Optical properties of boron carbide (B5C) thin films fabricated by plasma-enhanced chemical-vapor deposition

Variable angle of incidence spectroscopic ellipsometry was used to determine the optical constants near the band edge of boron carbide (B5C) thin films deposited on glass and n-type Si(111) via plasma-enhanced chemical-vapor deposition. The index of refraction n, the extinction coefficient k, and the absorption coefficient are reported in the photon energy spectrum between 1.24 and 4 eV. Ellipsometry analysis of B5C films on silicon indicates a graded material, while the optical constants of B5C on glass are homogeneous. Line shape analyses of absorption data for the films on glass indicate an indirect transition at approximately 0.75 eV and a direct transition at about 1.5 eV. ©1996 American Institute of Physics.

Polymer Light Emitting Diode Using PFT-Poly(9,9 `-n-dihexil-2,7-fluorenodiilvinylene-alt-2,5thiophene)

The development of new electroluminescence polymers for specific colour tuning in Polymer Light Emitting Devices (PLEDs) is currently one of the most important fields for organic electronics. This work reports a synthesis of a new electroluminescent polymer and the concomitant test as PLED emissive layer. The polymer, synthesised from fluorene, is poly(9,9`-n-dihexil-2,7-fluorenodiilvinylene-alt-2,5thiophene) or PFT The luminescence shows large bands with maxima around 480 nm in absorption and 560 nm in emission. The device was made in a three layer structure, with PEDOT:PSS as hole transport layer, PFT as emissive layer and butyl-PBD as electron transport layer. The electroluminescence spectrum shows a strong band peaked at 540 nm. For an applied voltage of 12 Volt, the brightness at normal angle of viewing is near 10 cd/m(2) and the luminous efficiency is of 0.01 lm/W. A discussion about carrier transport and the electroluminescence properties is made.

Excited-state dynamics of meso-tetrakis(sulfonatophenyl) porphyrin J-aggregates

The excited-state dynamics of free-base meso-tetrakis(sulfonatophenyl) porphyrin J-aggregates obtained by the Z-scan technique in femto- and picosecond time scales, along with UV-Vis spectroscopy and flash photolysis is reported. Besides obtaining the S-1 state lifetime, the discrimination between internal conversion and intersystem crossing nonradiative processes from that state was also possible, and their rates and respective quantum yields were found. The aggregates present reverse saturable absorption at 532 nm for both singlet and triplet excited states. The data shown is important for several applications such as optical limiting, photodynamic therapy and others. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modified CUPRAC spectrophotometric quantification of total polyphenol content in beer samples using Cu(II)/neocuproine complexes

Cu(II)/neocuproine (2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline) complexes were utilized for spectrophotometric determination of total polyphenol content in beers. This procedure is based on the reduction of Cu(II) by polyphenols in hydroethanolic medium (pH 7.0) in the presence of neocuproine, yielding Cu(I)/complexes with maximum absorption at 454 nm. The sensitivity of the proposed method was compared with the AOAC method using tannic and gallic acid as standards. The average apparent molar absorptivity, in L cm(-1) mol(-1), of tannic acid (3.50 +/- 0.20) x 10(5) and gallic acid (5.12 +/- 0.21) x 10(4), was twice as high for the proposed method. A lower limit of detection (LOD) (2.9 x 10(-1) mg L-1) was found when tannic acid was used in the proposed method. Additionally, less interference from the most common additives in beers was noticed. Total content of polyphenols was analyzed in 17 Brazilian samples. Results ranged from 35.5 to 556 mg L-1 of tannic acid, with higher values for recovery rates (45.4-118%, mean 85.0%) than for gallic acid. Although tannic acid is a mixture of polygalloyl glucoses, the total polyphenol content found in the samples suggests that tannic acid should be used as a standard. This is the first attempt to use this particular copper complex to quantify total polyphenol content in beer samples. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Influence of the Substrate and Precursor on the Magnetic and Magneto-transport Properties in Magnetite Films

