Microwave Hydrothermal Synthesis and Photocatalytic Performance of ZnO and M:ZnO Nanostructures (M = V, Fe, Co)

ZnO and doped M:ZnO (M = V, Fe and Co) nanostructures were synthesized by microwave hydrothermal synthesis using a low temperature route without addition of any surfactant. The transition metal ions were successfully doped in small amount (3% mol) into ZnO structure. Analysis by X-ray diffraction reveals the formation of ZnO with the hexagonal (wurtzite-type) crystal structure for all the samples. The as-obtained samples showed a similar flower-like morphology except for Fe:ZnO samples, which presented a plate-like morphology. The photocatalytic performance for Rhodamine B (RhB) degradation confirmed that the photoactivity of M:ZnO nanostructures decreased for all dopants in structure, according to their eletronegativity. Photoluminescence spectroscopy was employed to correlate M:ZnO structure with its photocatalytical properties. It was suggested that transition metal ions in ZnO lattice introduce defects that act as trapping or recombination centers for photogenerated electrons and holes, making it impossible for them reach the surface and promote the photocatalytical process.

Bone tissue, cellular, and molecular responses to titanium implants treated by anodic spark deposition

A myriad of titanium (Ti) surface modifications has been proposed to hasten the osseointegration. In this context, the aim of this study was to perform histomorphometric, cellular, and molecular analyses of the bone tissue grown in close contact with Ti implants treated by anodic spark deposition (ASD-AK). Acid-etched (AE) Ti implants either untreated or submitted to ASD-AK were placed into dog mandibles and retrieved at 3 and 8 weeks. It was noticed that both implants, AE and ASD-AK, were osseointegrated at 3 and 8 weeks. Histomorphometric analysis showed differences between treatments only for bone-to-implant contact, being higher on AE implants. Although not backed by histomorphometric results, gene expression of key bone markers was higher for bone grown in close contact with ASD-AK and for cells harvested from these fragments and cultured until subconfluence. Cell proliferation at days 7 and 10 and alkaline phosphatase activity at day 10 was higher on AE surfaces. No statistical significant difference was noticed for extracellular matrix mineralization at 17 days. Our results have shown that the Ti fixtures treated by ASD-AK allowed in vivo osseointegration and induced higher expression of key markers of osteoblast phenotype, suggesting that this surface treatment could be considered to produce implants for clinical applications. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part A: 100A:30923098, 2012.

Nanogravimetric study of lead underpotential deposition on selenium thin films as a semiconductor alloy formation procedure

An electrochemical quartz crystal microbalance Au electrode modified with a Se thin film was used to investigate the electrochemical behavior of lead ad-atoms using underpotential deposition (UPD) conditions. A specific quasi-reversible process was observed during the reduction of Pb2+ on Se thin films in perchloric acid media. The charge density of Pb ad-atoms on Se thin film (46.86 mu C cm(-2)) suggests a recovery of 0.1 monolayers, which is in good agreement with EQCM data. The Se thin film can be successfully alloyed with Pb atoms that are deposited by chronoamperometry using time intervals large enough to allow for diffusion toward the inner Se phase. Linear sweep voltammetry combined with EQCM in perchloric acid was used to characterize the amount of Pb absorbed in the Se thin film. These findings offer a new strategy for alloy formation in semiconductor films using UPD as an effective tool to quantify the exact amount of the incorporated metal.

Novel SrTi1-xFexO3 nanocubes synthesized by microwave-assisted hydrothermal method

We report herein for the first time a facile synthesis method to obtain SrTi1-xFexO3 nanocubes by means by a microwave-assisted hydrothermal (MAH) method at 140 degrees C. The effect of iron addition on the structural and morphological properties of SrTiO3 was investigated. X-ray diffraction measurements show that all STFO samples present a cubic perovskite structure. X-ray absorption spectroscopy at Fe absorption K-edge measurements revealed that iron ions are in a mixed Fe2+/Fe3+ oxidation state and preferentially occupy the Ti4+-site. UV-visible spectra reveal a reduction in the optical gap (E-gap) of STFO samples as the amount of iron is increased. An analysis of the data obtained by field emission scanning electron microscopy points out that the nanoparticles present a cubic morphology independently of iron content. According to high-resolution transmission electron microscopy results, these nanocubes are formed by a self-assembly process of small primary nanocrystals.

