Mineralogical, K-Ar, stable and Sr isotope systematics of K-white micas during very low-grade metamorphism of limestones (Helvetic nappes, Western Switzerland)

Mineralogical, K-Ar, Rb-Sr and stable isotope analyses have been carried out on K-white micas from Helvetic Malm limestones in order to examine their evolution during very low- to low-grade Alpine metamorphism, associated with intense ductile deformation. Metamorphic temperatures were estimated al approximately 300-degrees-C from stable isotopes (quartz-calcite thermometry), occurrence of chloritoid, and `'epizonal'' illite crystallinity index. K-white micas consist of variable mixtures of 2M, phengite and muscovite, as revealed by detailed X-ray diffraction analyses using peak decomposition of the (060, 331) spectra. K-Ar apparent ages display a strong grain-size dependence in which mainly fine-grained size fractions (< 2 mum) record Alpine ages (37-15 Ma). However, these ages provide a relative rather than an absolute chronology of the diachronous Alpine metamorphic evolution of the Helvetic nappes. The resetting of the K-Ar isotopic system of K-white micas to Alpine metamorphic conditions reflects an apparent combination of crystallization/recrystallization and radiogenic Ar-40 diffusion loss. The oxygen isotope compositions of micas (+ 15 to + 22 parts per thousand) are intermediate between detrital and O-18-enriched values expected for micas neoformed within an abundant marine carbonate matrix. No isotopic equilibrium has been reached between calcite and micas. The variable depletion of hydrogen isotope compositions (- 126 to - 82 parts per thousand) is influenced by the interaction with organic matter under closed-system conditions. Organic matter, if not removed, may also represent a serious source of error in K-Ar age determination, by introducing radiogenic Ar-40 contamination. Sr-87/Sr-86 isotope ratios of micas range from 0.70879 to 0.70902 with one outlier at 0.71794. The low values reflect Sr exchange with calcite occurring during crystallization/recrystallization of micas under closed-system conditions.

Prograde mica 40Ar/39Ar growth ages recorded in high pressure rocks (Syros, Cyclades, Greece)

Phengites from the eclogite and blueschist-facies sequences of the Cycladic island of Syros (Greece) have been dated by the in situ UV-laser ablation Ar-40/Ar-39 method. A massive, phengite-rich eclogite and an omphacite-rich metagabbro were investigated. The phengites are eubedral and coarse-grained (several 100 mum), strain-free and exhibit no evidence for late brittle deformation or recrystallization. Apparent ages in these samples range from 43 to 50 Ma for the phengite-rich eclogite and 42 to 52 Ma for the ompbacitic metagabbro. This large spread of ages is visible at all scales-within individual grains as well as in domains of several 100 mum and across the entire sample (ca. 2 cm). Such variations have been traditionally attributed to metamorphic cooling or the incorporation of excess argon. However, the textural equilibrium between the phengites and other high pressure phases and the subtle compositional variations within the phengites, especially the preservation of growth textures, alternatively suggest that the observed range in ages may reflect variations of radiogenic argon acquired during phengite formation and subsequent growth, thus dating a discrete event on the prograde path. This implies that the oldest phengite 40Ar/39Ar ages provide the best estimate of a minimum crystallization age, which is in agreement with recently reported U-Pb and Lu-Hf geochronological data. Our results are consistent with available stable isotope data and further suggest that, under fluid-restricted conditions, both stable and radiogenic isotopic systems can survive without significant isotopic exchange during subduction and exhumation from eclogite-facies P-T conditions. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dissolution-reprecipitation of zircon at low-temperature, high-pressure conditions (Lanzo Massif, Italy)

An eclogite facies meta-plagiogranite from the Lanzo massif (western Alps, Italy) contains crystals of zircon intimately associated with allanite. Zircon displays different microtextures ranging from pristine, euhedral, and magmatic to fractured, porous varieties with mosaic zoning, and pervasive recrystallization into euhedral microcrystals. Fractures and voids in the recrystallized zircon microcrystals are mainly filled by high-pressure Na-rich pyroxene. Electron backscattered diffraction analysis revealed a similar crystallographic orientation for primary magmatic zircon crystals and microcrystals, with less than 2 degrees misorientation among neighboring microdomains. The textural change is coupled with chemical and isotopic modifications: recrystallized zircon domains contain significantly less Th and light- to mid-REE, but are richer in Sr than magmatic zircon crystals. Magmatic zircon preserves the protolith U-Pb age of 163.5 +/- 1.7 Ma, whereas zircon microcrystals have a mean age of 55 +/- 1 Ma. The coexisting allanite also contains inclusions of Na-rich pyroxene and has chemical features (elevated Sr and Ni contents and lack of Eu anomaly) indicating formation at high pressure. Despite being associated texturally with zircon, allanite yields a younger Th-Pb age of 46.5 +/- 3.0 Ma, suggesting that the Lanzo unit remained at relatively high pressure conditions for similar to 8 m.y. Zircon recrystallization proceeded with volume reduction and loss of material to an alkaline metamorphic fluid that acted as the agent for a coupled dissolution-reprecipitation process. Recrystallization occurred with minimum transport, in a low-strain environment, and was not significantly enhanced by metamictization. The source of the fluid for zircon recrystallization is most probably related to prograde devolatilization reactions in the surrounding serpentinite.

