Piezoelectric properties of PbTiO(3) thin films characterized with piezoresponse force and high resolution transmission electron microscopy

In this paper we investigate the piezoelectric properties of PbTiO(3) thin films grown by pulsed laser deposition with piezoresponse force microscopy and transmission electron microscopy. The as-grown films exhibit an upward polarization, inhomogeneous distribution of piezoelectric characteristics concerning local coercive fields, and piezoelectric coefficient. In fact, the data obtained reveal imprints during piezoresponse force microscopy measurements, nonlinearity in the piezoelectric deformation, and limited polarization reversal. Moreover, transmission electron microscopy shows the presence of defects near the film/substrate interface, which can be associated with the variations of piezoelectric properties.

Comparative biochemical analysis of three members of the Schistosoma mansoni TAL family: Differences in ion and drug binding properties

The tegumental allergen-like (TAL) proteins from Schistosoma mansoni are part of a family of calcium binding proteins found only in parasitic flatworms. These proteins have attracted interest as potential drug or vaccine targets, yet comparatively little is known about their biochemistry. Here, we compared the biochemical properties of three members of this family: SmTAL1 (Sm22.6), SmTAL2 (Sm21.7) and SmTAL3 (Sm20.8). Molecular modelling suggested that, despite similarities in domain organisation, there are differences in the three proteins’ structures. SmTAL1 was predicted to have two functional calcium binding sites and SmTAL2 was predicted to have one. Despite the presence of two EF-hand-like structures in SmTAL3, neither was predicted to be functional. These predictions were confirmed by native gel electrophoresis, intrinsic fluorescence and differential scanning fluorimetry: both SmTAL1 and SmTAL2 are able to bind calcium ions reversibly, but SmTAL3 is not. SmTAL1 is also able to interact with manganese, strontium, iron(II) and nickel ions. SmTAL2 has a different ion binding profile interacting with cadmium, manganese, magnesium, strontium and barium ions in addition to calcium. All three proteins form dimers and, in contrast to some Fasciola hepatica proteins from the same family; dimerization is not affected by calcium ions. SmTAL1 interacts with the anti-schistosomal drug praziquantel and the calmodulin antagonists trifluoperazine, chlorpromazine and W7. SmTAL2 interacts only with W7. SmTAL3 interacts with the aforementioned calmodulin antagonists and thiamylal, but not praziquantel. Overall, these data suggest that the proteins have different biochemical properties and thus, most likely, different in vivo functions.

Genome Wide Association Mapping of Grain Arsenic, Copper, Molybdenum and Zinc in Rice (Oryza sativa L.) Grown at Four International Field Sites

The mineral concentrations in cereals are important for human health, especially for individuals who consume a cereal subsistence diet. A number of elements, such as zinc, are required within the diet, while some elements are toxic to humans, for example arsenic. In this study we carry out genome-wide association (GWA) mapping of grain concentrations of arsenic, copper, molybdenum and zinc in brown rice using an established rice diversity panel of,300 accessions and 36.9 k single nucleotide polymorphisms (SNPs). The study was performed across five environments: one field site in Bangladesh, one in China and two in the US, with one of the US sites repeated over two years. GWA mapping on the whole dataset and on separate subpopulations of rice revealed a large number of loci significantly associated with variation in grain arsenic, copper, molybdenum and zinc. Seventeen of these loci were detected in data obtained from grain cultivated in more than one field location, and six co-localise with previously identified quantitative trait loci. Additionally, a number of candidate genes for the uptake or transport of these elements were located near significantly associated SNPs (within 200 kb, the estimated global linkage disequilibrium previously employed in this rice panel). This analysis highlights a number of genomic regions and candidate genes for further analysis as well as the challenges faced when mapping environmentally-variable traits in a highly genetically structured diversity panel.

Co-tape casting fabrication, field assistant sintering and evaluation of a coke resistant La0.2Sr0.7TiO3-Ni/YSZ functional gradient anode supported solid oxide fuel cell

The ability to directly utilize hydrocarbons and other renewable liquid fuels is one of the most important issues affecting the large scale deployment of solid oxide fuel cells (SOFCs). Herein we designed La_0.2Sr_0.7TiO₃-Ni/YSZ functional gradient anode (FGA) supported SOFCs, prepared with a co-tape casting method and sintered using the field assisted sintering technique (FAST). Through SEM observations, it was confirmed that the FGA structure was achieved and well maintained after the FAST process. Distortion and delamination which usually results after conventional sintering was successfully avoided. The La_0.2Sr_0.7TiO₃-Ni/YSZ FGA supported SOFCs showed a maximum power density of 600mWcm^-2 at 750°C, and was stable for 70h in CH₄. No carbon deposition was detected using Raman spectroscopy. These results confirm the potential coke resistance of La_0.2Sr_0.7TiO₃-Ni/YSZ FGA supported SOFCs.

