Studio degli effetti della mordenzatura con acido fluoridrico sul disilicato di litio utilizzato in odontoiatria

Scopo dello studio: valutare i cambiamenti indotti da diversi trattamenti di mordenzatura sulla morfologia superficiale e sulla microstruttura di due vetro-ceramiche a base disilicato di litio (IPS e.max® Press e IPS e.max® CAD) ed esaminarne gli effetti sia sull’adesione con un cemento resinoso che sulla resistenza alla flessione. Materiali e metodi: Settanta dischetti (12 mm di diametro, 2 mm di spessore) di ogni ceramica sono stati preparati e divisi in 5 gruppi: nessun trattamento (G1), HF 5% 20s (G2), HF 5% 60s (G3), HF 9.6% 20s (G4), HF 9.6% 60s (G5). Un campione per ogni gruppo è stato analizzato mediante profilometro ottico e osservato al SEM. Per gli altri campioni è stato determinato lo shear bond strength (SBS) con un cemento resinoso. Dopo l’SBS test, i campioni sono stati caricati fino a frattura utilizzando il piston-on-three-ball test per determinarne la resistenza biassiale alla flessione. Risultati: L’analisi morfologica e microstrutturale dei campioni ha rivelato come diversi trattamenti di mordenzatura producano delle modifiche nella rugosità superficiale che non sono direttamente collegate ad un aumento dei valori di adesione e dei cambiamenti microstrutturali che sono più rilevanti con l’aumento del tempo di mordenzatura e di concentrazione dell’acido. I valori medi di adesione (MPa) per IPS e.max® CAD sono significativamente più alti in G2 e G3 (21,28 +/- 4,9 e 19,55 +/- 5,41 rispettivamente); per IPS e.max® Press, i valori più elevati sono in G3 (16,80 +/- 3,96). La resistenza biassiale alla flessione media (MPa) è più alta in IPS e.max® CAD (695 +/- 161) che in IPS e.max® Press (588 +/- 117), ma non è non influenzata dalla mordenzatura con HF. Conclusioni: il disilicato di litio va mordenzato preferibilmente con HF al 5%. La mordenzatura produce alcuni cambiamenti superficiali e microstrutturali nel materiale, ma tali cambiamenti non ne influenzano la resistenza in flessione.

Microstructure of epitaxial thin films of the ferromagnetic shape memory alloy Ni 2 MnGa