Structural Refinement and Photoluminescence Properties of MnWO4 Nanorods Obtained by Microwave-Hydrothermal Synthesis

Manganese tungstate (MnWO4) nanorods were prepared at room temperature by the co-precipitation method and synthesized after processing in a microwave-hydrothermal (MH) system at 140 degrees C for 6-96 min. These nanorods were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinements and Fourier transform (FT)-Raman spectroscopy. The growth direction, shape and average size distribution of nanorods were observed by means of transmission electron microscopy (TEM) and high resolution TEM (HR-TEM). The optical properties of the nanorods were investigated by ultraviolet visible (UV-vis) absorption and photoluminescence (PL) measurements. XRD patterns, Rietveld refinement data and FT-Raman spectroscopy indicate that the MnWO4 precipitate is not a single phase structure while the nanorods synthesized by MH processing have a wolframite-type monoclinic structure without deleterious phases. FT-Raman spectra exhibited the presence of 17 Raman-active modes from 50 to 1,000 cm(-1). TEM and HR-TEM micrographs indicated that the nanorods are aggregated due to surface energy by Van der Waals forces and grow along the [100] direction. UV-vis absorption measurements confirmed non-linear values for the optical band gap (from 3.2 to 2.72 eV), which increased as the MH processing time increased. The structural characterizations indicated that the presence of defects in the MnWO4 precipitate promotes a significant contribution to maximum PL emission, while MnWO4 nanorods obtained by MH processing decrease the PL emission due to the reduction of defects in the lattice.

Effect of different surfactants on the shape, growth and photoluminescence behavior of MnWO4 crystals synthesized by the microwave-hydrothermal method

In this communication, we report the effect of different surfactants [cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS) and sodium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate (AOT)] on the shape, growth and photoluminescence (PL) behavior of manganese tungstate (MnWO4) crystals synthesized by the microwave-hydrothermal (MH) method at 413 K for 45 min. These crystals were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), ultraviolet-visible (UV-vis) absorption spectroscopy and PL measurements. XRD patterns proved that these crystals have a monoclinic structure. FE-SEM images showed that MnWO4 crystals exhibit different shapes and growth mechanisms depending on the surfactant employed. The CTAB cationic surfactant promotes the hindrance of small nuclei that leads to the formation of flake-like nanocrystals, while SDS and AOT anionic surfactants promote a growth of crystals to plate-like and leaf-like crystals due to considerable size effect of counter-ions (RSO4- and RSO2O-) and an increase in Na+ ion remnants. UV-vis absorption spectroscopy revealed different optical band gap values due to modifications in the shape, surface and crystal size. Finally, the effect of surfactants on the crystal shapes and average crystal size distribution causing changes in the PL behavior of MnWO4 crystals was explained. (C) 2011 The Society of Powder Technology Japan. Published by Elsevier B.V. and The Society of Powder Technology Japan. All rights reserved.

CeO2 nanoparticles synthesized by a microwave-assisted hydrothermal method: evolution from nanospheres to nanorods