Wireless electrochemical modification of catalytic activity on a mixed protonic-electronic conductor

A novel approach to electrochemical modification of catalytic activity using a wireless configuration has been undertaken. This paper presents preliminary results on the modification of a platinum catalyst film supported on a pellet of Sr_0.97Ce_0.9Yb_0.1O_3-δ (SCYb), considered to be a mixed protonic-electronic conductor under reducing conditions. The wireless configuration utilises the mixed ionic and electronic conductivity of the supporting membrane to supply an ionic promoting species to the catalyst surface. Control of the flux of this species is achieved by adjusting the effective hydrogen chemical potential difference across the membrane in a dual-chamber reactor with one chamber acting as the "reaction side" and the other as the "sweep side". The reaction rate can be promoted by up to a factor of 1.6, for temperatures around 500 °C and low reactant concentrations, when hydrogen is introduced on the sweep side of the membrane reactor. The use of helium, moist helium and oxygen in helium as sweep gases did not modify the reaction rate. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Evaluation of La1−xSrxMnO3 (0 ≤ x < 0.4) synthesised via a modified sol–gel method as mediators for magnetic fluid hyperthermia

A range of lanthanum strontium manganates (La1−xSrxMnO3–LSMO) where 0 ≤ x < 0.4 were prepared using a modified peroxide sol–gel synthesis method. The magnetic nanoparticle (MNP) clusters obtained for each of the materials were characterised using scanning electron microscopy (SEM), X-ray powder diffraction (XRD) and infra-red (IR) spectroscopy in order to confirm the crystalline phases, crystallite size and cluster morphology. The magnetic properties of the materials were assessed using the Superconducting quantum interference device (SQUID) to evaluate the magnetic susceptibility, Curie temperature (Tc) and static hysteretic losses. Induction heating experiments also provided an insight into the magnetocaloric effect for each material. The specific absorption rate (SAR) of the materials was evaluated experimentally and via numerical simulations. The magnetic properties and heating data were linked with the crystalline structure to make predictions with respect to the best LSMO composition for mild hyperthermia (41 °C ≤ T ≤ 46 °C). La0.65Sr0.35MnO3, with crystallite diameter of 82.4 nm, (agglomerate size of ∼10 μm), Tc of 89 °C and SAR of 56 W gMn−1 at a concentration 10 mg mL−1 gave the optimal induction heating results (Tmax of 46.7 °C) and was therefore deemed as most suitable for the purposes of mild hyperthermia, vide infra.

Numerical modelling of radionuclide migration in near-surface systems

Em todo o mundo são usados, hoje em dia, modelos numéricos hidrogeoquímicos para simular fenómenos naturais e fenómenos decorrentes de actividades antrópicas. Estes modelos ajudam-nos a compreender o ambiente envolvente, a sua variabilidade espacial e evolução temporal. No presente trabalho apresenta-se o desenvolvimento de modelos numéricos hidrogeoquímicos aplicados no contexto do repositório geológico profundo para resíduos nucleares de elevada actividade. A avaliação da performance de um repositório geológico profundo inclui o estudo da evolução geoquímica do repositório, bem como a análise dos cenários de mau funcionamento do repositório, e respectivas consequências ambientais. Se se escaparem acidentalmente radionuclídeos de um repositório, estes poderão atravessar as barreiras de engenharia e barreiras naturais que constituem o repositório, atingindo eventualmente, os ecosistemas superficiais. Neste caso, os sedimentos subsuperficiais constituem a última barreira natural antes dos ecosistemas superficiais. No presente trabalho foram desenvolvidos modelos numéricos que integram processos biogeoquímicos, geoquímicos, hidrodinâmicos e de transporte de solutos, para entender e quantificar a influência destes processos na mobilidade de radionuclídeos em sistemas subsuperficiais. Os resultados alcançados reflectem a robustez dos instrumentos numéricos utilizados para desenvolver simulações descritivas e predictivas de processos hidrogeoquímicos que influenciam a mobilidade de radionuclídeos. A simulação (descritiva) de uma experiência laboratorial revela que a actividade microbiana induz a diminuição do potencial redox da água subterrânea que, por sua vez, favorece a retenção de radionuclídeos sensíveis ao potencial redox, como o urânio. As simulações predictivas indicam que processos de co-precipitação com minerais de elementos maioritários, precipitação de fases puras, intercâmbio catiónico e adsorção à superfície de minerais favorecem a retenção de U, Cs, Sr e Ra na fase sólida de uma argila glaciar e uma moreia rica em calcite. A etiquetagem dos radionuclídeos nas simulações numéricas permitiu concluir que a diluição isotópica joga um papel importante no potencial impacte dos radionuclídeos nos sistemas subsuperficiais. A partir dos resultados das simulações numéricas é possivel calcular coeficientes de distribuição efectivos. Esta metodologia proporciona a simulação de ensaios de traçadores de longa duração que não seriam exequíveis à escala da vida humana. A partir destas simulações podem ser obtidos coeficientes de retardamento que são úteis no contexto da avaliação da performance de repositórios geológicos profundos.

