Properties of tantalum oxynitride thin films produced by magnetron sputtering: the influence of processing parameters

The main purpose of this work is to present and to interpret the change of structure and physical properties of tantalum oxynitride (TaNxOy) thin films, produced by dc reactive magnetron sputtering, by varying the processing parameters. A set of TaNxOy films was prepared by varying the reactive gases flow rate, using a N2/O2 gas mixture with a concentration ratio of 17:3. The different films, obtained by this process, exhibited significant differences. The obtained composition and the interpretation of X-ray diffraction results, shows that, depending on the partial pressure of the reactive gases, the films are: essentially dark grey metallic, when the atomic ratio (N + O)/Ta < 0.1, evidencing a tetragonal β-Ta structure; grey-brownish, when 0.1 < (N + O)/Ta < 1, exhibiting a face-centred cubic (fcc) TaN-like structure; and transparent oxide-type, when (N + O)/Ta > 1, evidencing the existence of Ta2O5, but with an amorphous structure. These transparent films exhibit refractive indexes, in the visible region, always higher than 2.0. The wear resistance of the films is relatively good. The best behaviour was obtained for the films with (N + O)/Ta ≈ 0.5 and (N + O)/Ta ≈ 1.3.

Engineering the Properties of Indium Sulfide for Thin Film Solar Cells by Doping

In the present work, structural, optical and electrical properties of indium sulfide are tuned by specific and controlled doping. Silver, tin, copper and chlorine were used as the doping elements. In2S3 thin films for the present study were prepared using a simple and low cost “Chemical Spray Pyrolysis (CSP)” technique. This technique is adaptable for large-area deposition of thin films in any required shape and facilitates easiness of doping and/or variation of atomic ratio. It involves spraying a solution, usually aqueous, containing soluble salts of the constituents of the desired compound onto a heated substrate. Doping process was optimized for different doping concentrations. On optimizing doping conditions, we tuned the structural, optical and electrical properties of indium sulfide thin films making them perform as an ideal buffer layer.

Aspectos metodológicos para análise de depósitos de pulverizações pela determinação dos depósitos pontuais

Objetivou-se com este trabalho avaliar a variabilidade dos depósitos de traçadores, simulando herbicidas aplicados em pós-emergência, em populações de Brachiaria plantaginea e Commelina benghalensis infestantes da cultura da soja. Os depósitos dos traçadores foram também avaliados em plantas da cultura, utilizando-se o pulverizador de barra tratorizado, com pontas de jato plano da série 110-SF-03, aplicando o volume de 250 L ha-1 de calda preparada com 0,18% de corante Azul Brilhante e 0,18% de Amarelo Saturn Yellow. Os alvos naturais utilizados foram: plantas de soja com 150 repetições; B. plantaginea no estádio de duas a oito folhas, coletadas na linha da cultura com 141 repetições; e B. plantaginea e C. benghalensis nas entrelinhas, com 150 e 50 repetições, respectivamente. Os alvos artificiais foram constituídos por lâminas distribuídas a 0, 12,2 e 22,5 cm da linha da cultura. Após a aplicação, os alvos foram coletados individualmente e lavados com 30, 20 e 15 mL de água deionizada, para soja, lâminas e plantas daninhas, respectivamente. Estas originaram as amostras analisadas em espectrofotômetro, estimando-se o depósito de calda em µL por planta e µL cm² de área foliar. Foram ajustadas curvas de regressão entre os depósitos unitários e as freqüências acumuladas, utilizando-se o modelo de Gompertz. As relações entre os depósitos máximos e mínimos foram de 7, 4, 10 e 6 para soja, C. benghalensis e B. plantaginea na linha e na entrelinha, respectivamente. As plantas de B. plantaginea da entrelinha receberam, em média, 34% a mais de depósito do que as plantas da linha.

Properties and in vivo investigation of nanocrystalline hydroxyapatite obtained by mechanical alloying

Mechanical alloying has been used successfully to produce nanocrystalline powders of hydroxyapatite (HA) using three different procedures. The milled HA was studied by X-ray diffraction, Infrared, Raman scattering spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM). We obtained HA with different degrees of crystallinity and time of milling. The grain size analysis through SEM and XRD shows particles with dimensions of 36.9, 14.3 and 35.5 nm (for (R1), (R2) and (R3), respectively) forming bigger units with dimensions given by 117.2, 110.8 and 154.4 nm (for (R1), (R2) and (R3), respectively). The Energy-Dispersive Spectroscopy (EDS) analysis showed that an atomic ratio of Ca/P= 1.67, 1.83 and 1.50 for reactions (R1), (R2) and (R3), respectively. These results suggest that the R1 nanocrystalline ceramic is closer to the expected value for the ratio Ca/P for hydroxyapatite, which is 513 congruent to 1.67. The bioactivity analysis shows that all the samples implanted into the rabbits can be considered biocompatible, since they had been considered not toxic, bad not caused inflammation and reject on the part of the organisms of the animals, during the period of implantation. The samples implanted in rabbits had presented new osseous tissue formation with the presence of osteoblasts cells. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of nitrogen ion irradiation on plasma polymerized films produced from titanium tetraiso pro poxide-oxygen-helium mixtures