Gegenstand dieser Arbeit ist die Präparation und die ausführliche Charakterisierung epitaktischer Dünnschicht-Proben der Heusler Verbindung Ni2MnGa. Diese intermetallische Verbindung zeigt einen magnetischen Formgedächtnis-Effekt (MFG), der sowohl im Bezug auf mögliche Anwendungen, als auch im Kontext der Grundlagenforschung äußerst interessant ist. In Einkristallen nahe der Stöchiometrie Ni2MnGa wurden riesige magnetfeldinduzierte Dehnungen von bis zu 10 % nachgewiesen. Der zugrundeliegende Mechanismus basiert auf einer Umverteilung von kristallographischen Zwillings-Varianten, die eine tetragonale oder orthorhombische Symmetrie besitzen. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes bewegen sich die Zwillingsgrenzen durch den Kristall, was eine makroskopische Formänderung mit sich bringt. Die somit erzeugten reversiblen Längenänderungen können mit hoher Frequenz geschaltet werden, was Ni2MnGa zu einem vielversprechenden Aktuatorwerkstoff macht. rnDa der Effekt auf einem intrinsischen Prozess beruht, eignen sich Bauteile aus MFG Legierungen zur Integration in Mikrosystemen (z.B. im Bereich der Mikrofluidik). rnrnBislang konnten große magnetfeldinduzierte Dehnungen nur für Einkristalle und Polykristalle mit hoher Porosität („foams") nachgewiesen werden. Um den Effekt für Anwendungen nutzbar zu machen, werden allerdings Konzepte zur Miniaturisierung benötigt. Eine Möglichkeit bieten epitaktische dünne Filme, die im Rahmen dieser Arbeit hergestellt und untersucht werden sollen. Im Fokus stehen dabei die Optimierung der Herstellungsparameter, sowie die Präparation von freitragenden Schichten. Zudem werden verschiedene Konzepte zur Herstellung freistehender Mikrostrukturen erprobt. Mittels Röntgendiffraktometrie konnte die komplizierte Kristallstruktur für verschiedene Wachstumsrichtungen verstanden und die genaue Verteilung der Zwillingsvarianten aufgedeckt werden. In Verbindung mit Mikroskopie-Methoden konnte so die Zwillingsstruktur auf verschiedenen Längenskalen geklärt werden. Die Ergebnisse erklären das Ausbleiben des MFG Effekts in den Proben mit (100) Orientierung. Andererseits wurde für Schichten mit (110) Wachstum eine vielversprechende Mikrostruktur entdeckt, die einen guten Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen bietet.rnDurch die spezielle Geometrie der Proben war es möglich, Spektroskopie-Experimente in Transmission durchzuführen. Die Ergebnisse stellen den ersten experimentellen Nachweis der Änderungen in der elektronischen Struktur einer metallischen Verbindung während des martensitischen Phasenübergangs dar. Durch Messen des magnetischen Zirkulardichroismus in der Röntgenabsorption konnten quantitative Aussagen über die magnetischen Momente von Ni und Mn getroffen werden. Die Methode erlaubt überdies die Beiträge von Spin- und Bahn-Moment separat zu bestimmen. Durch winkelabhängige Messungen gelang es, die mikroskopische Ursache der magnetischen Anisotropie aufzuklären. Diese Ergebnisse tragen wesentlich zum Verständnis der komplexen magnetischen und strukturellen Eigenschaften von Ni2MnGa bei.rn

Titanate-based paraelectric glass-ceramics for applications in GHz electronics

Das Gebiet der drahtlosen Kommunikationsanwendungen befindet sich in einem permanenten Entwicklungsprozess (Mobilfunkstandards: GSM/UMTS/LTE/5G, glo-bale Navigationssatellitensysteme (GNSS): GPS, GLONASS, Galileo, Beidou) zu immer höheren Datenraten und zunehmender Miniaturisierung, woraus ein hoher Bedarf für neue, optimierte Hochfrequenzmaterialien resultiert. Diese Entwicklung zeigt sich besonders in den letzten Jahren in der zunehmenden Entwicklung und Anzahl von Smartphones, welche verschiedene Technologien mit unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen innerhalb eines Geräts kombinieren (data: 1G-4G, GPS, WLAN, Bluetooth). Die für zukünftige Technologien (z.B. 5G) benötigte Performance-steigerung kann durch die Verwendung von auf MIMO basierenden Antennensystemen realisiert werden (multiple-input & multiple-output, gesteuerte Kombination von mehreren Antennen) für welche auf dielectric Loading basierende Technologien als eine der vielversprechendsten Implementierungslösungen angesehen werden. rnDas Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer geeigneten paraelektrischen Glaskeramik ($varepsilon_{r}$ > 20, $Qf$ > 5000 GHz, |$tau_f$| < 20 ppm/K; im GHz Frequenzbe-reich) im $mathrm{La_{2}O_{3}}$-$mathrm{TiO_{2}}$-$mathrm{SiO_{2}}$-$mathrm{B_{2}O_{3}}$-System für auf dielectric Loading basierende Mobilfunkkommunikationstechnologien als Alternative zu existierenden kommerziell genutzten Sinterkeramiken. Der Fokus lag hierbei auf der Frage, wie die makroskopi-schen dielektrischen Eigenschaften der Glaskeramik mit ihrer Mikrostruktur korreliert bzw. modifiziert werden können. Es konnte gezeigt werden, dass die dielektrischen Materialanforderungen durch das untersuchte System erfüllt werden und dass auf Glaskeramik basierende Dielektrika weitere vorteilhafte nichtelektro-nische Eigenschaften gegenüber gesinterten Keramiken besitzen, womit dielektrische Glaskeramiken durchaus als geeignete Alternative angesehen werden können. rnEin stabiles Grünglas mit minimalen Glasbildneranteil wurde entwickelt und die chemische Zusammensetzung bezüglich Entglasung und Redoxinstabilitäten optimiert. Geeignete Dotierungen für dielektrisch verlustarme $mathrm{TiO_{2}}$-haltige Glaskeramiken wurden identifiziert.rnDer Einfluss der Schmelzbedingungen auf die Keimbildung wurde untersucht und der Keramisierungsprozess auf einen maximalen Anteil der gewünschten Kristallphasen optimiert um optimale dielektrische Eigenschaften zu erhalten. Die mikroskopische Struktur der Glaskeramiken wurde analysiert und ihr Einfluss auf die makroskopischen dielektrischen Eigenschaften bestimmt. Die Hochfrequenzverlustmechanismen wurden untersucht und Antennen-Prototypenserien wurden analysiert um die Eignung von auf Glaskeramik basierenden Dielektrika für die Verwendung in dielectric Loading Anwendungen zu zeigen.