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Persistent luminescence of SrAl2O4:Ce(III), Dy, Eu nanotubes, nanowires and core-shells for people with disabilities: nano-emergency

Este estudo transversal está focado na propriedade de luminescência persistente do aluminato de estrôncio co-dopado com cério (III), disprósio (III) e európio (II), SrAl2O4:Ce3+, Dy3+, Eu2+, em sistemas de sinalização de áreas de risco e emergências para pessoas com deficiências. Na área da ciência e engenharia dos materiais, foram desenvolvidos novos materiais com características nanométricas, nanotubos, nanoarames e nanobastões luminescentes de SrAl2O4:Ce3+, Dy3+, Eu2+ para aplicações na área da reabilitação e acessibilidade de pessoas com deficiências. Os nanotubos foram obtidos a partir de micro- e nano-partículas precursoras sintetizadas por reacção do estado-sólido e tratamento térmico de recozedura (1273-1473 K). Os nanoarames e nanobastões foram preparados por moagem, sonificação e recozedura (373 K). Novas nanocápsulas de aluminatos luminescentes dopados com cério (III) e encapsulados com TiO2 foram criadas de modo a obter-se materiais multifuncionais, designadamente com acção fotocatalítica antimicrobiana, antibacteriana e resistência à água. Tais aluminatos podem ser amplamente aplicados como superfícies higiénicas, auto-limpantes, em biomateriais, no domínio de medicamentos antibióticos, na formulação de vacinas, e com ênfase à aplicação em cerâmicas fotoluminescentes. As metodologias de obtenção de tais nanoestruturas de aluminato de estrôncio dopado com cério (III) e do seu encapsulamento, desenvolvidas no âmbito desta tese, são aplicáveis a diversos aluminatos dopados com outros iões lantanídeos (Ln consiste em La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Tm ou Lu) com a fórmula M(1-x-y)N2O4:Cex, Lny, onde M é Be, Mg, Ca, Sr ou Ba. Na área da oftalmologia, foi desenvolvido um equipamento médico para o diagnóstico de biofuncionalidade das células retinais fotoreceptoras, e como suporte à telemedicina oftalmológica. Este equipamento foi utilizado para realizar testes de visão cromática FM100HUE em fundo branco/preto para a personalização de materiais luminescentes. Os resultados demonstraram uma biofuncionalidade celular à visibilidade fotópica das cores em fundo preto superior no grupo de tratamento, composto por pessoas com retinopatia diabética (n=38), em comparação ao grupo de referência (n=38). Estes resultados sugerem a recomendação de materiais com fotoluminescência persistente (λem=485-555 nm), incluindo SrAl2O4:Ce3+, Dy3+, Eu2+, para o referido grupo de tratamento, em sinalização de emergência e em ambientes de baixa iluminação. Na área da arquitectura, foi proposta uma nova aplicação dos referidos nanomateriais luminescentes à base de SrAl2O4:Ce3+, Dy3+, Eu2+ em cerâmica de revestimento, tendo em vista a sua boa visibilidade e uso por pessoas com deficiências. Novos pavimentos, cerâmicos, fotoluminescentes, foram desenhados com propriedades multisensoriais (contraste táctil, sonoro e visual) e antimicrobianas, para pessoas portadoras de deficiências utilizarem, no escuro, com a prioridade de salvar vidas em emergências. Tais pisos, com relevos, podem ser combinados de modo a compor um sistema exclusivo de sinalização fotoluminescente multisensorial que possibilita a rápida evacuação mediante o uso de auxílios de mobilidade (e.g. bengala, cadeira de rodas, andadores, muletas). A solução integrada de tais inovações que potencializa a propriedade de luminescência persistente de SrAl2O4:Ce3+, Dy3+, Eu2+ de modo acessível para as pessoas com deficiências, pode contribuir para salvar vidas, no escuro, em emergências.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Síntese de ésteres catalisada por fosfatos e fosfonatos metálicos(IV)