Fluid-rock-strain feedbacks in extensional shear zones

La présence de fluide météorique synchrone à l'activité du détachement (Farmin, 2003 ; Mulch et al., 2007 ; Gébelin et al., 2011), implique que les zones de cisaillement sont des systèmes ouverts avec des cellules de convections à l'échelle crustale et un intense gradient géothermique au sein du détachement (Morrison et Anderson, 1998, Gottardi et al., 2011). De plus, les réactions métamorphiques liées à des infiltrations fluides dans les zones de cisaillement extensionnel peuvent influencer les paramètres rhéologiques du système (White and Knipe, 1978), et impliquer la localisation de la déformation dans la croûte. Dans ce manuscrit, deux zones de cisaillement infiltrées par des fluides météoriques sont étudiées, l'une étant largement quartzitique, et l'autre de nature granitique ; les relations entre déformation, fluides, et roches s'appuient sur des approches structurales, microstructurales, chimiques et isotopiques. L'étude du détachement du Columbia river (WA, USA) met en évidence que la déformation mylonitique se développe en un million d'années. La phase de cisaillement principal s'effectue à 365± 30°C d'après les compositions isotopiques en oxygène du quartz et de la muscovite. Ces minéraux atteignent l'équilibre isotopique lors de leur recristallisation dynamique contemporaine à la déformation. La zone de cisaillement enregistre une baisse de température, remplaçant le mécanisme de glissement par dislocation par celui de dissolution- précipitation dans les derniers stades de l'activité du détachement. La dynamique de circulation fluide bascule d'une circulation pervasive à chenalisée, ce qui engendre localement la rupture des équilibres d'échange isotopiques. La zone de cisaillement de Bitterroot (MT, USA) présente une zone mylonitique de 600m d'épaisseur, progressant des protomylonites aux ultramylonites. L'intensité de la localisation de la déformation se reflète directement sur l'hydratation des feldspaths, réaction métamorphique majeure dite de « rock softening ». Une étude sur roche totale indique des transferts de masse latéraux au sein des mylonites, et d'importantes pertes de volume dans les ultramylonites. La composition isotopique en hydrogène des phyllosilicates met en évidence la présence (1) d'une source magmatique/métamorphique originelle, caractérisée par les granodiorites ayant conservé leur foliation magmatique, jusqu'aux protomylonites, et (2) une source météorique qui tamponne les valeurs des phyllosilicates des fabriques mylonitiques jusqu'aux veines de quartz non-déformées. Les compositions isotopiques en oxygène des minéraux illustrent le tamponnement de la composition du fluide météorique par l'encaissant. Ce phénomène cesse lors du processus de chloritisation de la biotite, puisque les valeurs des chlorites sont extrêmement négatives (-10 per mil). La thermométrie isotopique indique une température d'équilibre isotopique de la granodiorite entre 600-500°C, entre 500-300°C dans les mylonites, et entre 300 et 200°C dans les fabriques cassantes (cataclasites et veines de quartz). Basé sur les résultats issus de ce travail, nous proposons un modèle général d'interactions fluide-roches-déformation dans les zones de détachements infiltrées par des fluides météoriques. Les zones de détachements évoluent rapidement (en quelques millions d'années) au travers de la transition fragile-ductile ; celle-ci étant partiellement contrôlée par l'effet thermique des circulations de fluide météoriques. Les systèmes de détachements sont des lieux où la déformation et les circulations fluides sont couplées ; évoluant rapidement vers une localisation de la déformation, et de ce fait, une exhumation efficace. - The presence of meteoric fluids synchronous with the activity of extensional detachment zones (Famin, 2004; Mulch et al., 2007; Gébelin et al., 2011) implies that extensional systems involve fluid convection at a crustal scale, which results in high geothermal gradients within active detachment zones (Morrison and Anderson, 1998, Gottardi et al., 2011). In addition, the metamorphic reactions related to fluid infiltration in extensional shear zones can influence the rheology of the system (White and Knipe, 1978) and ultimately how strain localizes in the crust. In this thesis, two shear zones that were permeated by meteoric fluids are studied, one quartzite-dominated, and the other of granitic composition; the relations between strain, fluid, and evolving rock composition are addressed using structural, microstructural, and chemical/isotopic measurements. The study of the Columbia River detachment that bounds the Kettle core complex (Washington, USA) demonstrates that the mylonitic fabrics in the 100 m thick quartzite- dominated detachment footwall developed within one million years. The main shearing stage occurred at 365 ± 30°C when oxygen isotopes of quartz and muscovite equilibrated owing to coeval deformation and dynamic recrystallization of these minerals. The detachment shear zone records a decrease in temperature, and dislocation creep during detachment shearing gave way to dissolution-precipitation and fracturing in the later stages of detachment activity. Fluid flow switched from pervasive to channelized, leading to isotopic disequilibrium between different minerals. The Bitterroot shear zone detachment (Montana, USA) developed a 600 m thick mylonite zone, with well-developed transitions from protomylonite to ultramylonite. The localization of deformation relates directly to the intensity of feldspar hydration, a major rock- softening metamorphic reaction. Bulk-rock analyses of the mylonitic series indicate lateral mass transfer in the mylonite (no volume change), and significant volume loss in ultramylonite. The hydrogen isotope composition of phyllosilicates shows (1) the presence of an initial magmatic/metamorphic source characterized by the granodiorite in which a magmatic, and gneissic (protomylonite) foliation developed, and (2) a meteoric source that buffers the values of phyllosilicates in mylonite, ultramylonite, cataclasite, and deformed and undeformed quartz veins. The mineral oxygen isotope compositions were buffered by the host-rock compositions until chloritization of biotite started; the chlorite oxygen isotope values are negative (-10 per mil). Isotope thermometry indicates a temperature of isotopic equilibrium of the granodiorite between 600-500°C, between 500-300°C in the mylonite, and between 300 and 200°C for brittle fabrics (cataclasite and quartz veins). Results from this work suggest a general model for fluid-rock-strain feedbacks in detachment systems that are permeated by meteoric fluids. Phyllosilicates have preserved in their hydrogen isotope values evidence for the interaction between rock and meteoric fluids during mylonite development. Fluid flow generates mass transfer along the tectonic anisotropy, and mylonites do not undergo significant volume change, except locally in ultramylonite zones. Hydration of detachment shear zones attends mechanical grain size reduction and enhances strain softening and localization. Self-exhuming detachment shear zones evolve rapidly (a few million years) through the transition from ductile to brittle, which is partly controlled by the thermal effect of circulating surface fluids. Detachment systems are zones in the crust where strain and fluid flow are coupled; these systems. evolve rapidly toward strain localization and therefore efficient exhumation.