In this work films were produced by the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of titanium tetraisopropoxide-oxygen-helium mixtures and irradiated with 150 keV singly-charged nitrogen ions (N(+)) at fluences, phi, between 10(14) and 10(16) cm(-2). Irradiation resulted in compaction, which reached about 40% (measured via the film thickness) at the highest fluence. Infrared reflection-absorption spectroscopy (IRRAS) revealed the presence of Ti-O bonds in all films. Both O-H and C-H groups were present in the as-deposited films, but the density of each of these decreased with increasing phi and was absent at high phi, indicating a loss of hydrogen. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses revealed an increase in the C to Ti atomic ratio as phi increased, while the O to Ti ratio hardly altered, remaining at around 2.8. The optical gap of the films, derived from data obtained by ultraviolet-visible spectroscopy (UVS), remained at about 3.6 eV for all fluences except the highest, for which an abrupt fall to around 1.0 eV was observed. For the irradiated films, the electrical conductivity, measured using the two-point method, showed a systematic increase with increasing phi. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Influence of Ga incorporation on photoinduced phenomena in Ge-S based glasses

To study the influence of Ga addition on photoinduced effect, GaGeS glasses with constant atomic ratio S/Ge = 2.6 have been prepared. Using Raman spectroscopy, we have reported the effect of Ga on the structural behavior of these glasses. An increase of the glass transition temperature T(g), the linear refractive index and the density have been observed with increasing gallium content. The photoinduced phenomena have been examined through the influence of time exposure and power density, when exposed to above light bandgap (3.53 eV). The correlation between photoinduced phenomena and Ga content in such glasses are shown hereby. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

The influence of seasonalness on the structural characteristics of aquatic humic substances extracted from Negro River (Amazon state) waters: Interactions with Hg(II)

In this work, humic substances were extracted from water samples collected monthly from the Negro River basin in the Amazon state (Brazil) to study their properties in the Amazonian environment and interactions with the mercury ion considering the influence of seasonalness in this formation. The C/H, C/N and C/O atomic ratio parameters, functional groups, concentration of semiquinone-type free radicals, pH, pluviometric and fluviometric indices, and mercury concentrations were interpreted using hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA). The statistical analyses showed that when the pluviometric index was greater and the fluviometric index was smaller, the degree of humification of aquatic substances was greater. The following decreasing order of the degree of humification of the AHS collected monthly was established: Nov/02 to Feb/03 > Mar/02 to May/02 > Jun/02 to Oct/02. The greatest concentrations of mercury were detected in more humidified samples. These results suggest that due to inter and/or intra-molecular rearrangements, the degree of humification of aquatic humic substances is related to its affinity for Hg(II) ions. ©2007 Sociedade Brasileira de Química.

Characterization and distribution of pyrogenic carbon in a fraction of archaeological black earth from Caxiuanã

This study aims to determine the atomic ratio of O/C in an archaeological black earth (ABE) profile of the Ilha de Terra site, a region of Caxiuanã in the Pará State, Brazil, to determine the types of pyrogenic carbon (PyC) particles and to infer the source of biomass and burning temperature necessary to produce the PyC. The O/C ratios were monitored using scanning electron microscopy combined with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS). The results indicated atomic ratios for clay, silt and fine sand fractions that were between those registered for the PyC particles types: condensed combustion (CC) (0.09, 0.1, 0.13), charcoal (0.32, 0.31, 0.34) and char (0.43, 0.45, 0.52). CC is the predominant type of particle found because of the high firing temperature (> 350 °C), which is consistent with the probable biomass sources of wood, cellulose and lignin.