No âmbito do Mestrado em Química, com especialização em Química Orgânica e Produtos Naturais, será apresentado nesta dissertação o trabalho desenvolvido sobre a síntese e caracterização de fosfatos e fosfonatos metálicos tetravalentes, assim como a avaliação da sua capacidade catalítica em reações de esterificação. Iniciou-se este trabalho pela síntese de vários fosfatos e fosfonatos metálicos tetravalentes, que apresentam a fórmula geral MIV(HXO4)2.nH2O e MIV(RXO3)2.nH2O, respetivamente, onde MIV = Zr, X = P, W, Mo e R = grupo orgânico. Os compostos sintetizados foram caracterizados por espetroscopia de infravermelho, difração de raios-X de pós e por análise elementar e termogravimétrica. Os fosfatos e fosfonatos metálicos tetravalentes foram avaliados como catalisadores em reações de esterificação de Fischer entre os ácidos acético, ou benzóico, e diferentes álcoois. Após esta avaliação foram efetuados estudos de otimização das condições reacionais para a síntese de cada éster. Em cada um dos casos foi utilizado o catalisador com o qual se obtiveram os melhores rendimentos nos estudos iniciais, ou seja com o molibdato-fenilfosfonato de zircónio(IV), ZrMoPhP. Todas as reações foram monitorizadas por cromatografia gasosa ou por cromatografia líquida de alta pressão. Todos os ésteres foram identificados por comparação com os padrões correspondentes.

Alkali-free bioactive glasses for bone regeneration

Bioactive glasses and glass-ceramics are a class of third generation biomaterials which elicit a special response on their surface when in contact with biological fluids, leading to strong bonding to living tissues. The purpose of the present study was to develop diopside based alkali-free bioactive glasses in order to achieve good sintering behaviour, high bioactivity, and a dissolution/ degradation rates compatible with the target applications in bone regeneration and tissue engineering. Another aim was to understand the structure-property relationships in the investigated bioactive glasses. In this quest, various glass compositions within the Diopside (CaMgSi2O6) – Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) – Tricalcium phosphate (3CaO•P2O5) system have been investigated. All the glasses were prepared by melt-quenching technique and characterized by a wide array of complementary characterization techniques. The glass-ceramics were produced by sintering of glass powders compacts followed by a suitable heat treatment to promote the nucleation and crystallization phenomena. Furthermore, selected parent glass compositions were doped with several functional ions and an attempt to understand their effects on the glass structure, sintering ability and on the in vitro bio-degradation and biomineralization behaviours of the glasses was made. The effects of the same variables on the devitrification (nucleation and crystallization) behaviour of glasses to form bioactive glass-ceramics were also investigated. Some of the glasses exhibited high bio-mineralization rates, expressed by the formation of a surface hydroxyapatite layer within 1–12 h of immersion in a simulated body fluid (SBF) solution. All the glasses showed relatively lower degradation rates in comparison to that of 45S5 Bioglass®. Some of the glasses showed very good in vitro behaviour and the glasses co-doped with zinc and strontium showed an in vitro dose dependent behaviour. The as-designed bioactive glasses and glass–ceramic materials are excellent candidates for applications in bone regeneration and for the fabrication of scaffolds for tissue engineering.

Genesis of the brecciated rocks from mid atlantic ridge hydrothermal systems : Lucky Strike (37º50’N) and Menez Gwen (37º50’N)

Tese de doutoramento, Geologia (Metalogenia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

The role of a transcrustal shear zone in orogenic gold mineralization at the Aijanahalli Mine, Dharwar Craton, South India

The Ajjanahalli gold mine is spatially associated with a Late Archean craton-scale shear zone in the eastern Chitradurga greenstone belt of the Dharwar craton, India. Gold mineralization is hosted by an similar to100-m-wide antiform in a banded iron formation. Original magnetite and siderite are replaced by a peak metamorphic alteration assemblage of chlorite, stilpnomelane, minnesotaite, sericite, ankerite, arsenopyrite, pyrite, pyrrhotite, and gold at ca. 300degrees to 350degreesC. Elements enriched in the banded iron formation include Ca, Mg, C, S, An, As, Bi. Cu, Sb, Zn, Pb, Se, Ag, and Te, whereas in the wall rocks As, Cu, Zn, Bi, Ag, and An are only slightly enriched. Strontium correlates with CaO, MgO, CO2, and As, which indicates cogenetic formation of arsenopyrite and Mg-Ca carbonates. The greater extent of alteration in the Fe-rich banded iron formation layers than in the wall rock reflects the greater reactivity of the banded iron formation layers. The ore fluids, as interpreted from their isotopic composition (delta(18)O = 6.5-8.5parts per thousand; initial Sr-87/Sr-86 = 0.7068-0.7078), formed by metamorphic devolatilization of deeper levels of the Chitradurga greenstone belt. Arsenopyrite, chalcopyrite, and pyrrhotite have delta(34)S values within a narrow range between 2.1 and 2.7 per mil, consistent with a sulfur source in Chitradurga greenstone belt lithologies. Based on spatial and temporal relationships between mineralization, local structure development, and sinistral strike-slip deformation in the shear zone at the eastern contact of the Chitradurga greenstone belt, we suggest that the Ajjanahalli gold mineralization formed by fluid infiltration into a low strain area within the first-order structure. The ore fluids were transported along this shear zone into relatively shallow crustal levels during lateral terrane accretion and a change from thrust to transcurrent tectonics. Based on this model of fluid flow, exploration should focus on similar low strain areas or potentially connected higher order splays of the first-order shear zone.