Nd and Sr isotope compositions in modern and fossil bones - Proxies for vertebrate provenance and taphonomy

Rare earth elements (REE), while not essential for the physiologic functions of animals, are ingested and incorporated in ppb concentrations in bones and teeth. Nd isotope compositions of modern bones of animals from isotopically distinct habitats demonstrate that the (143)Nd/(144)Nd of the apatite can be used as a fingerprint for bedrock geology or ambient water mass. This potentially allows the provenance and migration of extant vertebrates to be traced, similar to the use of Sr isotopes. Although REE may be enriched by up to 5 orders of magnitude during diagenesis and recrystallization of bone apatite, in vivo (143)Nd/(144)Nd may be preserved in the inner cortex of fossil bones or enamel. However, tracking the provenance of ancient or extinct vertebrates is possible only for well-preserved archeological and paleontological skeletal remains with in vivo-like Nd contents at the ppb-level. Intra-bone and -tooth REE analysis can be used to screen for appropriate areas. Large intra-bone Nd concentration gradients of 10(1)-10(3) are often measured. Nd concentrations in the inner bone cortex increase over timescales of millions of years, while bone rims may be enriched over millenial timescales. Nevertheless, epsilon(Nd) values are often similar within one epsilon(Nd) unit within a single bone. Larger intra-bone differences in specimens may either reflect a partial preservation of in vivo values or changing epsilon(Nd) values of the diagenetic fluid during fossilization. However, most fossil specimens and the outer rims of bones will record taphonomic (143)Nd/(144)Nd incorporated post mortem during diagenesis. Unlike REE patterns, (143)Nd/(144)Nd are not biased by fractionation processes during REE-uptake into the apatite crystal lattice, hence the epsilon(Nd) value is an important tracer for taphonomy and reworking. Bones and teeth from autochthonous fossil assemblages have small variations of +/- 1 epsilon(Nd) unit only. In contrast, fossil bones and teeth from over 20 different marine and terrestrial fossil sites have a total range of epsilon(Nd) values from -13.0 to 4.9 (n = 80), often matching the composition of the embedding sediment. This implies that the surrounding sediment is the source of Nd in the fossil bones and that the specimens of this study seem not to have been reworked. Differences in epsilon(Nd) values between skeletal remains and embedding sediment may either indicate reworking of fossils and/or a REE-uptake from a diagenetic fluid with non-sediment derived epsilon(Nd) values. The latter often applies to fossil shark teeth, which may preserve paleo-seawater values. Complementary to epsilon(Nd) values, (87)Sr/(86)Sr can help to further constrain the fossil provenance and reworking. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Evolution of a polymineralic mantle shear zone and the role of second phases in the localization of deformation