We have investigated the magnetic and transport properties of nanoscaled Fe3O4 films obtained from Chemical Vapor Deposition (CVD) technique using [(FeFe2III)-Fe-II(OBut)(8)] and [Fe-2(III)(OBut)(6)] precursors. Samples were deposited on different substrates (i.e., MgO (001), MgAl2O4 (001) and Al2O3 (0001)) with thicknesses varying from 50 to 350 nm. Atomic Force Microscopy analysis indicated a granular nature of the samples, irrespective of the synthesis conditions (precursor and deposition temperature, T-pre) and substrate. Despite the similar morphology of the films, magnetic and transport properties were found to depend on the precursor used for deposition. Using [(FeFe2III)-Fe-II(OBut)(8)] as precursor resulted in lower resistivity, higher M-S and a sharper magnetization decrease at the Verwey transition (T-V). The temperature dependence of resistivity was found to depend on the precursor and T-pre. We found that the transport is dominated by the density of antiferromagnetic antiphase boundaries (AF-APB's) when [(FeFe2III)-Fe-II(OBut)(8)] precursor and T-pre = 363 K are used. On the other hand, grain boundary-scattering seems to be the main mechanism when [Fe-2(III)(OBut)(6)] is used. The Magnetoresistance (MR(H)) displayed an approximate linear behavior in the high field regime (H > 796 kA/m), with a maximum value at room-temperature of similar to 2-3 % for H = 1592 kA/m, irrespective from the transport mechanism.

Polyazomethine with vinylene and phenantridine moieties in the main chain: Synthesis, characterization, opto(electrical) properties and theoretical calculations

The opto(electrical) properties and theoretical calculations of polyazomethine with vinylene and phenantridine moieties in the main chain were investigated in the present study. 2,5-Bis(hexyloxy)-1,4-bis[(2,5-bis(hexyloxy)-4-formyl-phenylenevinylene]benzene was polymerized in solution with 3,8-diamino-6-phenylphenanthridine (PAZ-PV-Ph). The temperatures of 5% weight loss (T-5%) of the polyazomethine was observed at 356 degrees C in nitrogen. Electrochemical properties of thin film of the polymer were studied by differential pulse voltammetry. The HOMO level of the PAZ-PV-Ph was at -4.97 eV. The energy band gap (E-g) was detected of approximately similar to 1.9 eV. Energy band gap (E-gopt) was additionally calculated from absorption spectrum and absorption coefficient alpha. The absorption UV-vis spectra of polyazomethine recorded in solution showed a blue shift in comparison with the solid state. HOMO-LUMO levels and E-g were additionally calculated theoretically by density functional theory and molecular simulations of PAZ-PV-Ph are presented. Current density-voltage (J-U) measurements were performed on ITO/PAZ-PV-Ph/Al, ITO/TiO2/PAZ-PV-Ph/Al and ITO/PEDOT/PAZ-PV-Ph:TiO2/Al devices in the dark and during irradiation with light (under illumination of 1000 W m(-2)). The polymer was tested using AFM technique and roughness (R-a, R-ms) along with skew and kurtosis are presented.

Influence of nanoparticle size on the nonlinear optical properties of magnetite ferrofluids

The nonlinear index of refraction (n(2)) and the two-photon absorption coefficient (beta) of water-based ferrofluids made of magnetite nanocrystals of different sizes and with different coatings have been measured through the Z-scan technique, with ultrashort (femtoseconds) laser pulses. Their third-order susceptibility is calculated from the values of n(2) and beta. The influence of different particles' coatings and sizes on these nonlinear optical properties are investigated. The values of n(2) and beta depend more significantly on the nanoparticles' size than on the particular coating. We observe a decrease of beta as the nanoparticles' diameters decrease, although the optical gap is found to be the same for all samples. The results are interpreted considering modifications in the electronic orbital shape due to the particles' nanosize effect.