Control over microstructure evolution and device performance in solution processable organic field-effect transistors

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Kontrolle von Selbstorganisation und Mikrostruktur von organischen Halbleitern und deren Einsatz in OFETs. In Kapiteln 3, 4 und 5 eine neue Lösungsmittel-basierte Verabeitungsmethode, genannt als Lösungsmitteldampfdiffusion, ist konzipiert, um die Selbstorganisation von Halbleitermolekülen auf der Oberfläche zu steuern. Diese Methode als wirkungsvolles Werkzeug erlaubt eine genaue Kontrolle über die Mikrostruktur, wie in Kapitel 3 am Beispiel einer D-A Dyad bestehend aus Hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) als Donor und Perylene Diimide (PDI) als Akzeptor beweisen. Die Kombination aus Oberflächenmodifikation und Lösungsmitteldampf kann die Entnetzungseffekte ausgleichen, so dass die gewüschte Mikrostruktur und molekulare Organisation auf der Oberfläche erreicht werden kann. In Kapiteln 4 und 5 wurde diese Methode eingesetzt, um die Selbstorganisation von Dithieno[2, 3-d;2’, 3’-d’] benzo[1,2-b;4,5-b’]dithiophene (DTBDT) und Cyclopentadithiophene -benzothiadiazole copolymer (CDT-BTZ) Copolymer zu steuern. Die Ergebnisse könnten weitere Studien stimulieren und werfen Licht aus andere leistungsfaähige konjugierte Polymere. rnIn Kapiteln 6 und 7 Monolagen und deren anschlieβende Mikrostruktur von zwei konjugierten Polymeren, Poly (2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) PBTTT und Poly{[N,N ′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′- (2,2′-bithiophene)}, P(NDI2OD-T2)) wurden auf steife Oberflächen mittels Tauchbeschichtung aufgebracht. Da sist das erste Mal, dass es gelungen ist, Polymer Monolagen aus der Lösung aufzubringen. Dieser Ansatz kann weiter auf eine breite Reihe von anderen konjugierten Polymeren ausgeweitet werden.rnIn Kapitel 8 wurden PDI-CN2 Filme erfolgreich von Monolagen zu Bi- und Tri-Schichten auf Oberflächen aufgebracht, die unterschiedliche Rauigkeiten besitzen. Für das erste Mal, wurde der Einfluss der Rauigkeit auf Lösungsmittel-verarbeitete dünne Schichten klar beschrieben.rn

Performance of different polishing techniques for direct CAD/CAM ceramic restorations

