Weld joint characteristics by nano-materials addition

The need for industries to remain competitive in the welding business, has created necessity to develop innovative processes that can exceed customer’s demand. Significant development in improving weld efficiency, during the past decades, still have their drawbacks, specifically in the weld strength properties. The recent innovative technologies have created smallest possible solid material known as nanomaterial and their introduction in welding production has improved the weld strength properties and to overcome unstable microstructures in the weld. This study utilizes a qualitative research method, to elaborate the methods of introducing nanomaterial to the weldments and the characteristic of the welds produced by different welding processes. The study mainly focuses on changes in the microstructural formation and strength properties on the welded joint and also discusses those factors influencing such improvements, due to the addition of nanomaterials. The effect of nanomaterial addition in welding process modifies the physics of joining region, thereby, resulting in significant improvement in the strength properties, with stable microstructure in the weld. The addition of nanomaterials in the welding processes are, through coating on base metal, addition in filler metal and utilizing nanostructured base metal. However, due to its insignificant size, the addition of nanomaterials directly to the weld, would poses complications. The factors having major influence on the joint integrity are dispersion of nanomaterials, characteristics of the nanomaterials, quantity of nanomaterials and selection of nanomaterials. The addition of nanomaterials does not affect the fundamental properties and characteristics of base metals and the filler metal. However, in some cases, the addition of nanomaterials lead to the deterioration of the joint properties by unstable microstructural formations. Still research are ongoing to achieve high joint integrity, in various materials through different welding processes and also on other factors that influence the joint strength.

Characterization, physicochemical stability, and evaluation of in vitro digestibility of solid lipid microparticles produced with palm kernel oil and tristearin

Solid lipid particles have been investigated by food researchers due to their ability to enhance the incorporation and bioavailability of lipophilic bioactives in aqueous formulations. The objectives of this study were to evaluate the physicochemical stability and digestibility of lipid microparticles produced with tristearin and palm kernel oil. The motivation for conducting this study was the fact that mixing lipids can prevent the expulsion of the bioactive from the lipid core and enhance the digestibility of lipid structures. The lipid microparticles containing different palm kernel oil contents were stable after 60 days of storage according to the particle size and zeta potential data. Their calorimetric behavior indicated that they were composed of a very heterogeneous lipid matrix. Lipid microparticles were stable under various conditions of ionic strength, sugar concentration, temperature, and pH. Digestibility assays indicated no differences in the release of free fatty acids, which was approximately 30% in all analises. The in vitro digestibility tests showed that the amount of palm kernel in the particles did not affect the percentage of lipolysis, probably due to the high amount of surfactants used and/or the solid state of the microparticles.

Phonon spectra and thermodynamic properties of rare gas solids based on empirical and semi-empirical (ab initio) two-body potentials : a comparative study /

We study the phonon dispersion, cohesive and thermal properties of raxe gas solids Ne, Ar, Kr, and Xe, using a variety of potentials obtained from different approaches; such as, fitting to crystal properties, purely ab initio calculations for molecules and dimers or ab initio calculations for solid crystalline phase, a combination of ab initio calculations and fitting to either gas phase data or sohd state properties. We explore whether potentials derived with a certain approaxih have any obvious benefit over the others in reproducing the solid state properties. In particular, we study phonon dispersion, isothermal ajid adiabatic bulk moduli, thermal expansion, and elastic (shear) constants as a function of temperatiue. Anharmonic effects on thermal expansion, specific heat, and bulk moduli have been studied using A^ perturbation theory in the high temperature limit using the neaxest-neighbor central force (nncf) model as developed by Shukla and MacDonald [4]. In our study, we find that potentials based on fitting to the crystal properties have some advantage, particularly for Kr and Xe, in terms of reproducing the thermodynamic properties over an extended range of temperatiures, but agreement with the phonon frequencies with the measured values is not guaranteed. For the lighter element Ne, the LJ potential which is based on fitting to the gas phase data produces best results for the thermodynamic properties; however, the Eggenberger potential for Ne, where the potential is based on combining ab initio quantum chemical calculations and molecular dynamics simulations, produces results that have better agreement with the measured dispersion, and elastic (shear) values. For At, the Morse-type potential, which is based on M0ller-Plesset perturbation theory to fourth order (MP4) ab initio calculations, yields the best results for the thermodynamic properties, elastic (shear) constants, and the phonon dispersion curves.

