten: i) dass 90Nb in ausreichender Menge und Reinheit durch Protonen-Bombardierung des natürlichen Zirkonium Targets produziert, ii) aus dem Targetmaterial in entsprechender radiochemischer Reinheit isoliert und iii) zur Markierung des monoklonalen Antikörpers (Rituximab) verwendet werden kann und iv) dieser 90Nb-markierte mAb eine hohe in vitro Stabilität besitzt. Desweiteren wurde eine alternative und schnelle Abtrennungsmethode entwickelt, die es erlaubt 90Nb, mit einer geeigneten radiochemischen und radionuklidischen Reinheit für eine anschließende Markierung von Biomolekülen in einer Stunde zu aufzureinigen. Schließlich wurden erstmals 90Nb-markierte Biomolekülen in vivo untersucht. Desweiteren wurden auch Experimente durchgeführt, um den optimalen bifunktionellen Chelatbildner (BFC) für 90Niob zu finden. Mehrere BFC wurden hinsichtlich Komplexbildung mit NbV untersucht. Desferrioxamin (Df) erwies sich als geeignetster Chelator für 90Nb. Der monoklonale Antikörper Bevacizumab (Avastin®) wurde mit 90Nb markiert und eine Biodistributionsstudie und eine PET-Untersuchung durchgeführt. Alle diese Ergebnisse zeigten, dass 90Nb ein vielversprechendes Radionuklid für die Immuno-PET ist, welches sogar für weitere kommerzielle Anwendungen in der klinischen Routine geeignet zu sein scheint.rn

Thermoelectric properties of TiNiSn and Zr 0.5 Hf 0.5 NiSn thin films and superlattices with reduced thermal conductivities

Durch steigende Energiekosten und erhöhte CO2 Emission ist die Forschung an thermoelektrischen (TE) Materialien in den Fokus gerückt. Die Eignung eines Materials für die Verwendung in einem TE Modul ist verknüpft mit der Gütezahl ZT und entspricht α2σTκ-1 (Seebeck Koeffizient α, Leitfähigkeit σ, Temperatur T und thermische Leitfähigkeit κ). Ohne den Leistungsfaktor α2σ zu verändern, soll ZT durch Senkung der thermischen Leitfähigkeit mittels Nanostrukturierung angehoben werden.rnBis heute sind die TE Eigenschaften von den makroskopischen halb-Heusler Materialen TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn ausgiebig erforscht worden. Mit Hilfe von dc Magnetron-Sputterdeposition wurden nun erstmals halbleitende TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn Schichten hergestellt. Auf MgO (100) Substraten sind stark texturierte polykristalline Schichten bei Substrattemperaturen von 450°C abgeschieden worden. Senkrecht zur Oberfläche haben sich Korngrößen von 55 nm feststellen lassen. Diese haben Halbwertsbreiten bei Rockingkurven von unter 1° aufgewiesen. Strukturanalysen sind mit Hilfe von Röntgenbeugungsexperimenten (XRD) durchgeführt worden. Durch Wachstumsraten von 1 nms 1 konnten in kürzester Zeit Filmdicken von mehr als einem µm hergestellt werden. TiNiSn zeigte den höchsten Leistungsfaktor von 0.4 mWK 2m 1 (550 K). Zusätzlich wurde bei Raumtemperatur mit Hilfe der differentiellen 3ω Methode eine thermische Leitfähigkeit von 2.8 Wm 1K 1 bestimmt. Es ist bekannt, dass die thermische Leitfähigkeit mit der Variation von Massen abnimmt. Weil zudem angenommen wird, dass sie durch Grenzflächenstreuung von Phononen ebenfalls reduziert wird, wurden Übergitter hergestellt. Dabei wurden TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn nacheinander abgeschieden. Die sehr hohe Kristallqualität der Übergitter mit ihren scharfen Grenzflächen konnte durch Satellitenpeaks und Transmissionsmikroskopie (STEM) nachgewiesen werden. Für ein Übergitter mit einer Periodizität von 21 nm (TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn jeweils 10.5 nm) ist bei einer Temperatur von 550 K ein Leistungsfaktor von 0.77 mWK 2m 1 nachgewiesen worden (α = 80 µVK 1; σ = 8.2 µΩm). Ein Übergitter mit der Periodizität von 8 nm hat senkrecht zu den Grenzflächen eine thermische Leitfähigkeit von 1 Wm 1K 1 aufgewiesen. Damit hat sich die Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit durch die halb-Heusler Übergitter bestätigt. Durch die isoelektronischen Eigenschaften von Titan, Zirkonium und Hafnium wird angenommen, dass die elektrische Bandstruktur und damit der Leistungsfaktor senkrecht zu den Grenzflächen nur schwach beeinflusst wird.rn