Studio di macromolecole associate alla calcificazione in organismi marini

Lo studio riportato in questa tesi ha come scopo l’osservazione e la comprensione dei processi molecolari associati alla deposizione di CaCO3 nei polimorfi di calcite e aragonite nel mollusco gasteropode Haliotis rufescens. In particolare l’attenzione si è focalizzata sullo strato glicoproteico (green layer) che si trova inserito all’interno dell’ipostraco o strato madreperlaceo. Studi precedenti suggeriscono l’ipotesi che il green layer sia una struttura polifunzionale che svolge un ruolo attivo nell’induzione di crescita dei cristalli di carbonato di calcio nella conchiglia. All’analisi microscopica il green layer si presenta come un foglietto trilaminato. Sugli strati esterni è depositata aragonite nella forma prismatica da una parte e sferulitica dall’altra. All’interno è racchiuso un core proteico, formato da glicoproteine e ricco di chitina. Questa struttura tripartita conferisce al guscio calcareo nuove proprietà meccaniche, come la resistenza alle fratture molto maggiore rispetto al minerale naturale. Il green layer è stato trattato in ambiente alcalino, l’unico in grado di solubilizzarlo. È stato ottenuto del materiale proteico che è stato caratterizzato utilizzando SDS-PAGE, colorato con Blu Comassie e all’argento per visualizzarne la componente peptidica. Il green layer è fluorescente, sono state quindi eseguite analisi spettroscopiche sull’estratto peptidico per determinarne le proprietà chimo fisiche (dipendenza dal pH dell’intensità di fluorescenza). Sono stati eseguiti esperimenti di crescita dei cristalli di CaCO3 in ambiente saturo di CaCl2 in assenza e presenza del peptide e in assenza e presenza di Mg++. I cristalli sono stati osservati al microscopio elettronico a scansione (SEM) e al microscopio confocale. Da un punto di vista spettroscopico si osserva che, eccitando l’estratto alcalino del green layer a 280 nm e 295 nm, lunghezze d’onda caratteristiche degli aminoacidi aromatici, si ottiene uno spettro di emissione che presenta una forte banda centrata a 440 nm e una spalla a circa 350 nm, quest’ultima da ascrivere all’emissione tipica di aminoacidi aromatici. L’emissione di fluorescenza dell’estratto dal green layer dipende dal pH per tutte le bande di emissione; tale effetto è particolarmente visibile per lo spettro di emissione a 440 nm, la cui lunghezza d’onda di emissione e l’intensità dipendono dalla ionizzazione di aminoacidi acidi (pKa = 4) e dell’istidina (pKa = 6.5 L’emissione a 440 nm proviene invece da un’eccitazione il cui massimo di eccitazione è centrato a 350 nm, tipica di una struttura policiclica aromatica. Poiché nessun colorante estrinseco viene isolato dalla matrice del green layer a seguito dei vari trattamenti, tale emissione potrebbe derivare da una modificazione posttraduzionale di aminoacidi le cui proprietà spettrali suggeriscono la formazione di un prodotto di dimerizzazione della tirosina: la ditirosina. Questa struttura potrebbe essere la causa del cross-link che rende resistente il green layer alla degradazione da parte di agenti chimici ed enzimatici. La formazione di ditirosina come fenomeno post-traduzionale è stato recentemente acquisito come un fenomeno di origine perossidativa attraverso la formazione di un radicale Tyr ed è stato osservato anche in altri organismi caratterizzati da esoscheletro di tipo chitinoso, come gli insetti del genere Manduca sexta. Gli esperimenti di cristallizzazione in presenza di estratto di green layer ne hanno provato l’influenza sulla nucleazione dei cristalli. In presenza di CaCl2 avviene la precipitazione di CaCO3 nella fase calcitica, ma la conformazione romboedrica tipica della calcite viene modificata dalla presenza del peptide. Inoltre aumenta la densità dei cristalli che si aggregano a formare strutture sferiche di cristalli incastrati tra loro. Aumentando la concentrazione di peptide, le sfere a loro volta si uniscono tra loro a formare strutture geometriche sovrapposte. In presenza di Mg++, la deposizione di CaCO3 avviene in forma aragonitica. Anche in questo caso la morfologia e la densità dei cristalli dipendono dalla concentrazione dello ione e dalla presenza del peptide. È interessante osservare che, in tutti i casi nei quali si sono ottenute strutture cristalline in presenza dell’estratto alcalino del green layer, i cristalli sono fluorescenti, a significare che il peptide è incluso nella struttura cristallina e ne induce la modificazione strutturale come discusso in precedenza. Si osserva inoltre che le proprietà spettroscopiche del peptide in cristallo ed in soluzione sono molto diverse. In cristallo non si ha assorbimento alla più corta delle lunghezze d’onda disponibili in microscopia confocale (405 nm) bensì a 488 nm, con emissione estesa addirittura sino al rosso. Questa è un’indicazione, anche se preliminare, del fatto che la sua struttura in soluzione e in cristallo è diversa da quella in soluzione. In soluzione, per un peptide il cui peso molecolare è stimato tra 3500D (cut-off della membrana da dialisi) e 6500 D, la struttura è, presumibilmente, totalmente random-coil. In cristallo, attraverso l’interazione con gli ioni Ca++, Mg++ e CO3 -- la sua conformazione può cambiare portando, per esempio, ad una sovrapposizione delle strutture aromatiche, in modo da formare sistemi coniugati non covalenti (ring stacking) in grado di assorbire ed emettere luce ad energia più bassa (red shift).