Propriétés supramoléculaires des cations diimidazolium disubstitués : des complexes d’inclusion en solution aux interactions à l’état cristallin et cristal liquide

Les sels d’imidazolium ont un rôle important dans certaines protéines et acides nucléiques et ont été utilisés à de nombreuses reprises dans des assemblages supramoléculaires en raison de leurs propriétés uniques. Les sels de diimidazolium dérivés sont toutefois moins connus. Ils ont pour l’instant uniquement été utilisés comme des précurseurs de carbènes N-hétérocycliques. Ils sont donc à la base de plusieurs catalyseurs utilisés pour des réactions de couplage croisés mais leurs propriétés sont toutefois méconnues dans le cadre de la chimie supramoléculaire. Cette classe de composés a nottament attiré notre attention en raison de la facilité de modification de leurs propriétés physico-chimiques par modification de leur structure chimique. L’objectif général des travaux présentés dans cette thèse est l’étude des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium disubstitués en solution (aqueuse ou organique), ainsi qu’en phase solide ou cristal-liquide. L’influence de l’espaceur entre les deux noyaux imidazolium ainsi que l’influence des substituants latéraux et des contre-ions a été étudiée. Dans un premier temps, les propriétés de complexation des sels de diimidazolium à des macrocycles sont étudiées. Les sels bromure sont étudiés en solution aqueuse avec plusieurs cyclodextrines et le cucurbit[7]uril, et les sels hexafluorophosphate sont étudiés en solution organique pour leur complexation avec l’éther couronne DB24C8 et un calix[4]arène. Cette nouvelle classe de composés a montré de très bonnes propriétés de complexation à ces différents macrocycles en solution et a également permis de contrôler différents assemblages supramoléculaires à l’interface air-eau. Dans un deuxième temps, l’étude des sels de phénylènediimidazolium a permis de modifier les propriétés de complexation en solution pour obtenir la formation de complexes multiples avec le cucurbit[7]util en solution aqueuse. Cette même famille de composés a également permis la formation de cristaux liquides ioniques lorsque les substituants sont des chaînes alkyles plus longues. La résolution de plusieurs structures cristallines de différents sels de diimidazolium a finalement permis de comprendre la nature des interactions intermoléculaires à l’état cristallin. La recherche présentée dans cette thèse a donc permis une étude détaillée des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium dans tous les états de la matière qui leur sont accessibles.

Synthèse et caractérisation physicochimique de peptides de polyglutamines

Neuf maladies neurodégénératives sont le produit de l’expression de gènes mutés, dans lesquels le codon CAG est répété au-delà d’un seuil pathologique. Ceci produit des protéines mutantes dans lesquelles sont insérés des segments de polyglutamines (polyGln), qui perdent leur activité et acquièrent une nouvelle fonction, ce qui est toxique pour le neurone. Ces altérations sont attribuables aux propriétés particulières de la polyGln. En effet, ces dernières possèdent la capacité de s’assembler pour former des corps d’inclusion intracellulaires. Cette propension à l’agrégation de la polyGln rend difficile l’étude de ces pathologies. C’est ainsi que l’utilisation de peptides peut s’avérer une approche avantageuse. Toutefois, la synthèse de polyGln est associée à de nombreuses délétions et nécessite l’ajout de groupements chargés afin de permettre leur purification. Cependant, ce prérequis donne lieu à des interactions électrostatiques qui biaisent la structure et la cinétique d’agrégation de ces peptides, en plus d’interférer avec l’évaluation d’éventuels agents thérapeutiques. L’objectif du projet est de développer un système permettant l’étude de la polyGln en s’affranchissant des effets de charges. Pour ce faire, deux approches ont été explorées, la première utilise la polyGln non chargée et la seconde utilise une structure polyGln-morpholine ayant des charges labiles en fonction du pH. Ces peptides ont été produits en utilisant une approche linéaire de synthèse peptidique sur support solide avec protection maximale des chaînes latérales. La purification a été effectuée par chromatographie de haute performance en phase inverse en milieu acide. Ces stratégies ont permis de produire des peptides de polyGln de grande pureté avec des rendements acceptables. Une procédure de solubilisation des peptides alliant sonication et lyophilisation a été développée afin d’étudier chacun de ces peptides à l’aide de diverses techniques physicochimiques, telles que la diffusion de la lumière, la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, Raman et UV-visible, le dichroïsme circulaire et la microscopie optique polarisée. La polyGln non chargée solubilisée dans le trifluoroéthanol-eau a montré que la taille des particules et la vitesse d’agrégation sont proportionnelles à la fraction volumique en eau. De plus, la structure secondaire en solution est à prédominance alpha et semble être peu sensible à la fraction d’eau jusqu’à un certain seuil (25%) après lequel la structure aléatoire prédomine. L’analyse des agrégats à l’état solide montre des structures hélicoïdales > aléatoires et ont les caractéristiques des fibrilles amyloïdes. Le peptide de polyGln-morpholines a un pKa de 7,3 en milieu aqueux. Il demeure en solution lorsque le pH < pKa et à faible force ionique, alors qu’il s’autoassemble lorsque ces conditions ne sont pas respectées. Ceci suggère que la répulsion électrostatique est responsable de la stabilisation du peptide en solution. La dimension fractale nous indique que le peptide forme des agrégats compacts dont les constituants ont une taille de 2,5 nm, compatibles avec une conformation aléatoire compacte, en coude bêta ou hélicoïdale. Ceci est en accord avec l’étude structurale des peptides en solution qui a montré des espèces aléatoires > bêta > alpha. De plus, en RMN, l’élargissement des signaux du 1Hγ en cours d’agrégation suggère une interaction via les chaînes latérales. Les analyses en phase solide ont plutôt montré une prédominance de structures bêta et alpha. L’inhibition de l’agrégation à pH 8 varie selon rouge de Congo > tréhalose, alors que le peptide liant la polyGln 1 et la thioflavine T ne semble pas avoir d’effet. Ces approches ont donc permis pour la première fois de s’affranchir des effets de charges auparavant inhérents à l’étude de la polyGln en solution et par conséquent d’obtenir des informations inédites quant à la solubilité, la structure et la cinétique d’agrégation. Enfin, le dispositif à charges labiles permet d’évaluer l’efficacité d’éventuels agents thérapeutiques à pH quasi physiologique.