Conical crowns with electroplated gold copings: retention force changes caused by wear and combined off-axial load

The aim of this study was to examine the wear behavior of conical crowns of gold alloy and zirconium dioxide ceramics facing electroplated gold copings.

Changes in retention force with electroplated copings on conical crowns: a comparison of gold and zirconia primary crowns

The aim of this study was to examine the wear behavior of conical crowns with electroplated gold copings that are used to connect implants and teeth to a removable denture. Gold alloy and zirconium dioxide ceramic crowns were compared.

Osseointegration and biocompatibility of different metal implants-a comparative experimental investigation in sheep

Background In the present study, 4 different metallic implant materials, either partly coated or polished, were tested for their osseointegration and biocompatibility in a pelvic implantation model in sheep. Methods Materials to be evaluated were: Cobalt-Chrome (CC), Cobalt-Chrome/Titanium coating (CCTC), Cobalt-Chrome/Zirconium/Titanium coating (CCZTC), Pure Titanium Standard (PTST), Steel, TAN Standard (TANST) and TAN new finish (TANNEW). Surgery was performed on 7 sheep, with 18 implants per sheep, for a total of 63 implants. After 8 weeks, the specimens were harvested and evaluated macroscopically, radiologically, biomechanically (removal torque), histomorphometrically and histologically. Results Cobalt-Chrome screws showed significantly (p = 0.031) lower removal torque values than pure titanium screws and also a tendency towards lower values compared to the other materials, except for steel. Steel screws showed no significant differences, in comparison to cobalt-chrome and TANST, however also a trend towards lower torque values than the remaining materials. The results of the fluorescence sections agreed with those of the biomechanical test. Histomorphometrically, there were no significant differences of bone area between the groups. The BIC (bone-to-implant-contact), used for the assessment of the osseointegration, was significantly lower for cobalt-chrome, compared to steel (p = 0.001). Steel again showed a lower ratio (p = 0.0001) compared to the other materials. Conclusion This study demonstrated that cobalt-chrome and steel show less osseointegration than the other metals and metal-alloys. However, osseointegration of cobalt-chrome was improved by zirconium and/or titanium based coatings (CCTC, TANST, TAN, TANNEW) being similar as pure titanium in their osseointegrative behavior.

Modulation of human osteoblasts by metal surface chemistry

The use of metal implants in dental and orthopedic surgery is continuously expanding and highly successful. While today longevity and load-bearing capacity of the implants fulfill the expectations of the patients, acceleration of osseointegration would be of particular benefit to shorten the period of convalescence. To further clarify the options to accelerate the kinetics of osseointegration, within this study, the osteogenic properties of structurally identical surfaces with different metal coatings were investigated. To assess the development and function of primary human osteoblasts on metal surfaces, cell viability, differentiation, and gene expression were determined. Titanium surfaces were used as positive, and surfaces coated with gold were used as negative controls. Little differences in the cellular parameters tested for were found when the cells were grown on titanium discs sputter coated with titanium, zirconium, niobium, tantalum, gold, and chromium. Cell number, activity of cell layer-associated alkaline phosphatase (ALP), and levels of transcripts encoding COL1A1 and BGLAP did not vary significantly in dependence of the surface chemistry. Treatment of the cell cultures with 1,25(OH)2 D3 /Dex, however, significantly increased ALP activity and BGLAP messenger RNA levels. The data demonstrate that the metal layer coated onto the titanium discs exerted little modulatory effects on cell behavior. It is suggested that the microenvironment regulated by the peri-implant tissues is more effective in regulating the tissue response than is the material of the implant itself.