This in vitro study evaluated the performance of three ceramic and two commonly used polishing methods on two CAD/CAM ceramics. Surface roughness and quality were compared. A glazed group (GLGR) of each ceramic material served as reference. One-hundred and twenty specimens of VITABLOCS Mark II (VITA) and 120 specimens of IPS Empress CAD (IPS) were roughened in a standardized manner. Twenty VITA and 20 IPS specimens were glazed (VITA Akzent Glaze/Empress Universal Glaze). Five polishing methods were investigated (n=20/group): 1) EVE Diacera W11DC-Set (EVE), 2) JOTA 9812-Set (JOTA), 3) OptraFine-System (OFI), 4) Sof-Lex 2382 discs (SOF) and 5) Brownie/Greenie/Occlubrush (BGO). Polishing quality was measured with a surface roughness meter (Ra and Rz values). The significance level was set at alpha=0.05. Kruskal Wallis tests and pairwise Wilcoxon rank sum tests with Bonferroni-Holm adjustment were used. Qualitative surface evaluation of representative specimens was done with SEM. On VITA ceramics, SOF produced lower Ra (p<0.00001) but higher Rz values than GLGR (p=0.003); EVE, JOTA, OFI and BGO yielded significantly higher Ra and Rz values than GLGR. On IPS ceramics, SOF and JOTA exhibited lower Ra values than GLGR (p<0.0001). Equivalent Ra but significantly higher Rz values occurred between GLGR and EVE, OFI or BGO. VITA and IPS exhibited the smoothest surfaces when polished with SOF. Nevertheless, ceramic polishing systems are still of interest to clinicians using CAD/CAM, as these methods are universally applicable and showed an increased durability compared to the investigated silicon polishers.

Push-out bond strength of CAD/CAM-ceramic luted to dentin with self-adhesive resin cements

OBJECTIVES: This study evaluated the initial and the artificially aged push-out bond strength between ceramic and dentin produced by one of five resin cements. METHODS: Two-hundred direct ceramic restorations (IPS Empress CAD) were luted to standardized Class I cavities in extracted human molars using one of four self-adhesive cements (SpeedCEM, RelyX Unicem Aplicap, SmartCem2 and iCEM) or a reference etch-and-rinse resin cement (Syntac/Variolink II) (n=40/cement). Push-out bond strength (PBS) was measured (1) after 24h water storage (non-aged group; n=20/cement) or (2) after artificial ageing with 5000 thermal cycles followed by 6 months humid storage (aged group; n=20/cement). Nonparametrical ANOVA and pairwise Wilcoxon rank-sum tests with Bonferroni-Holm adjustment were applied for statistical analysis. The significance level was set at alpha=0.05. In addition, failure mode and fracture pattern were analyzed by stereomicroscope and scanning electron microscopy. RESULTS: Whereas no statistically significant effect of storage condition was found (p=0.441), there was a significant effect of resin cement (p<0.0001): RelyX Unicem showed significantly higher PBS than the other cements. Syntac/Variolink II showed significantly higher PBS than SmartCEM2 (p<0.001). No significant differences were found between SpeedCEM, SmartCem2, and iCEM. The predominant failure mode was adhesive failure of cements at the dentin interface except for RelyX Unicem which in most cases showed cohesive failure in ceramic. SIGNIFICANCE: The resin cements showed marked differences in push-out bond strength when used for luting ceramic restorations to dentin. Variolink II with the etch-and-rinse adhesive Syntac did not perform better than three of the four self-adhesive resin cements tested.

Biomechanical model of human cornea based on stromal microstructure

The optical characteristics of the human cornea depends on the mechanical balance between the intra-ocular pressure and intrinsic tissue stiffness. A wide range of ophthalmic surgical procedures alter corneal biomechanics to induce local or global curvature changes for the correction of visual acuity. Due to the large number of surgical interventions performed every day, a deeper understanding of corneal biomechanics is needed to improve the safety of these procedures and medical devices. The aim of this study is to propose a biomechanical model of the human cornea, based on stromal microstructure. The constitutive mechanical law includes collagen fiber distribution based on X-ray scattering analysis, collagen cross-linking, and fiber uncrimping. Our results showed that the proposed model reproduced inflation and extensiometry experimental data [Elsheikh et al., Curr. Eye Res., 2007; Elsheikh et al., Exp. Eye Res., 2008] successfully. The mechanical properties obtained for different age groups demonstrated an increase in collagen cross-linking for older specimens. In future work such a model could be used to simulate non-symmetric interventions, and provide better surgical planning.