Préparation, étude de l’orientation et caractérisation physico-chimique de films polymères comportant des fluorophores

Les propriétés intrinsèques, photophysiques, électrochimiques et cristallographiques des molécules fluorescentes 4,4'-bis(2-benzoxazolyle)stilbène (BBS) et 2,5-bis(5-tert-butyl-2-benzoxazolyle)thiophène (BBT) ont été étudiées en solution et dans les polymères semi-cristallins : poly(butylène succinate) (PBS) et polylactide (PLA). Les deux fluorophores sont caractérisés par de hauts rendements quantiques absolus de fluorescence. Toutefois, une désactivation de la fluorescence peut se produire par croisement intersystème vers l'état triplet pour le BBT, et par photoisomérisation trans-cis pour le BBS. La cinétique de ce dernier processus dépend de la concentration, résultant en un pur isomère cis photo-induit à faibles concentrations, qui est accompagné à des concentrations élevées par l'apparition d'un composé acide après photo-clivage suivi d'une oxydation. Cette étude a révélé des changements spectroscopiques prononcés suite à l’augmentation de la concentration des fluorophores, en particulier à l'état solide, spécifiques à l'agrégation des molécules à l'état fondamental pour le BBT et à la formation d’excimères pour le BBS, permettant ainsi de corréler les propriétés fluorescentes avec les caractéristiques du monocristal pour chaque fluorophore. En outre, le passage d’une dispersion moléculaire à une séparation de phases dans le cas du BBS est accompagné d'un changement de couleur du bleu au vert, qui est sensible à la déformation, à la température et au temps, affectant les rendements quantiques absolus de fluorescence et fournissant une large opportunité à la création d'une grande variété de polymères intelligents indicateurs capables d'auto-évaluation. D’autre part, la solubilité élevée du BBT dans les solvants courants, combinée à ses propriétés optoélectroniques élevées, en font un candidat en tant que référence universelle de fluorescence et matériau intelligent à la fois pour les études de polymères et en solution. Similairement aux mélanges comprenant des polymères miscibles, l'orientation du PBS augmente après ajout d'une molécule fluorescente, dont les monomères ont tendance à être orientés dans des films étirés, contrairement aux excimères ou agrégats.