In situ dehydration behavior of zeolite-like cavansite: A single-crystal X-ray study

To track dehydration behavior of cavansite, Ca(VO)(Si4O10)·4H2O space group Pnma, a = 9.6329(2), b = 13.6606(2), c = 9.7949(2) Å, V = 1288.92(4) Å3 single-crystal X-ray diffraction data on a crystal from Wagholi quarry, Poona district (India) were collected up to 400 °C in steps of 25 °C up to 250 °C and in steps of 50 °C between 250 and 400 °C. The structure of cavansite is characterized by layers of silicate tetrahedra connected by V4+O5 square pyramids. This way a porous framework structure is formed with Ca and H2O as extraframework occupants. At room temperature, the hydrogen bond system was analyzed. Ca is eightfold coordinated by four bonds to O of the framework structure and four bonds to H2O molecules. H2O linked to Ca is hydrogen bonded to the framework and also to adjacent H2O molecules. The dehydration in cavansite proceeds in four steps.At 75 °C, H2O at O9 was completely expelled leading to 3 H2O pfu with only minor impact on framework distortion and contraction V = 1282.73(3) Å3. The Ca coordination declined from originally eightfold to sevenfold and H2O at O7 displayed positional disorder.At 175 °C, the split O7 sites approached the former O9 position. In addition, the sum of the three split positions O7, O7a, and O7b decreased to 50% occupancy yielding 2 H2O pfu accompanied by a strong decrease in volume V = 1206.89(8) Å3. The Ca coordination was further reduced from sevenfold to sixfold.At 350 °C, H2O at O8 was released leading to a formula with 1 H2O pfu causing additional structural contraction (V = 1156(11) Å3). At this temperature, Ca adopted fivefold coordination and O7 rearranged to disordered positions closer to the original O9 H2O site.At 400 °C, cavansite lost crystallinity but the VO2+ characteristic blue color was preserved. Stepwise removal of water is discussed on the basis of literature data reporting differential thermal analyses, differential thermo-gravimetry experiments and temperature dependent IR spectra in the range of OH stretching vibrations.

Water–montmorillonite systems: Neutron scattering and tracer throughdiffusion studies