Eine kontinuierliche Lyman-alpha-Quelle basierend auf Festkörperlasersystemen

In dieser Arbeit wird eine schmalbandige kontinuierliche kohärente Lyman-α-Quelle basierend auf Festkörperlasersystemen zur zukünftigen Kühlung von Antiwasserstoff vorgestellt. Die fundamentalen Festkörperlasersysteme ermöglichen es im Vier-Wellen-Misch-Prozess zur Erzeugung der Lyman-α-Strahlung nicht nur die 6^1S – 7^1S-Zwei-Photonen-Resonanz des Quecksilbers sondern erstmals auch die 6^1S – 6^3P-Ein-Photonen-Resonanz zur Erhöhung der Konversionseffizienz optimal zu nutzen. In ersten Messungen wurden 0,063nW Leistung bei Lyman-α erzeugt. Mit dieser Lyman-α-Quelle war es, durch die Nähe des ersten fundamentalen Lasers zur Ein-Photonen-Resonanz, erstmals möglich den kompletten Verlauf der Phasenanpassungskurve des Vier-Wellen- Misch-Prozesses aufzunehmen. Neben den fundamentalen Lasersystemen und der Lyman-alpha-Erzeugung selbst, wird in dieser Arbeit die Detektion der produzierten Lyman-α-Strahlung mit einem Photomultiplier vorgestellt, die soweit optimiert wurde, dass eine zuverlässige Abschätzung der erzeugten Leistung möglich ist. Für diesen Zweck wurde zudem ein Teststand aufgebaut, mit dem die Transmissivität der Optiken, welche in der Lyman-α-Apparatur verwendet werden, bei 121,56nm gemessen wurde. Des Weiteren wird hier eine vielseitige Rechnung vorgestellt, mit der die erzeugte Leistung bei Lyman-α, unter anderem in Abhängigkeit von der Temperatur, der Absorption des ersten fundamentalen Laserstrahls, dem Dichteprofil des Quecksilberdampfes und unter dem Einfluss eines Puffergases, bestimmt wird.

Studio, microfabbricazione e caratterizzazione di dispositivi in silicio deformato per applicazioni opto-elettroniche

Il silicio, materiale di base per la realizzazione di gran parte dei dispositivi microelettronici, non trova largo impiego in fotonica principalmente a causa delle sue proprietà elettromagnetiche: oltre ad un band-gap indiretto, il silicio presenta difatti una elevata simmetria reticolare che non permette la presenza di alcuni effetti, come quello elettro-ottico, che sono invece utilmente sfruttati in altri materiali per la fotonica. E’ stato recentemente dimostrato che la deformazione indotta dalla deposizione di film ad alto stress intrinseco potrebbe indurre alcuni di questi effetti, rompendo le simmetrie della struttura. In questo lavoro di tesi viene studiata, mediante simulazioni, microfabbricazione di dispositivi, e caratterizzazione sperimentale, la deformazione reticolare indotta su strutture di tipo ridge micrometriche in silicio mediante deposizione di un film di Si3N4. La deformazione e’ stata analizzata tramite simulazione, utilizzando il metodo agli elementi finiti ed analisi di strain tramite la tecnica di microscopia ottica a trasmissione Convergent-Beam Electron Diffraction. Questa tecnica permette di ottenere delle mappe 2D di strain con risoluzione spaziale micrometrica e sensibilita’ dell’ordine di 100microstrain. Il confronto fra le simulazioni e le misure ha messo in evidenza un accordo quantitativo fra le due analisi, da una parte confermando la validità del modello numerico utilizzato e dall’altro verificando l’accuratezza della tecnica di misura, impiegata innovativamente su strutture di questo tipo. Si sono inoltre stimate le grandezze ottiche: birifrangenza e variazione dell’indice di rifrazione efficace rispetto al caso deformato.di una guida SOI su cui e’ deposto uno strato di nituro. I valori stimati, per uno spessore di 350 nm sono rispettivamente di 0.014 e -0.00475. Questi valori lasciano credere che la tecnologia sia promettente, e che un’evoluzione nei processi di fabbricazione in grado migliorare il controllo delle deformazione potrebbe aprire la strada ad un utilizzo del silicio deformato nella realizzazione di dispositivi ottici ed elettro-ottici.