Effet de la microstructure sur les propriétés excitoniques des polymères semi-conducteurs semi-cristallins

Les polymères semi-conducteurs semicristallins sont utilisés au sein de diodes électroluminescentes, transistors ou dispositifs photovoltaïques organiques. Ces matériaux peuvent être traités à partir de solutions ou directement à partir de leur état solide et forment des agrégats moléculaires dont la morphologie dicte en grande partie leurs propriétés optoélectroniques. Le poly(3-hexylthiophène) est un des polymères semi-conducteurs les plus étudiés. Lorsque le poids moléculaire (Mw) des chaînes est inférieur à 50 kg/mol, la microstructure est polycristalline et composée de chaînes formant des empilements-π. Lorsque Mw>50 kg/mol, la morphologie est semicristalline et composée de domaines cristallins imbriquées dans une matrice de chaînes amorphes. À partir de techniques de spectroscopie en continu et ultrarapide et appuyé de modèles théoriques, nous démontrons que la cohérence spatiale des excitons dans ce matériau est légèrement anisotrope et dépend de Mw. Ceci nous permet d’approfondir la compréhension de la relation intime entre le couplage inter et intramoléculaire sur la forme spectrale en absorption et photoluminescence. De plus, nous démontrons que les excitations photogénérées directement aux interfaces entre les domaines cristallins et les régions amorphes génèrent des paires de polarons liés qui se recombinent par effet tunnel sur des échelles de temps supérieures à 10ns. Le taux de photoluminescence à long temps de vie provenant de ces paires de charges dépend aussi de Mw et varie entre ∼10% et ∼40% pour les faibles et hauts poids moléculaires respectivement. Nous fournissons un modèle permettant d’expliquer le processus de photogénération des paires de polarons et nous élucidons le rôle de la microstructure sur la dynamique de séparation et recombinaison de ces espèces.

(1−x)MgAl2O4-xTiO2 dielectrics for microwave and millimeter wave applications

The MgAl2O4 ceramics were prepared by the conventional solid-state ceramic route and the dielectric properties studied in the microwave frequency region (3–13 GHz). The phase purity and crystal structure were identified using the X-ray diffraction technique. The MgAl2O4 spinel ceramics show interesting microwave dielectric properties (εr = 8.75, Qux f = 68 900 GHz (loss tangent = 0.00017 at 12.3 GHz), τf =−75 ppm/◦C). The MgAl2O4 has high negative τf, which precludes its immediate use in practical applications. Hence the microwave dielectric properties of MgAl2O4 spinels were tailored by adding different mole fractions of TiO2. The εr and Q factor of the mixed phases were increased with the molar addition of TiO2 into the spinel to form mixtures based on (1−x)MgAl2O4-xTiO2 (x = 0.0−1.0). For x = 0.25 in (1−x)MgAl2O4-xTiO2, the microwave quality factor reaches a maximum value of Qux f = 105 400 GHz (loss tangent = 0.00007 at 7.5 GHz) where εr and τf are 11.035 and −12 ppm/◦C, respectively. The microwave dielectric properties of the newly developed 0.75MgAl2O4-0.25TiO2 dielectric is superior to several commercially available low loss dielectric substrates.

Luminescence from Surfactant-Free ZnO Quantum Dots Prepared by Laser Ablation in Liquid

Highly transparent, luminescent and biocompatible ZnO quantum dots were prepared in water, methanol, and ethanol using liquid-phase pulsed laser ablation technique without using any surfactant. Transmission electron microscopy analysis confirmed the formation of good crystalline ZnO quantum dots with a uniform size distribution of 7 nm. The emission wavelength could be varied by varying the native defect chemistry of ZnO quantum dots and the laser fluence. Highly luminescent nontoxic ZnO quantum dots have exciting application potential as florescent probes in biomedical applications.

Microwave dielectric properties of MO -La2O3-TiO2 (M = Ca, Sr, Ba) ceramics

Single-phase polycrystalline ceramics in the MO-La2O3-Ti02 (M = Ca, Sr, Ba) system, such as cation-deficient hexagonal perovskites CaLa4Ti4O15, SrLa4Ti4O15, BaLa4Ti4O15, and Ca2La4Ti5O18 and the orthorhombic phases CaLa4Ti5O17 and CaLa8Ti9O31, were prepared through the solid-state ceramic route. The phases and structure of the ceramics were analyzed through x-ray diffraction and scanning electron microscopy. The microwave dielectric properties of the ceramics were studied using a network analyzer. The investigated ceramics show high Er in the range 42 to 54, high quality factors with Q x f in the range 16,222 to 50,215 GHz, and low Tf in the range -25 to +6 ppm3/°C. These high dielectric constant materials with high Q x f up to 50,215 GHz are suitable for applications where narrow bandwidth and extremely low insertion loss is necessary, especially at frequencies around 1.9 GHz

Microwave Dielectric Properties of RETiTaO6 (RE = La, Ce,Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Al, and In) Ceramics