Interações entre íons Hg(II) e substâncias húmicas extraídas de diferentes solos da Bacia do Médio Rio Negro, Amazônia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Substâncias húmicas aquáticas do Rio Negro-AM: influência da sazonalidade nas características estruturais, distribuição de carbono e capacidade de complexação por íons Hg(II) em função do tamanho molecular

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Structural and optical properties of brominated plasma polymers

Novel brominated amorphous hydrogenated carbon (a-C:H:Br) films were produced by the plasma polymerization of acetylene-bromoform mixtures. The main parameter of interest was the degree of bromination, which depends on the partial pressure of bromoform in the plasma feed, expressed as a percentage of the total pressure, R-B. When bromoform is present in the feed, deposition rates of up to about 110 nm min(-1) may be obtained. The structure and composition of the films were characterized by Transmission Infrared Reflection Absorption Spectroscopy (IRRAS) and X-ray Photo-electron Spectroscopy (XPS). The latter revealed that films with atomic ratios Br:C of up to 0.58 may be produced. Surface contact angles, measured using goniometry, could be increased from similar to 63 degrees (for an unbrominated film) to similar to 90 degrees for R-B of 60 to 80%. Film surface roughness, measured using a profilometer, does not depend strongly on R-B. Optical properties the refractive index, n, absorption coefficient, alpha(E), where E is the photon energy, and the optical gap, E-g, were determined from film thicknesses and data obtained by Transmission Ultraviolet-Visible Near Infrared Spectroscopy (UVS). Control of n was possible via selection of R-B. The measured optical gap increases with increasing F-BC, the atomic ratio of Br to C in the film, and semi-empirical modeling accounts for this tendency. A typical hardness of the brominated films, determined via nano-indentation, was similar to 0.5 GPa. (C), 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

O desenvolvimento de nanopartículas de intermetálicos ordenados de ouro e estudo da atividade eletroquímica da reação de oxidação do glicerol

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Reproductive phenology of three species of Gelidiales (Rhodophyta) in two macroalgal communities from Tenerife (Atlantic Ocean, Canary Islands, Spain)

[EN] The reproductive phenology of three species of Gelidiales, Gelidium canariense, Gelidium arbuscula and Pterocladiella capillacea, was analysed seasonally for a period of one year in two localities on the West coast of Tenerife Atlantic Ocean, Canary Islands, Spain. Considerations are provided on sex ratio, maximum length and branch order of uprights and on the length of the thalli for each sexual and asexual phase of the Canary Islands populations. The three species were characterized by a high percentage of tetrasporophytes, while female and male gametophytes have been observed only in little proportion. Only G. canariense showed gametophytes in all seasons while the occurrence of gametophytes in G. arbuscula and Pterocladiella capillacea demonstrated a clear seasonality.

Identification and dissolution behavior of the secondary uranium minerals in the corrosion products of Depleted Uranium (DU) ammunition formed in soils