Ceria (CeO2) plays a vital role in emerging technologies for environmental and energy-related applications. The catalytic efficiency of ceria nanoparticles depends on its morphology. In this study, CeO2 nanoparticles were synthesized by a microwave-assisted hydrothermal method under different synthesis temperatures. The samples were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, Raman scattering spectroscopy, electron paramagnetic resonance spectroscopy and by the Brunauer-Emmett-Teller method. The X-ray diffraction and Raman scattering results indicated that all the synthesized samples had a pure cubic CeO2 structure. Rietveld analysis and Raman scattering also revealed the presence of structural defects due to an associated reduction in the valence of the Ce4+ ions to Ce3+ ions caused by an increasing molar fraction of oxygen vacancies. The morphology of the samples was controlled by varying the synthesis temperature. The TEM images show that samples synthesized at 80 degrees C consisted of spherical particles of about 5 nm, while those synthesized at 120 degrees C presented a mix of spherical and rod-like nanoparticles and the sample synthesized at 160 degrees C consisted of nanorods with 10 nm average diameter and 70 nm length. The microwave-assisted method proved to be highly efficient for the synthesis of CeO2 nanoparticles with different morphologies.

SnO2 nanocrystals synthesized by microwave-assisted hydrothermal method: towards a relationship between structural and optical properties

The exploration of novel synthetic methodologies that control both size and shape of functional nanostructure opens new avenues for the functional application of nanomaterials. Here, we report a new and versatile approach to synthesize SnO2 nanocrystals (rutile-type structure) using microwave-assisted hydrothermal method. Broad peaks in the X-ray diffraction spectra indicate the nanosized nature of the samples which were indexed as a pure cassiterite tetragonal phase. Chemically and physically adsorbed water was estimated by TGA data and FT-Raman spectra to account for a new broad peak around 560 cm(-1) which is related to defective surface modes. In addition, the spherical-like morphology and low dispersed distribution size around 3-5 nm were investigated by HR-TEM and FE-SEM microscopies. Room temperature PL emission presents two broad bands at 438 and 764 nm, indicating the existence of different recombination centers. When the size of the nanospheres decreases, the relative intensity of 513 nm emission increases and the 393 nm one decreases. UV-Visible spectra show substantial changes in the optical absorbance of crystalline SnO2 nanoparticles while the existence of a small tail points out the presence of localized levels inside the forbidden band gap and supplies the necessary condition for the PL emission.

beta-ZnMoO4 microcrystals synthesized by the surfactant-assisted hydrothermal method: Growth process and photoluminescence properties

In this communication, we investigate the effect of different surfactants: cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS) and polyvinylpyrrolidone (PVP-K40) on the growth process of zinc molybdate (beta-ZnMoO4) microcrystals synthesized under hydrothermal conditions at 140 degrees C for 8 h. These microcrystals were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and photoluminescence (PL) measurements. XRD patterns proved that these crystals are monophasic and present a wolframite-type monoclinic structure. FE-SEM images revealed that the surfactants modified the crystal shapes, suggesting the occurrence of distinct crystal growth processes. The CTAB cationic surfactant promotes the hindrance of small nuclei that leads to the formation of rectangle-like crystals, SDS anionic surfactant induces a growth of irregular hexagons with several porous due to considerable size effect of counter-ions on the crystal facets, PVP-K40 non-ionic surfactant allows a reduction in size and thickness of plate-like crystals, while without surfactants have the formation of irregular plate-like crystals. Finally, the PL properties of beta-ZnMoO4 microcrystals were explained by means of different shape/size, surface defects and order-disorder into lattice. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Micro-structural and compositional variations of hydrothermal epidote-group minerals from a peralkaline granite, Corupá Pluton, Graciosa Province, South Brazil, and their petrological implications

Epidote-group minerals, together with albite, quartz, fluorite, Al-poor and Fe-rich phyllosilicates, zircon, and minor oxides and sulphides, are typical hydrothermal phases in peralkaline alkali-feldspar granites from the Corupá Pluton, Graciosa Province, South Brazil. The epidote-group minerals occur as single crystals and as aggregates filling in rock interstices and miarolitic cavities. They display complex recurrent zoning patterns with an internal zone of ferriallanite-(Ce), followed by allanite-(Ce), then epidote-ferriepidote, and an external zone with allanite-(Ce), with sharp limits, as shown in BSE and X-ray images. REE patterns show decreasing fractionation degrees of LREE over HREE from ferriallanite to epidote. The most external allanite is enriched in MREE. LA-ICP-MS data indicate that ferriallanite is enriched (>10-fold) in Ti, Sr and Ga, and depleted in Mg, Rb, Th and Zr relative to the host granite. Allanite has lower Ga and Mn and higher Zr, Nb and U contents as compared to ferriallanite, while epidote is enriched in Sr, U and depleted in Pb, Zr, Hf, Ti and Ga. The formation of these minerals is related to the variable concentrations of HFSE, Ca, Al, Fe and F in fluids remaining from magmatic crystallization, in an oxidizing environment, close to the HM buffer. L-MREE were in part released by the alteration of chevkinite, their main primary repository in the host rocks.