Microwave dielectric ceramics based on RETiTaO6 (RE = La, Cc, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Al, and In) were prepared using a conventional solid-state ceramic route. The structure and microstructure of the samples were analyzed using x-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques. The sintered samples were characterized in the microwave frequency region. The ceramics based on Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, and Dy, which crystallize in orthorhombic aeschynite structure, had a relatively high dielectric constant and positive T f while those based on Ho, Er, and Yb, with orthorhombic euxenite structure, had a low dielectric constant and negative Tf. The RETiTaO6 ceramics had a high-quality factor. The dielectric constant and unit cell volume of the ceramics increased with an increase in ionic radius of the rare-earth ions, but density decreased with it. The value of Tf increased with an increase in RE ionic radii, and a change in the sign of Tf occurred when the ionic radius was between 0.90 and 0.92 A. The results indicated that the boundary of the aeschynite to euxenite morphotropic phase change lay between DyTiTaO6 and HoTiTaO6. Low-loss ceramics like ErTiTaO6 (Er = 20.6, Qxf = 85,500), EuTiTaO6 (Er = 41.3, Qxf = 59,500), and YTiTaO6 (Er = 22.1, Q„xf = 51,400) are potential candidates for dielectric resonator applications

Tailoring the Microwave Dielectric Properties of GdTiNb 1 _-xTa,O6 and Sm 1 _X Y,TiTa06 Ceramics

Microwave dielectric ceramics based on GdTiNb,-,.Ta,O6 and Sml _.,Y,TiTa06 have been prepared by conventional solid state method . The GdTiTaO6 and SmTiTaO6 have aeschenite structure with positive rr and GdTiNbO6 and YTiTaO6 have euxenite structure with negative rr. The rr of the ceramics has been tuned by preparing solid solution phases between the aeschynites and euxenites for a possible zero rr material . It is observed that GdTiNbt_YTa.,O6 undergoes a phase transition from aeschynite to euxenite when x=0.75 and in Sml-,YxTiTa06 for x= 0.73. The microwave dielectric properties change abruptly near the transition region . The rr value approaches zero near the phase transition region while the samples have poor sinterability and poor quality factor . The unloaded quality factor, dielectric constant and the sign of rr of the solid solution phases are found to depend on the average ionic radius of the rare earth ion in RE ,-5RE',TiTaO6. The boundary of the euxenite-aeschynite phase transition occurs at an average ( RE) ionic radius of 0.915 A in Sm,_, Y,.TiTaO6 solid solution phases

The Effect of Glass Additives on the Microwave Dielectric Properties of Ba(Mg 1 /3Ta2/3)03 Ceramics

The effect of glass additives on the densification , phase evolution, microstructure and microwave dielectric properties of Ba(Mg1;3 Ta2i3)03 (BMT) was investigated . Different weight percentages of quenched glass such as B203 , Si02, B203-SiO2, ZnO-B203, 5ZnO-2B2O3, Al203-SiO2, Na20-2B203.10H20, BaO-B203-SiO2, MgO-B203-SiO2, PbO-B203-SiO2 , ZnO-B203-SiO2 and 2MgO-Al203-5SiO2 were added to calcined BMT precursor . The sintering temperature of the glass -added BMT samples were lowered down to 1300 °C compared to solid-state sintering where the temperature was 1650 °C. The formation of high temperature satellite phases such as Ba5Ta4O15 and Ba7Ta6O22 were found to be suppressed by the glass addition . Addition of glass systems such as B203, ZnO-B203, 5ZnO-2B203 and ZnO-B203-SiO2 improved the densification and microwave dielectric properties. Other glasses were found to react with BMT to form low-Q phases which prevented densification . The microwave dielectric properties of undoped BMT with a densification of 93 . 1 % of the theoretical density were Cr = 24 . 8, Tr = 8 ppm/°C and Q„ x f= 80,000 GHz. The BMT doped with 1.0 wt% of B203 has Q„ x f = 124,700GHz, Cr = 24.2, and T f = -1.3 ppm /°C. The unloaded Q factor of 0.2 wt% ZnO-B203-doped BMT was 136,500 GHz while that of 1.0 wt% of 5ZnO-2B203 added ceramic was Q„ x f= 141,800 GHz . The best microwave quality factor was observed for ZnO -B203-SiO2 (ZBS) glass-added ceramics which can act as a perfect liquid-phase medium for the sintering of BMT. The microwave dielectric properties of 0.2wt% ZBS-added BMT dielectric was Q„ x f= 152,800 GHz, F,= 25.5, and Tr = - 1.5 ppm/°C