The influence of second phases (e.g., pyroxenes) on olivine grain size was studied by quantitative microfabric analyses of samples of the Hilti massif mantle shear zone (Semail ophiolite, Oman). The microstructures range from porphyroclastic tectonites to ultramylonites, from outside to the center of the shear zone. Starting at conditions of ridge-related flow, they formed under continuous cooling leading to progressive strain localization. The dependence of the average olivine grain size on the second-phase content can be split into a second-phase controlled and a dynamic recrystallization-controlled field. In the former, the olivine grain size is related to the ratio between the second-phase grain size and volume fraction (Zener parameter). In the latter, dynamic recrystallization manifested by a balance between grain growth and grain size reduction processes yields a stable olivine grain size. In both fields the average olivine and second-phase grain size decreases with decreasing temperature. Combining the microstructural information with deformation mechanism maps suggests that the porphyroclastic tectonites (similar to 1100 degrees C) and mylonites (similar to 800 degrees C) formed under the predominance of dislocation creep. Since olivine-rich layers are intercalated with layer parallel, polymineralic bands in the mylonites, nearly equiviscous conditions can be assumed. In the ultramylonites, diffusion creep represents the major deformation mechanism in the polymineralic layers. It is this switch in deformation mechanism from dislocation creep to diffusion creep that forces strain to localize in the fine-grained polymineralic domains at low temperatures (<similar to 700 degrees C), underlining the role of the second phases on strain localization in cooling mantle rocks.

Arseenin käyttö sinkkitehtaan koboltinpoistoon

Työssä selvitettiin kuparielektrolyysissä syntyvän sivutuotteen, arseenitrioksidin, soveltuvuutta The New Boliden Kokkola Zinc Oy:n sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Nykyään sinkkitehtaalla käytetään puhdasta arseenitrioksidia koboltinpoiston apuaineena. Tällä hetkellä kuparielektrolyysin arseenista valmistetaan puunsuoja-aineita. Lainsäädäntö muuttuu siten että tulevaisuudessa kyseisten puunsuoja-aineiden käyttöä tullaan yhä rajoittamaan. Kun puunsuoja-aineiden kulutus vähenee, täytyy syntyvä arseeni varastoida jätealueelle ellei sille löydetä muuta käyttöä. Arseenin varastointitarve ei lisäänny jos kuparielektrolyysistä saatava arseeni voidaan hyödyntää sinkkitehtaalla. Kuparielektrolyysissä syntyvä arseenitrioksidi ei ole puhdasta. Työssä selvitettiin epäpuh-tauksien vaikutusta sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Kokeiden olosuhteet pyrittiin yhdenmukaistamaan sinkkitehtaan koboltinpoistovaiheessa vallitsevia olosuhteita vastaaviksi. Kokeissa käytetyillä arseeniliuosten eri epäpuhtaustasoilla ei havaittu olevan selkeää eroa liuospuhdistuskyvyssä. Koetulokset antavat viitteitä siitä, että koboltinpoistoprosessi on oletettua epäherkempi arseeniliuoksen epäpuhtauksien vaikutuksille. Kirjallisuudesta haettiin arseenitrioksidin valmistukseen ja puhdistamiseen liittyvää aineistoa. Valmistusmenetelminä tarkasteltiin valmistusta arseenimalmista ja kuparielektrolyytistä ja puhdistusmenetelminä uudelleenkiteytystä, jäädytys-sulatusprosessia ja ioninvaihtoa. Työssä puhdistettiin kuparielektrolyysin liuospuhdistuksessa syntyvää arseenitrioksidia. Puhdistuslaitteistosta tehtiin alustava prosessisuunnitelma.

Análise térmica aplicada à caracterização da sinvastatina em formulações farmacêuticas

Thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC) are used in pharmaceutical studies for drugs characterization, purity, formulations compatibility, polymorphism identification, stability evaluation, and thermal decomposition of drugs and pharmaceutical formulations. Simvastatin showed fusion at 138.5 ºC and thermal stability up to 248 ºC. Simvastatin was incompatible with preservative excipient butylhydroxyanisole (BHA) performing a process of crystal amorphization. The drug showed morphological polymorphism, where it has the same unit cell but with different crystal habits according to the recrystallization solvent.

DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS HÍBRIDOS MICRO-MESOPOROSOS DO TIPO ZSM-12/MCM-41

Micro-mesoporous hybrid materials of ZSM-12/MCM-41 type with different micro- and mesoporosity contributions were prepared by a procedure that uses the desilication of the zeolite in an alkaline medium, followed by recrystallization onto the mesostructure, where the zeolite is used as the silica source in the formation of mesoporous phase. The materials were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption at 77 K, scanning electron microscopy and thermal analysis. The results showed that the methodology utilized is efficient for obtaining hybrid materials of ZSM-12/MCM-41 type with optimized micro-and mesoporosity.

Microfacies analysis of the lower paleocene beda formation in Western Concession 59 and Block 59F, Sirte Basin, Libya /

The rock sequence of the Tertiary Beda Formation of S. W. concession 59 and 59F block in Sirte Basin of Libya has been subdivided into twelve platformal carbonate microfacies. These microfacies are dominated by muddy carbonates, such as skeletal mudstones, wackestones, and packstones with dolomites and anhydrite. Rock textures, faunal assemblages and sedimentary structures suggest shallow, clear, warm waters and low to moderate energy conditions within the depositional shelf environment. The Beda Formation represents a shallowing-upward sequence typical of lagoonal and tidal flat environments marked at the top by sabkha and brackish-water sediments. Microfossils include benthonic foraminifera, such as miliolids, Nummulites, - oerculina and other smaller benthonics, in addition to dasycladacean algae, ostracods, molluscs, echinoderms, bryozoans and charophytes. Fecal pellets and pelloids, along with the biotic allochems, contributed greatly to the composition of the various microfacies. Dolomite, where present, is finely crystalline and an early replacement product. Anhydrite occurs as nodular, chickenwire and massive textures indicating supratidal sabkha deposition. Compaction, micr it i zat ion , dolomit izat ion , recrystallization, cementation, and dissolution resulted in alteration and obliteration of primary sedimentary structures of the Beda Formation microfacies. The study area is located in the Gerad Trough which developed as a NE-SW trending extensional graben. The Gerad trough was characterized by deep-shallow water conditions throughout the deposition of the Beda Formation sediments. The study area is marked by several horsts and grabens; as a result of extent ional tectonism. The area was tectonically active throughout the Tertiary period. Primary porosity is intergranular and intragranular, and secondary processes are characterized by dissolution, intercrystalline, fracture and fenestral features. Diagenesis, through solution leaching and dolomitization, contributed greatly to porosity development. Reservoir traps of the Beda Formation are characterized by normal fault blocks and the general reservoir characteristics/properties appear to be facies controlled.

Petrography, geochemistry and structure of the Timmins area, Ontario

Regional structural analysis of the Timmins area indicates four major periods of tectonic deformation. The DI deformation is characterized by a series of isoclinal FI folds which are outlined in the study area by bedding, pillow tops and variolitic flows. The D2 deformation developed the Porcupine Syncline and refolded the Fl folds about a NE. axis. A pervasive S2 foliation developed during low grade (greenschist) regional metamorphism associated with the D2 deformation. The S2 foliation developed south of the Destor-Porcupine Break. The third phase of tectonic D3 deformation is recognized by the development of a S3 sub-horizontal crenulation cleavage which developed on the plane of the S2 foliation. No meso scopic folds are associated with this deformation. The 8 3 crenulation cleavage is observed south of the Destor-Porcupine Break. The D4 tectonic deformation is recorded as a subvertical S4 crenulation cleavage which developed on the plane of the S2 foliation and also offsets the S3 crenulation cleavage. Macroscopic F4 folds have refolded the F2 axial plane. No metamorphic recrystallization is associated with this deformation. The S4 crenulation cleavage is observed south of the Destor-Porcupine Break. Petrographic evidence indicates that the Timmins area has been subjected to pervasive regional low grade (greenschist) metamorphism which has recrystallized the original mineralogy. South of the study are~ the Donut Lake ultramafic lavas have been subjected to contact medium grade (amphibolite facies) metamorphism associated with the intrusion of the Peterlong Lake Complex. The Archean volcanic rocks of the Timmins area have been subdivided into komatiitic, tholeiitic and calcalkaline suites based on Zr, Ti0 2 and Ni. The three elements were used because of their r e lative immobility during subsequent metamorphic events. Geochemical observations in the Timmins area indicates that the composition of the Goose Lake and Donut Lake Formations are a series of peridotitic, pyroxenitic and basaltic komatiites. The Lower Schumacher Formation is a sequence of basaltic komatiites while the upper part of the Lower Schumacher Formation is an intercalated sequence of basaltic komatiites and low Ti0 2 tholeiites. The variolitic flows are felsic tholeiites in composition and geochemical evidenc e sugg ests that they developed as a n immiscible splitting of a tholeiitic magma. The Upper Schumacher Formation is a sequence of tholeiitic rocks dis p laying a mild iron enrichment. The Krist and Boomerang Formations are the felsic calc-alkaline rocks of the study area which are characteristically pyroclastic. The Redstone Fo rmation is dominantly a calc-alkali ne sequence of volcani c rocks whose minor mafic end me mbers exposed in 1t.he study hav e basaltic komatiitic compositions. Geochemical evidence sugges ts that the Keewatin-type se dimentary rocks have a composition similar to a quartz diorite or a granodiorite. Fi e l d obs ervations and petrographic evidence suggests that they were derived fr om a distal source and now repr esent i n part a turbidite sequence. The Timiskaming-type sedimentary rocks approach the c omp osi t ion of the felsic calc-alkaline rocks of the study area . The basal conglomerate in the study are a sugge s ts that th e uni t was derived fr om a proximal source. Petrographic and ge ochemical evidence suggests that the peridotitic and pyroxenitic komatiites originated as a 35-55% partial melt within the mantle, in excess of 100 Km. depth. The melt ros e as a diapir with the subsequent effusion of the ultramafic lavas, The basaltic komatiites and tholeiitic rocks originated in the mantle from lesser degrees of partial melting and fractionated in low pressure chambers. Geochemical evidence suggests a "genetic link" between the basaltic komatiites and tholeiites, The calc-alkaline rocks developed as a result of the increa.se In PO in the magma chamber. The felsic calcalkaline rocks are a late stage effusion possibly the last major volcanic eruptions in the area.