Influence of the network modifier on the characteristics of MSnO3 (M=Sr and Ca) thin films synthesized by chemical solution deposition

CaSnO3 and SrSnO3 alkaline earth stannate thin films were prepared by chemical solution deposition using the polymeric precursor method on various single crystal substrates (R- and C-sapphire and 100-SrTiO3) at different temperatures. The films were characterized by X-ray diffraction (θ-2θ, ω- and φ-scans), field emission scanning electron microscopy, atomic force microscopy, micro-Raman spectroscopy and photoluminescence. Epitaxial SrSnO3 and CaSnO3 thin films were obtained on SrTiO3 with a high crystalline quality. The long-range symmetry promoted a short-range disorder which led to photoluminescence in the epitaxial films. In contrast, the films deposited on sapphire exhibited a random polycrystalline growth with no meaningful emission regardless of the substrate orientation. The network modifier (Ca or Sr) and the substrate (sapphire or SrTiO3) influenced the crystallization process and/or the microstructure. Higher is the tilts of the SnO6 octahedra, as in CaSnO3, higher is the crystallization temperature, which changed also the nucleation/grain growth process.

Petrographie und Geochemie des Eckfelder Maares und von Hillscheid und die Einbindung in den Hocheifelvulkanismus

Tertiäre Vulkanite aus dem Eckfelder Maar, dem Hillscheider Diatrem und dem Hillscheid Basalt (Schlot) wurden petrologisch und geochemisch untersucht. Bis auf tonige Klasten aus dem Bohrkern des Eckfelder Maares handelt es sich bei allen weiteren Proben um undifferenzierte basische Vulkanite. Die tonigen Klasten aus dem Bohrkern müssen der ehemaligen Landoberfläche vor der Eruption des Eckfelder Maares zugerechnet werden, in dessen Krater sie während der Eruption hineingefallen sind. Bis auf die Proben des Hillscheid Basaltes sind die Proben alteriert. Die Alteration zeigt sich an der Bildung von Zeolithen und Calcitmineralisationen, die primär und sekundär gebildete Hohlräume aufgefüllt haben oder an einer vertonten Grundmasse der Proben, die daneben Mineraleinschlüsse (Spinell) und kantige Fremdgesteinsbruchstücke enthalten können. Bei den Proben mit vertonter Grundmasse handelt es sich um Palagonite, Umwandlungsprodukte aus Sideromelan (basaltischem Glas). Geochemische Analysen an Grundmassepräparaten der alterierten bis vertonten Proben zeigen, dass außer den immobilen Elementen Ti, Nb, Zr, Y alle weiteren Elemente teilweise bis vollständig abgereichert worden sind. Eine Ausnahme bildet Barium (Ba), welches z.T. in beträchtlichen Mengen in Zeolithen (Harmotom) angereichert