Synthese und Charakterisierung von Polymethylmethacrylat (PMMA)-Silika-Komposit-Partikeln und fluorierten Nanopartikeln unter Verwendung des Miniemulsionsprozesses

In der vorliegenden Dissertation wurden zwei verschiedene Fragestellungen bearbeitet. Zum einen wurde im Rahmen des Schwerpunktprojektes „Kolloidverfahrenstechnik“ und in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Heike Schuchmann vom KIT in Karlsruhe die Verkapselung von Silika-Nanopartikeln in eine PMMA-Hülle durch Miniemulsionspolymerisation entwickelt und der Aufskalierungsprozess unter Verwendung von Hochdruckhomogenisatoren vorangetrieben. Zum anderen wurden verschiedene fluorierte Nanopartikel durch den Miniemulsionsprozess generiert und ihr Verhalten in Zellen untersucht.rnSilika-Partikel konnten durch Miniemulsionspolymerisation in zwei unterschiedlichen Prozessen erfolgreich verkapselt werden. Bei der ersten Methode wurden zunächst modifizierte Silika-Partikel in einer MMA-Monomerphase dispergiert und anschließend durch den normalen Miniemulsionsprozess Silika-beladene Tröpfchen generiert. Diese konnten zu Komposit-Partikeln polymerisiert werden. Bei der Verkapselung durch den Fission/Fusion Prozess wurden die hydrophobisierten Silika-Partikel durch Fission und Fusion Prozesse in schon vorhandene Monomertröpfchen eingebracht, welche hinterher polymerisiert wurden. Um hydrophiles Silika in einem hydrophoben Monomer zu dispergieren, musste zunächst eine Modifizierung der Silika-Partikel stattfinden. Dies geschah unter anderem über eine chemische Anbindung von 3-Methacryloxypropyltri-methoxysilan an der Oberfläche der Silika-Partikel. Des Weiteren wurden die hydrophilen Silika-Partikel durch Adsorption von CTMA-Cl physikalisch modifiziert. Unter anderem durch die Variation des Verkapselungsprozesses, der Silika-Menge, der Tensidart und –menge und der Comonomere konnten Komposit-Partikel mit unterschiedlichen Morphologien, Größen, und Füllgraden erhalten werden.rnFluorierte Nanopartikel wurden erfolgreich über den Prozess der Miniemulsionspolymerisation synthetisiert. Als Monomere dienten dabei fluorierte Acrylate, fluorierte Methacrylate und fluoriertes Styrol. Es war möglich aus jeder dieser drei Gruppen an Monomeren fluorierte Nanopartikel herzustellen. Für genauere Untersuchungen wurden 2,3,4,5,6-Pentafluorstyrol, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-Heptadecafluorodecyl-methacrylat und 1H,1H,2H,2H-Perfluorodecylacrylat als Monomere ausgewählt. Als Hydrophob zur Unterdrückung der Ostwaldreifung wurde Perfluromethyldecalin eingesetzt. Die stabilsten Miniemulsionen wurden wiederum mit den ionischen Tensid SDS generiert. Mit steigendem Gehalt an SDS gelöst in der kontinuierlichen Phase, wurde eine Verkleinerung der Partikelgröße festgestellt. Neben den Homopolymerpartikeln wurden auch Copolymerpartikel mit Acrylsäure erfolgreich synthetisiert. Zudem wurde noch das Verhalten der fluorierten Partikel in Zellen überprüft. Die fluorierten Partikel wiesen ein nicht toxisches Verhalten vor. Die Adsorption von Proteinen aus Humanem Serum wurde über ITC Messungen untersucht. rnSomit konnte gezeigt werden, dass die Technik der Miniemulsionspolymerisation eine abwechslungsreiche und effektive Methode ist, um Hybridnanopartikel mit verschiedenen Morphologien und oberflächenfunktionalisierte Nanopartikel erfolgreich zu generieren.rn

Thermal model for optimization of vascular laser tissue soldering

Laser tissue soldering (LTS) is a promising technique for tissue fusion based on a heat-denaturation process of proteins. Thermal damage of the fused tissue during the laser procedure has always been an important and challenging problem. Particularly in LTS of arterial blood vessels strong heating of the endothelium should be avoided to minimize the risk of thrombosis. A precise knowledge of the temperature distribution within the vessel wall during laser irradiation is inevitable. The authors developed a finite element model (FEM) to simulate the temperature distribution within blood vessels during LTS. Temperature measurements were used to verify and calibrate the model. Different parameters such as laser power, solder absorption coefficient, thickness of the solder layer, cooling of the vessel and continuous vs. pulsed energy deposition were tested to elucidate their impact on the temperature distribution within the soldering joint in order to reduce the amount of further animal experiments. A pulsed irradiation with high laser power and high absorbing solder yields the best results.