In der vorliegenden Studie wurden verschiedene Techniken eingesetzt um drei Proben (4, 7, and 8) die aus denrnKorrosionsprodukten von aus dem Kosovo Krieg stammenden Munitionskugeln, bestehend aus abgereichertem Uranrn(Depleted Uranium - DU), zu untersuchen. Als erstes Verfahren wurde die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Hierbeirnzeigte sichin den Proben, charakterisiert durch einen Doppelpeak, die Anwesenheit von Schoepitrn(UO2)8O2(OH)12(H2O)12. Der erste und zweite Peakzeigte sich im Spektralbereich von 840,3-842,5 cm-1rnbeziehungsweise 853,6-855,8 cm-1. Diese Werte stimmen mit den Literaturwerten für Raman-Peaks für Schoepitrnüberein. Des Weiteren wurde bei dieser Untersuchungsmethode Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6(H2O)8 mit einemrnPeak im Bereich zwischen 829 to 836 cm-1 gefunden. Aufgrund des Fehlens des Becquerelitespektrums in derrnSpektralbibliothek wurde eine in der Natur vorkommende Variante analysiert und deren Peak bei 829 cm-1 bestimmt,rnwas mit den Ergebnissen in den Proben korrespondiert. Mittels Röntgenbeugung (X-Ray Diffraction, XRD) zeigtenrnsich in allen Proben ähnliche Spektren. Das lässt darauf schließen, dass das pulverisierte Material in allen Probenrndas gleiche ist. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Schoepit und/oder meta-rnSchoepit(UO2)8O2(OH)12(H2O)10, sowie Becquerelite. Weiterhin war weder Autunit, Sabugalit noch Uranylphosphatrnanwesend, was die Ergebnisse einer anderen Studie, durchgeführt an denselben Proben, wiederlegt. DiernAnwesenheit von P, C oder Ca im Probenmaterial konnte ausgeschlossen werden. Im Falle von Calciumkann diesrnmit der Anwesenheit von Uran erklärt werden, welches aufgrund seines Atomradius bevorzugt in Becquerelite (1:6)rneingebaut wird. Die beiden Hauptpeaks für Uran lagen im Falle von U 4f 7/2 bei 382.0 eV und im Falle von U 4f 5/2rnbei 392 eV. Diese Werte mit den Literaturwerten für Schoepit und meta-Schoepitüberein. Die Ergebnissernelektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen U, O, Ca, Ti als dominante Komponenten in allen Messungen.rnElemente wie Si, Al, Fe, S, Na, und C wurden ebenfalls detektiert; allerdings kann nicht ausgeschlossen werden,rndass diese Elemente aus dem Boden in der unmittelbaren Umgebung der Munitionsgeschosse stammen. Gold wurdernebenfalls gemessen, was aber auf die Goldarmierung in den Probenaufbereitungsbehältern zurückgeführt werdenrnkann. Die Elektronenmikroskopie zeigte außerdem einige Stellen in denen elementares Uran und Bodenmineralernsowie sekundäre Uranminerale auftraten. Die Elementübersicht zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen U andrnCa und gleichzeitig keine Korrelation zwischen U und Si, oder Mg. Auf der anderen Seite zeigte sich aber einrnZusammenhang zwischen Si und Al da beide Konstituenten von Bodenmineralen darstellen. Eine mit Hilfe derrnElektronenstrahlmikroanalyse durchgeführte quantitative Analyse zeigte den Massenanteil von Uran bei ca. 78 - 80%,rnwas mit den 78,2% and 79,47% für Becquerelite beziehungsweise Schoepit aufgrund ihrer Summenformelrnkorrespondiert. Zusätzlich zeigt sich für Calcium ein Massenanteil von 2% was mit dem Wert in Becquerelite (2.19%)rnrecht gut übereinstimmt. Der Massenanteil von Ti lag in einigen Fällen bei 0,77%, was auf eine noch nicht korrodierternDU-Legierung zurückzuführen ist. Ein Lösungsexperiment wurde weiterhin durchgeführt, wobei eine 0,01 M NaClO4-rnLösung zum Einsatz kam in der die verbliebene Probensubstanz der Korrosionsprodukte gelöst wurde;rnNatriumperchlorate wurde hierbei genutzt um die Ionenstärke bei 0,01 zu halten. Um Verunreinigungen durchrnatmosphärisches CO2 zu vermeiden wurden die im Versuch für die drei Hauptproben genutzten 15 Probenbehälterrnmit Stickstoffgas gespült. Eine Modelkalkulation für den beschriebenen Versuchsaufbau wurde mit Visual MINTEQrnv.3.0 für die mittels vorgenannten Analysemethoden beschriebenen Mineralphasen im pH-Bereich von 6 – 10 imrnFalle von Becquerelite, und Schoepit berechnet. Die modellierten Lösungskurven wurden unter An- und Abwesenheitrnvon atmosphärischem CO2 kalkuliert. Nach dem Ende des Lösungsexperiments (Dauer ca. 6 Monate) zeigten diernKonzentrationen des gelösten Urans, gemessen mittels ICP-OES, gute Übereinstimmung mit den modelliertenrnSchoepit und Becquerelite Kurven. Auf Grund des ähnlichen Löslichkeitverhaltens war es nicht möglich zwichen denrnbeiden Mineralen zu unterscheiden. Schoepit kontrolliert im sauren Bereich die Löslichkeit des Urans, währendrnbecquerelit im basichen am wenigsten gelöst wird. Des Weiteren bleibt festzuhalten, dass ein Anteil an CO2 in diernverschlossenen Probenbehälter eingedrungen ist, was sich mit der Vorhersage der Modeldaten deckt. Die Löslichkeitrnvon Uran in der Lösung als Funktion des pH-Wertes zeigte die niedrigsten Konzentrationen im Falle einer Zunahmerndes pH-Wertes von 5 auf 7 (ungefähr 5,1 x 10-6 mol/l) und einer Zunahme des pH-Wertes auf 8 (ungefähr 1,5 x 10-6rnmol/l bei). Oberhalb dieses Bereichs resultiert jeder weitere Anstieg des pH-Wertes in einer Zunahme gelösten Uransrnin der Lösung. Der ph-Wert der Lösung wie auch deren pCO2-Wert kontrollieren hier die Menge des gelösten Urans.rnAuf der anderen Seite zeigten im Falle von Becquerelite die Ca-Konzentrationen höhere Werte als erwartet, wobeirnwahrscheinlich auf eine Vermischung der Proben mit Bodensubstanz zurückgeführt werden kann. Abschließendrnwurde, unter Berücksichtigung der oben genannten Ergebnisse, eine Fallstudie aus Basrah (Irak) diskutiert, wo inrnzwei militärischen Konflikten Uranmunition in zwei Regionen unter verschiedenen Umweltbedingungen eingesetztrnwurden.