wurde. Bei den Proben aus dem Eckfelder Maar kann die Alteration bis Vertonung der Proben alleine mit der Palagonitisierung und Verwitterung erklärt werden. Es gibt keine Hinweise auf Materialzufuhr und damit für sich anschließende hydrothermale Prozesse. Die Proben des Hillscheider Diatrem sind wesentlich geringer alteriert (glasige Grundmasse). Neuste Erkenntnisse aus einer Bohrung im Sommer 1999 im vermuteten Zentrum des Hillscheider Diatrems beschränken das Diatrem maximal auf einen kleineren Bereich im Nordosten der bisherigen Lokation. Bei der Bohrung stieß man nach 20 Meter auf Anstehendes. Im Hangschutt darüber fand man Blöcke des Hillscheid Basaltes. Eine geringere Größe der Lokation zusammen mit der geringen Alteration könnten auf deren Entstehung mit einer initialen Maarphase gefolgt von Schlackentätigkeit hinweisen. Die Schlacken könnten die ersten Ablagerungen vor Verwitterung geschützt haben. Allerdings gibt es keine Funde die eine Schlackentätigkeit belegen. Beim sogenannten 'Hillscheider Diatrem' könnte es sich aber auch um Hangschutt aus der Randbreccie des Hillscheider Basaltes handeln. Zusammen mit Bruchstücken aus dem Schlot des Hillscheid Basaltes wären die Palagonite des sogenannten 'Hillscheider Diatrem' erst in jüngster Zeit im Bereich einer Uferböschung zur Ablagerung gekommen. Dies würde allerdings das sogenannte 'Hillscheider Diatrem' in seiner Existenz in Frage stellen. Vergleiche der Proben des Hillscheid Basaltes mit basischen Hocheifelvulkaniten deuten auf kogenetische Beziehung aller Proben untereinander und ordnen die Proben des Hillscheid Basaltes geochemisch dem Hocheifelvulkanismus zu. REE- und weitere Spurenelementgehalte und auch deren Elementverhältnisse weisen für alle tertiären Eifelvulkanite gemeinsam auf Mantelschmelzen aus dem Bereich eines Granatperidotits mit niedrigen Aufschmelzgraden um ein Prozent hin. Vergleich der Elementverhältnisse hochinkompatibler Elemente im Bezug auf die Bildung mafischer Schmelzen mit primitivem Mantel deuten darauf hin, dass der Mantel im Bereich der Hocheifel verarmt ist an K, Rb, Sr und angereichert an Ba und eventuell an Nb. Ursachen für diese von typisch primären Mantelzusammensetzung abweichenden Verhältnisse könnten durch Mischungen von Mantelschmelzen mit lithosphärischem Mantel (K-Anomalie) und durch Anreicherungen mit fluiden Phasen (Ba-Anomalie) oder auch Schmelzen aus einem tieferliegenden Plume (Kelberger Hoch) verursacht worden sein. Englischer Zusammenfassung:

In-situ-Präparation von komplexen supraleitenden und ferroelektrischen Heterostrukturen mittels gepulster Laser-Deposition