Numerical model of the human cornea based on stromal microstructure: identification of mechanical properties for two age groups

The optical quality of the human eye mainly depends on the refractive performance of the cornea. The shape of the cornea is a mechanical balance between intraocular pressure and tissue intrinsic stiffness. Several surgical procedures in ophthalmology alter the biomechanics of the cornea to provoke local or global curvature changes for vision correction. Legitimated by the large number of surgical interventions performed every day, the demand for a deeper understanding of corneal biomechanics is rising to improve the safety of procedures and medical devices. The aim of our work is to propose a numerical model of corneal biomechanics, based on the stromal microstructure. Our novel anisotropic constitutive material law features a probabilistic weighting approach to model collagen fiber distribution as observed on human cornea by Xray scattering analysis (Aghamohammadzadeh et. al., Structure, February 2004). Furthermore, collagen cross-linking was explicitly included in the strain energy function. Results showed that the proposed model is able to successfully reproduce both inflation and extensiometry experimental data (Elsheikh et. al., Curr Eye Res, 2007; Elsheikh et. al., Exp Eye Res, May 2008). In addition, the mechanical properties calculated for patients of different age groups (Group A: 65-79 years; Group B: 80-95 years) demonstrate an increased collagen cross-linking, and a decrease in collagen fiber elasticity from younger to older specimen. These findings correspond to what is known about maturing fibrous biological tissue. Since the presented model can handle different loading situations and includes the anisotropic distribution of collagen fibers, it has the potential to simulate clinical procedures involving nonsymmetrical tissue interventions. In the future, such mechanical model can be used to improve surgical planning and the design of next generation ophthalmic devices.

A microstructure based model of the deformation mechanisms and flow stress during elevated temperature straining of a magnesium alloy

We show that the variation of flow stress with strain rate and grain size in a magnesium alloy deformed at a constant strain rate and 450 °C can be predicted by a crystal plasticity model that includes grain boundary sliding and diffusion. The model predicts the grain size dependence of the critical strain rate that will cause a transition in deformation mechanism from dislocation creep to grain boundary sliding, and yields estimates for grain boundary fluidity and diffusivity.

Scaling Ceramic Provenience at Lydian Sardis, Western Turkey

We present a multistage strategy to define the scale and geographic distribution of 'local' ceramic production at Lydian Sardis based on geochemical analysis (NAA) of a large diverse ceramic sample (n = 281). Within the sphere of local ceramic production, our results demonstrate an unusual pattern of reliance on a single resource relative to other contemporary Iron Age centers. When our NAA results are combined with legacy NAA provenience data for production centers in Western Anatolia, we can differentiate ceramic emulation from exchange, establish probable proveniences for the non-local component of the dataset, and define new non-local groups with as yet no known provenience. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cultural Dynamics and Ceramic Resource Use at Late Bronze Age/Early Iron Age Troy, Northwestern Turkey

Changes in resource use over time can provide insight into technological choice and the extent of long-term stability in cultural practices. In this paper we re-evaluate the evidence for a marked demographic shift at the inception of the Early Iron Age at Troy by applying a robust macroscale analysis of changing ceramic resource use over the Late Bronze and Iron Age. We use a combination of new and legacy analytical datasets (NAA and XRF), from excavated ceramics, to evaluate the potential compositional range of local resources (based on comparisons with sediments from within a 10 km site radius). Results show a clear distinction between sediment-defined local and non-local ceramic compositional groups. Two discrete local ceramic resources have been previously identified and we confirm a third local resource for a major class of EIA handmade wares and cooking pots. This third source appears to derive from a residual resource on the Troy peninsula (rather than adjacent alluvial valleys). The presence of a group of large and heavy pithoi among the non-local groups raises questions about their regional or maritime origin. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.