Electrospinning and characterization of self-assembled inclusion complexies

L’électrofilage est une technique permettant de fabriquer des fibres polymériques dont le diamètre varie entre quelques nanomètres et quelques microns. Ces fibres ont donc un rapport surface/volume très élevé. Les fibres électrofilées pourraient trouver des applications dans le relargage de médicaments et le génie tissulaire, comme membranes et capteurs chimiques, ou dans les nanocomposites et dispositifs électroniques. L’électrofilage était initialement utilisé pour préparer des toiles de fibres désordonnées, mais il est maintenant possible d’aligner les fibres par l’usage de collecteurs spéciaux. Cependant, il est important de contrôler non seulement l’alignement macroscopique des fibres mais aussi leur orientation au niveau moléculaire puisque l’orientation influence les propriétés mécaniques, optiques et électriques des polymères. Les complexes moléculaires apparaissent comme une cible de choix pour produire des nanofibres fortement orientées. Dans les complexes d’inclusion d’urée, les chaînes polymères sont empilées dans des canaux unidimensionnels construits à partir d’un réseau tridimensionnel de molécules d’urée liées par des ponts hydrogène. Ainsi, les chaînes polymère sonts très allongées à l’échelle moléculaire. Des nanofibres du complexe PEO-urée ont été préparées pour la première fois par électrofilage de suspensions et de solutions. Tel qu’attendu, une orientation moléculaire inhabituellement élevée a été observée dans ces fibres. De tels complexes orientés pourraient être utilisés à la fois dans des études fondamentales et dans la préparation de matériaux hiérarchiquement structurés. La méthode d’électrofilage peut parfois aussi être utilisée pour préparer des matériaux polymériques métastables qui ne peuvent pas être préparés par des méthodes conventionnelles. Ici, l’électrofilage a été utilisé pour préparer des fibres des complexes stables (α) et "métastables" (β) entre le PEO et l’urée. La caractérisation du complexe β, qui était mal connu, révèle un rapport PEO:urée de 12:8 appartenant au système orthorhombique avec a = 1.907 nm, b = 0.862 nm et c = 0.773 nm. Les chaînes de PEO sont orientées selon l’axe de la fibre. Leur conformation est significativement affectée par les ponts hydrogène. Une structure en couches a été suggérée pour la forme β, plutôt que la structure conventionnelle en canaux adoptée par la forme α. Nos résultats indiquent que le complexe β est thermodynamiquement stable avant sa fonte et peut se transformer en forme α et en PEO liquide par un processus de fonte et recristallisation à 89 ºC. Ceci va dans le sens contraire aux observations faites avec le complexe β obtenu par trempe du complexe α fondu. En effet, le complexe β ainsi obtenu est métastable et contient des cristaux d’urée. Il peut subir une transition de phases cinétique solide-solide pour produire du complexe α dans une vaste gamme de températures. Cette transition est induite par un changement de conformation du PEO et par la formation de ponts hydrogène intermoléculaires entre l’urée et le PEO. Le diagramme de phases du système PEO-urée a été tracé sur toute la gamme de compositions, ce qui a permis d’interpréter la formation de plusieurs mélanges qui ne sont pas à l’équilibre mais qui sont été observés expérimentalement. La structure et le diagramme de phases du complexe PEO-thiourée, qui est aussi un complexe très mal connu, ont été étudiés en détail. Un rapport molaire PEO :thiourée de 3:2 a été déduit pour le complexe, et une cellule monoclinique avec a = 0.915 nm, b = 1.888 nm, c = 0.825 nm et β = 92.35º a été déterminée. Comme pour le complexe PEO-urée de forme β, une structure en couches a été suggérée pour le complexe PEO-thiourée, dans laquelle les molécules de thiourée seraient disposées en rubans intercalés entre deux couches de PEO. Cette structure en couches pourrait expliquer la température de fusion beaucoup plus faible des complexes PEO-thiourée (110 ºC) et PEO-urée de forme β (89 ºC) en comparaison aux structures en canaux du complexe PEO-urée de forme α (143 ºC).