Designs for deep geological respositories of nuclear waste include bentonite as a hydraulic and chemisorption buffer material to protect the biosphere from leakage of radionuclides. Bentonite is chosen because it is a cheap, naturally occurring material with the required properties. It consists essentially of montmorillonite, a swelling clay mineral. Upon contact with groundwater such clays can seal the repository by incorporating water in the interlayers of their crystalline structure. The intercalated water exhibits significantly different properties to bulk water in the surrounding interparticle pores, such as lower diffusion coefficients (González Sánchez et. al. 2008). This doctoral thesis presents water distribution and diffusion behavior on various time and space scales in montmorillonite. Experimental results are presented for Na- and Cs-montmorillonite samples with a range of bulk dry densities (0.8 to 1.7 g/cm3). The experimental methods employed were neutron scattering (backscattering, diffraction, time-of-flight), adsorption measurements (water, nitrogen) and tracer-through diffusion. For the tracer experiments the samples were fully saturated via the liquid phase under volume-constrained conditions. In contrast, for the neutron scattering experiments, the samples were hydrated via the vapor phase and subsequently compacted, leaving a significant fraction of interparticle pores unfilled with water. Owing to these differences in saturation, the water contents of the samples for neutron scattering were characterized by gravimetry whereas those for the tracer experiments were obtained from the bulk dry density. The amount of surface water in interlayer pores could be successfully discriminated from the amount of bulk-like water in interparticle pores in Na- and Csmontmorillonite using neutron spectroscopy. For the first time in the literature, the distribution of water between these two pore environments was deciphered as a function of gravimetric water content. The amount was compared to a geometrical estimation of the amount of interlayer and interparticle water determined by neutron diffraction and adsorption measurements. The relative abundances of the 1 to 4 molecular water layers in the interlayer were determined from the area ratios of the (001)-diffraction peaks. Depending on the characterization method, different fractions of surface water and interlayer water were obtained. Only surface and interlayer water exists in amontmorillonite with water contents up to 0.18 g/g according to spectroscopic measurements and up to 0.32 g/g according to geometrical estimations, respectively. At higher water contents, bulk-like and interparticle water also exists. The amounts increase monotonically, but not linearly, from zero to 0.33 g/g for bulk-like water and to 0.43 g/g for interparticle water. It was found that water most likely redistributes between the surface and interlayer sites during the spectroscopic measurements and therefore the reported fraction is relevant only below about -10 ºC (Anderson, 1967). The redistribution effect can explain the discrepancy in fractions between the methods. In a novel approach the fractions of water in different pore environments were treated as a fixed parameter to derive local diffusion coefficients for water from quasielastic neutron scattering data, in particular for samples with high water contents. Local diffusion coefficients were obtained for the 1 to 4 molecular water layers in the interlayer of 0.5·10–9, 0.9·10–9, 1.5·10–9 and 1.4·10–9 m²/s, respectively, taking account of the different water fractions (molecular water layer, bulk-like water). The diffusive transport of 22Na and HTO through Na-montmorillonite was measured on the laboratory experimental scale (i.e. cm, days) by tracer through-diffusion experiments. We confirmed that diffusion of HTO is independent of the ionic strength of the external solution in contact with the clay sample but dependent on the bulk dry density. In contrast, the diffusion of 22Na was found to depend on both the ionic strength of the pore solution and on the bulk dry density. The ratio of the pore and surface diffusion could be experimentally determined for 22Na from the dependence of the diffusion coefficient on the ionic strength. Activation energies were derived from the temperaturedependent diffusion coefficients via the Arrhenius relation. In samples with high bulk dry density the activation energies are slightly higher than those of bulk water whereas in low density samples they are lower. The activation energies as a function of ionic strengths of the pore solutions are similar for 22Na and HTO. The facts that (i) the slope of the logarithmic effective diffusion coefficients as a function of the logarithmic ionic strength is less than unity for low bulk dry densities and (ii) two water populations can be observed for high gravimetric water contents (low bulk dry densities) support the interlayer and interparticle porosity model proposed by Glaus et al. (2007), Bourg et al. (2006, 2007) and Gimmi and Kosakowski (2011).

Experimental peri-implant mucositis at different implant surfaces

OBJECTIVES To histologically and immunologically assess experimental peri-implant mucositis at surface enhanced modified (mod) hydrophilic titanium implants. MATERIALS AND METHODS In a split-mouth design (n = 6 foxhounds), four different implants were inserted on each side of the maxilla: three titanium-zirconium alloy implants (TiZr) with either modSLA (sand-blasted, acid etched and chemically mod), modMA (machined, acid etched and chemically mod), or M (machined) surfaces in the transmucosal portion, and one titanium implant with a machined transmucosal portion (TiM). Experimental mucositis was induced at one randomly assigned side (NPC), whereas the contra-lateral maxillary side received mechanical plaque removal three times per week (PC). At 16 weeks, tissue biopsies were processed for histological (primary outcome: apical extension of the inflammatory cell infiltrate measured from the mucosal margin - PM-aICT) and immunohistochemical (CD68 antigen reactivity) analyses. Peri-implant sulcus fluid was analysed for interleukin (IL)-1β, IL-8, matrix metalloproteinase (MMP)-8 and myeloperoxidase (MPO). RESULTS Mean PM-aICT values varied between 1.86 (TiZrmodSLA) and 3.40 mm (TiM) in the UPC group, and between 0.88 (TiZrmodSLA) and 2.08 mm (TiZrM) in the PC group. Mean CD68, IL-1β, IL-8, MMP-8 and MPO values were equally distributed between mod- and control implants in both NPC and PC groups. CONCLUSIONS The progression of experimental mucositis was comparable at all implant surfaces investigated.