Microstructural and geochemical investigation of North American lower-middle Paleozoic trilobites and recent arthropods

Trilobites ¥tere collected from Ordovician and Devonian formations of Ontario} New York} Ohio} Oklahoma} and Indiana. Diversity was generally low} but 19..?telllS and Ph..~tY>ps ¥tere the most abundant species from the Ordovician and Devonian} respectively. Recent marine arthropods ¥tere collected from the Atlantic shore of the middle Florida Keys} and from the Pacific and lagoonal waters at Cape Beale} B. C. Fresh-water arthropods were collected along the shore of the Severn River in northcentral Ontario. Cuticles ¥tere analyzed for major} minor and trace elements, 180 and 13C isotopes, as ¥tell as examined by scanning electron micr?scope to identify original and diagenetic fabrics. Examination of trilobite cuticles by scanning electron microscope revealed several microstructures consistent with those observed in Recent arthropods. Microstructures} such as setae and tegumental gland duct openings} in like sized Lim/IllS and Isoteline trilobites may indicate common ancestral origins for these organisms, or simply parallel cuticle evolutions. The dendritic microstructure, originally' thought to be a diagenetic indicator, was found in Recent specimens and therefore its presence in trilobites may be suggestive of the delicate nature of diagenesis in trilobites. The absence of other primary microstructures in trilobites may indicate alteration, taxonomic control} or that there is some inherent feature of S EM examination which may' not allow detection of some features} while others are apparently visit·le onl~1 under SH.·1. The region of the cuticle sampled for examination is also a major influence in detecting pristine microstructures, as not all areas of trilobite and Recent arthropod cuticles will have microstructures identifiable in a SEM study. Subtleties in the process of alteration, however} ma~·· leave pristine microstructures in cuticles that are partial~/ silicified or do 10m itized, and degree and type of alteration may vary stratigraphically and longitudinally within a unit. The presence of fused matrices, angular calcite rhombs, and pyrite in the cuticle are thought to be indicative of altered cuticles, although pyritization may not affect the entire cuticle. t-~atural processes in Recent arthropods, such as molting, lead to variations in cuticle chemistries, and are thought to reflect the area of concentration of the elements during calcification. The level of sodium in Recent arthropods was found to be higher than that in trilobites, but highly mobile when sUbjected to the actions of VY'€'athering. Less saline water produced lovy'€'r magnesium and higher calcium values in Recent specimens .. and metal variations in pristine Ordovician trilobite cuticle appears to follow the constraints outlined for Recent arthropods, of regulation due to the chemislry of the surrounding medium. In diagenetic analysis, sodium, strontium and magnesium proved most beneficial in separating altered from least altered trilobites. Using this criterion, specimens from shale show the least amount of geochemical alteration, and have an original mineralogy of 1.7 - 2.4 mole % MgC03 (8000 t(> 9500 ppm magnesium) for both /s>..?/e/11S lJA'i.riff!11S and PseIAit'11J17ites I..itmirpin..itl/~ and 2.8 - 3.3 mole % MgC03 (5000 to 7000 ppm magnesium) for Ph.i{).?PS This is Slightly lower than the mineralogy of Recent marine arthropods (4.43 - 12.1 mole % MgC03), and slightly higher than that of fresh-water crayfish (0.96 - 1.82 mole % MgC03). Geochemically pristine trilobites were also found to possess primary microstructures. Stable isotope values and trends support the assertion that marine-meteoriclburial fluids were responsible for the alteration observed in a number of the trilobite specimens. The results of this stUdy suggest that fossil material has to be evaluated separately along taxonomic and lithological lines to arrive at sensible diagenetic and e nvironmenta I interpretations.