L’étude de l’InP et du GaP suite à l’implantation ionique de Mn et à un recuit thermique

Cette thèse est dédiée à l’étude des matériaux InMnP et GaMnP fabriqués par implantation ionique et recuit thermique. Plus précisément nous avons investigué la possibilité de former par implantation ionique des matériaux homogènes (alliages) de InMnP et GaMnP contenant de 1 à 5 % atomiques de Mn qui seraient en état ferromagnétique, pour des possibles applications dans la spintronique. Dans un premier chapitre introductif nous donnons les motivations de cette recherche et faisons une revue de la littérature sur ce sujet. Le deuxième chapitre décrit les principes de l’implantation ionique, qui est la technique utilisée pour la fabrication des échantillons. Les effets de l’énergie, fluence et direction du faisceau ionique sur le profil d’implantation et la formation des dommages seront mis en évidence. Aussi dans ce chapitre nous allons trouver des informations sur les substrats utilisés pour l’implantation. Les techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation structurale, chimique et magnétique des échantillons, ainsi que leurs limitations sont présentées dans le troisième chapitre. Quelques principes théoriques du magnétisme nécessaires pour la compréhension des mesures magnétiques se retrouvent dans le chapitre 4. Le cinquième chapitre est dédié à l’étude de la morphologie et des propriétés magnétiques des substrats utilisés pour implantation et le sixième chapitre, à l’étude des échantillons implantés au Mn sans avoir subi un recuit thermique. Notamment nous allons voir dans ce chapitre que l’implantation de Mn à plus que 1016 ions/cm2 amorphise la partie implantée du matériau et le Mn implanté se dispose en profondeur sur un profil gaussien. De point de vue magnétique les atomes implantés se trouvent dans un état paramagnétique entre 5 et 300 K ayant le spin 5/2. Dans le chapitre 7 nous présentons les propriétés des échantillons recuits à basses températures. Nous allons voir que dans ces échantillons la couche implantée est polycristalline et les atomes de Mn sont toujours dans un état paramagnétique. Dans les chapitres 8 et 9, qui sont les plus volumineux, nous présentons les résultats des mesures sur les échantillons recuits à hautes températures : il s’agit d’InP et du GaP implantés au Mn, dans le chapitre 8 et d’InP co-implanté au Mn et au P, dans le chapitre 9. D’abord, dans le chapitre 8 nous allons voir que le recuit à hautes températures mène à une recristallisation épitaxiale du InMnP et du GaMnP; aussi la majorité des atomes de Mn se déplacent vers la surface à cause d’un effet de ségrégation. Dans les régions de la surface, concentrés en Mn, les mesures XRD et TEM identifient la formation de MnP et d’In cristallin. Les mesures magnétiques identifient aussi la présence de MnP ferromagnétique. De plus dans ces mesures on trouve qu’environ 60 % du Mn implanté est en état paramagnétique avec la valeur du spin réduite par rapport à celle trouvée dans les échantillons non-recuits. Dans les échantillons InP co-implantés au Mn et au P la recristallisation est seulement partielle mais l’effet de ségrégation du Mn à la surface est beaucoup réduit. Dans ce cas plus que 50 % du Mn forme des particules MnP et le restant est en état paramagnétique au spin 5/2, dilué dans la matrice de l’InP. Finalement dans le dernier chapitre, 10, nous présentons les conclusions principales auxquels nous sommes arrivés et discutons les résultats et leurs implications.