Methodenentwicklung zur Charakterisierung von metallischen Nanopartikeln und deren potentieller Einsatz bei der Analyse von Biomolekülen mittels ICP-MS Kopplungstechniken

Die qualitative und quantitative Analyse von Biomolekülen hat in den letzten Jahren und Jahrzehnten immer mehr an Bedeutung gewonnen. Durch das Aufkommen und die kontinuierliche Weiterentwicklung neuer Separations- und Detektionsmethoden und deren Verbindung miteinander zu leistungsfähigen Einheiten, erlangte man Schritt für Schritt neue Erkenntnisse bei ihrer Untersuchung. Die Elementmassenspektrometrie als nachweisstarke Detektionsmethode wird von vielen wissenschaftlichen Arbeitsgruppen bei der Trennung und Quantifizierung von Proteinen und Metalloproteinen mittels Detektion der in den Biomolekülen vorkommenden Metalle und Heteroatome angewendet. Heteroatome (z.B. Schwefel, Phosphor) haben im Plasma des ICP-MS (inductively coupled plasma - mass spectrometer) schlechte Ionisationseigenschaften und dementsprechend deutlich höhere Nachweisgrenzen als Metalle. Ein Ansatz, schlecht oder nicht detektierbare Verbindungen (also solche, die keine Metalle oder Heteroatome enthalten) mit dem ICP-MS sichtbar zu machen, ist die Markierung der selbigen mit Metallionen oder -cluster. rnIn dieser Arbeit ist es gelungen, der Analyse ganz unterschiedlicher Substanzklassen, zum einen metallische Nanopartikel und zum anderen Proteine, neue Impulse zu geben und zukünftiges Potential bei der Anwendung gekoppelter Techniken zur Separation und Detektion aufzuzeigen. Durch die Verwendung einer alten, aber neu konzipierten Trenntechnik, der Gelelektrophorese (GE), und deren Kopplung an einen modernen Detektor, dem ICP-MS, kann die für die Proteinanalytik weit verbreitete Gelelektrophorese ihr enormes Potential bei der Trennung verschiedenster Verbindungsklassen mit der exzellenten Nachweisstärke und Elementspezifität des ICP-MS verbinden und dadurch mit deutlich weniger Arbeitsaufwand als bisher qualitative und auch quantitative Ergebnisse produzieren. Bisher war dies nur mit großem präparativem Aufwand unter Verwendung der laser ablation möglich. Bei der Analyse von Nanopartikeln konnte aufgezeigt werden, dass durch die GE-ICP-MS-Kopplung aufgrund der guten Trenneigenschaften der GE vorhandene Spezies bzw. Fraktionen voneinander separiert werden und mit Hilfe des ICP-MS Informationen auf atomarem Niveau gewonnen werden können. Es war möglich, das atomare Verhältnis der Metallatome im Kern und der Schwefelatome in der Ligandenhülle eines Nanopartikels zu bestimmen und damit die Größe des Partikels abzuschätzen. Auch konnte die Anzahl der Goldatome in einem dem Schmid-Cluster ähnlichen Nanopartikel bestimmt werden, was vorher nur mit Hilfe von MALDI-TOF möglich war. Bei der Analyse von Biomolekülen konnte auf einfache Weise der Phosphorylierungsgrad verschiedener Proteine bestimmt werden. Auch bei kleinen Molekülen erzielt die Gelelektrophorese ausgezeichnete Trennergebnisse, wie z. B. bei der Analyse verschiedener Brom- und Iodspezies.rnDie stöchiometrische Kopplung eines Proteins an einen Nanopartikel, ohne eine der beiden Verbindungen in einem größeren Maße zu verändern, stellte jedoch eine Herausforderung dar, die im Rahmen dieser Arbeit nicht vollständig gelöst werden konnte. Verschiedene Ansätze zur Kopplung der beiden Substanzen wurden erprobt, jedoch führte keine zu dem gewünschten Ergebnis einer stöchiometrisch vollständigen und spezifischen Modifikation eines Proteins mit einem Nanopartikel. Durch das Potential der GE-ICP-MS-Kopplung bei der Analyse beider Substanz-klassen und dem Beweis der Praktikabilität und Zuverlässigkeit der Methode ist jedoch der Grundstein für weitere Forschungen auf diesem Gebiet gelegt worden. Ist eine geeignete chemische Kopplung der beiden Substanzklassen gefunden und beherrscht, steht auf analytischer Seite eine leistungsstarke Kombination aus Trennung und Detektion zur Verfügung, um die Quantifizierung von Proteinen entscheidend zu verbessern.rn