In der vorliegenden Arbeit ist die Konstruktion und der Aufbau eines Systems zur gepulsten Laserablation von dünnen Schichten beschrieben. Die hohe Flexibilität der Anlage wird ermöglicht durch einen sechsfach-Targethalter und eine Heizerkonstruktion, die einfachen Substrateinbau, hohe Temperaturhomogenität und einen zugänglichen Temperaturbereich von bis zu 1000°C erlaubt. Durch eine komplexe Laser-Optik, die eine homogene Energiedichte auf dem Target sicherstellt, wird eine optimale Filmqualität erreicht.Durch die Entwicklung einer zweistufigen Prozeßführung für Y-stabilisiertes ZrO2 wird eine Wachstumsbasis hoher kristalliner Qualität für funktionale Oxidschichten auf Silizium zur Verfügung gestellt. Es zeigt sich, daß die dielektrischen Eigenschaften der YSZ Schicht stark vom Sauerstoffgehalt, der Grenzflächenmorphologie sowie der Dicke der ersten Schicht abhängig sind. Basierend auf dieser Schicht wurde BaZrO3 als zusätzliche Pufferschicht für den Hochtemperatursupraleiter (HTSL) YBa2Cu3O7 ? untersucht. Unter Verwendung von SrTiO3 Substraten konnte die dielektrische Konstante von BaZrO3 zu ? ? 65 bestimmt sowie das Dispersionsverhalten mittels modifizierter Debye-Gleichungen erklärt werden. Vergleichende Messungen auf einkristallinen SrTiO3 Substraten zeigen eine erhöhte Übergangstemperatur von 90.2 K und eine wesentliche Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit des HTSL von 2 nm (rms) durch die Verwendung von BaZrO3 Schichten hoher Qualität. Eine nur wenige Monolagen dicke zusätzliche BaZrO3 Pufferschicht auf YSZ-gepufferten Silizium Substraten verhindert die Ausbildung von ?9° rotierten YBCO Körnern, die üblicherweise bei der direkten Deposition auf YSZ beobachtet werden. Resistive Messungen mit Übergangstemperaturen oberhalb 89 K sind vergleichbar zu Ergebnissen, die für CeO2/YSZ Pufferschichtkombinationen erreicht werden. Durch kontinuierliche Gitteranpassung wurde eine neue Schichtabfolge YBCO/CeO2/YSZ/BaZrO3 für die Erzeugung bi-epitaxialer Korngrenzen-Josephson Kontake gefunden und deren Epitaxiebeziehungen geklärt. Eine in-situ deponierte Schichtabfolge zeigt mit einer Übergangstemperatur von 91.7 K und einer Übergangsbreite von 0.15 K supraleitende Eigenschaften vergleichbar zu den besten bisher auf diesem Gebiet erreichten Ergebnissen. Voruntersuchungen zur Realisierung eines Josephsonkontaktes mit dieser Schichtabfolge zeigen jedoch, daß die erreichten Eigenschaften für die technologische Anwendung nicht ausreichend sind.Die Verwendung einer YSZ/CeO2 Pufferschichtkombination ermöglicht die Herstellung von c Achsen orientiertem ferroelektrischem SrBi2Ta2O9 auf Silizium. Im Gegensatz hierzu führt die direkte Deposition auf Silizium zu polykristallinem SrBi2Ta2O9 oder zur Ausbildung der Pyrochlor Phase, wenn nur YSZ als Pufferschicht verwendet wird. Obwohl die Polarisierung von SrBi2Ta2O9 in der ab-Ebene liegt, konnte in MFIS Strukturen ein Speicherfenster von maximal 0.87 V beobachtet werden, was eine Verbesserung um nahezu einen Faktor drei im Vergleich zu polykristallinem SrBi2Ta2O9 bedeutet. Messungen an ferroelektrischen Kondesatorstrukturen ergeben Hystereseschleifen mit einer remanenten Polarisierung von Pr = 6.5 µC/cm2 sowie einem Koerzitivfeld von Ec = 35 kV/cm. AFM Messungen im Piezo-Response Modus zeigen ferroelektrische Domänen, die durch Anlegen einer Gleichspannung reversibel umpolarisiert werden können. Im Nicht-Kontakt AFM Modus wurde die lokale Polarisierung der Schichten zu 3.4 µC/cm2 bestimmt. Weiterhin wurde eine alternative Pufferschichtkombination SrZrO3/YSZ zur Erzeugung von a-Achsen orientiertem SrBi2Ta2O9 untersucht. SrZrO3 zeigt a Achsen Orientierung in vier Wachstumsdomänen, die durch ein Model erklärt werden können. Die SrBi2Ta2O9 Schicht zeigt a Achsen sowie (116)-orientierte Körner mit derselben Domänenstruktur. Die dielektrische Konstanten von SrZrO3 und SrBi2Ta2O9 wurden zu ? ? 29 und ? ? 20 bestimmt. Die beobachteten Speicherfenster sind allerdings nicht ferroelektrischer Natur, sondern wahrscheinlich durch mobile Ionen und Ladungsfangstellen in den Pufferschichten verursacht. Die stark abgesenkte dielektrische Konstante von SrBi2Ta2O9 kann durch die im Vergleich zu polykristallinem verkleinerte Korngröße erklärt werden.