Défauts et diffusion dans le silicium amorphe

Nous avons observé une augmentation ‘’transient’’du taux de cristallisation interfacique de l’a-Si lorsqu’on réimplante du Si à proximité de l’interface amorphe/cristal. Après amorphisation et traitement thermique à 650°C pendant 5s de la couche a-Si crée par implantation ionique, une partie a été réimplantée. Les défauts produits par auto-réimplantation à 0.7MeV se trouvent à (302±9) nm de l’interface initiale. Cela nous a permis d’étudier d’avantage la variation initiale de la vitesse SPE (Épitaxie en phase solide). Avec des recuit identiques de 4h à 500°C, nous avons déterminé les positions successives des interfaces et en déduit les taux de cristallisation SPE. La cristallisation débute à l’interface et continue graduellement vers la surface. Après le premier recuit, (252±11) nm s’est recristallisé dans la zone réimplantée soit un avancement SPE de 1.26x10^18at./cm2. Cette valeur est environ 1.50 fois plus importante que celle dans l’état relaxé. Nous suggérons que la présence de défauts à proximité de l’interface a stimulé la vitesse initiale. Avec le nombre de recuit, l’écart entre les vitesses diminue, les deux régions se cristallisent presque à la même vitesse. Les mesures Raman prises avant le SPE et après chaque recuit ont permis de quantifier l’état de relaxation de l’a-Si et le transfert de l’état dé-relaxé à relaxé.

4,5-Dihydro-1,3-dioxepine als chirale Bausteine in der enantioselektiven organischen Synthese

Durch asymmetrische Doppelbindungsisomerisierung mittels Me-DuPHOS-modifizierter Dihalogen-Nickel-Komplexe als Katalysatorvorstufen lassen sich aus 2-Alkyl-4,7-dihydro-1,3-dioxepinen hochenantiomerenreine 2-Alkyl-4,5-dihydro-1,3-dioxepine erhalten. Ein Ziel dieser Arbeit war es, die bisher noch unbekannte Absolutkonfiguration dieses Verbindungstyps zu bestimmen und darüber hinaus ihre Einsatzfähigkeit in der enantioselektiven organischen Synthese zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden enantiomerenangereichertes 2-Isopropyl- und 2-tert-Butyl-4,5-dihydro-1,3-dioxepin mit m-Chlorperbenzoesäure epoxidiert. Dabei bildeten sich die entsprechenden 3-Chlorbenzoesäure-(2-alkyl-5-hydroxy-1,3-dioxepan-4yl)-ester in hohen Ausbeuten und Diastereoselektivitäten. Von den vier zu erwartenden Diastereomeren wurden jeweils nur zwei mit einer Selektivität von mehr als 95:5 gebildet. Im Fall des 3-Chlorbenzoesäure-(2-isopropyl-5-hydroxy-1,3-dioxepan-4yl)-esters konnte das Haupt-diastereomer kristallin erhalten werden. Durch röntgenspektroskopische Untersuchung war es möglich, die Relativ-Konfiguration dieser Verbindung zu bestimmen. Die Ester lassen sich unter Ringverengung in 2-Alkyl-1,3-dioxan-4-carbaldehyde umlagern. Ausgehend von diesen Carbaldehyden stehen zwei Synthesewege zur Verfügung, welche zu Verbindungen führen deren Absolutkonfiguration bereits bekannt ist. So erhält man durch Reduktion 2-Alkyl-1,3-dioxan-4-yl-methanole, welche sich in 1,2,4-Butantriol überführen lassen. Oxidation ergibt die 2-Alkyl-1,3-dioxan-4-carbonsäuren, aus denen 3-Hydroxytetrahydrofuran-2-on gewonnen werden kann. Messung des Drehwertes dieser beiden literaturbekannten Verbindungen liefert nicht nur Information über deren Enantiomerenreinheit sondern ebenfalls über die Konfiguration ihres Stereozentrums. In Kombination mit der Relativ-Konfiguration des Esters ist somit ein Rückschluss auf die Absolutkonfiguration der eingesetzten 4,5-Dihydro-1,3-dioxepine möglich. Die auf den beschriebenen Wegen gewonnenen Substanzen finden Anwendung in der stereoselektiven organischen Synthese. Löst man die Chlorbenzoesäureester in Dichlormethan und behandelt sie mit wässriger Salzsäure, so entstehen die bicyclischen 2-Alkyltetrahydrofuro[2,3-d][1,3]dioxole. Auch bei diesen Verbindungen konnten hohe Enantio- und Diastereoselektivitäten erzielt werden. Der intermolekular verlaufende Reaktionsmechanismus der Bicyclus-Bildung, welcher unter Abspaltung eines den Alkylrest tragenden Aldehyds und dessen Neuanlagerung unter Ausbildung eines Acetals verläuft, konnte in dieser Arbeit durch ein Kreuzungsexperiment bestätigt werden. Umacetalisierung der Bicyclen liefert 2-Methoxytetrahydrofuran-3-ol, aus dem durch Acetalspaltung Tetrahydrofuran-2,3-diol erhalten wird, das die Halbacetalform der entsprechenden Desoxytetrose darstellt, die auf diese Weise in einer de novo-Synthese hergestellt werden kann.