Photo induced effects on the optical properties of As20Sb20S60 thin films

The thermally evaporated As20Sb20S60 amorphous film of 800 nm thickness was subjected to light exposure for photo induced studies. The as-prepared and illuminated thin films were studied by X-ray diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy and Raman spectroscopy. The optical band gap was reduced due to photo induced effects along with the increase in disorder. These optical properties changes are due to the change of homopolar bond densities. The core level peak shifting in XPS spectra and Raman shift supports the optical changes happening in the film due to light exposure.

Effect of laser irradiation on the optical properties of As40Sb15Se45 chalcogenide thin films

The exposure with band gap light of thermally evaporated As40Sb15Se45 amorphous film of 800 nm thickness, were found to be accompanied by optical changes. The as-prepared and illuminated thin films were studied by X-ray diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy and Raman spectroscopy. The optical band gap was reduced due to photo induced effects along with the increase in disorder. These optical properties changes are due to the change of homopolar bond densities. The core level peak shifting in XPS spectra and Raman shift supports the optical changes happening in the film due to light exposure.

Zinc acetylacetonate hydrate adducted with nitrogen donor ligands: Synthesis, spectroscopic characterization, and thermal analysis

We report synthesis, spectroscopic characterization, and thermal analysis of zinc acetylacetonate complex adducted by nitrogen donor ligands, such as pyridine, bipyridine, and phenanthroline. The pyridine adducted complex crystallizes to monoclinic crystal structure, whereas other two adducted complexes have orthorhombic structure. Addition of nitrogen donor ligands enhances the thermal property of these complexes as that with parent metal-organic complex. Zinc acetylacetonate adducted with pyridine shows much higher volatility (106 degrees C), decomposition temperature (202 degrees C) as that with zinc acetylacetonate (136 degrees C, 220 degrees C), and other adducted complexes. All the adducted complexes are thermally stable, highly volatile and are considered to be suitable precursors for metal organic chemical vapor deposition. The formation of these complexes is confirmed by powder X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, mass spectroscopy, and elemental analysis. The complexes are widely used as starting precursor materials for the synthesis of ZnO nanostructures by microwave irradiation assisted coating process. (c) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Direct Observation of Thermal Equilibrium of Excited Triplet States of 9,10-Phenanthrenequinone. A Time-Resolved Resonance Raman Study

The photochemistry of aromatic ketones plays a key role in various physicochemical and biological processes, and solvent polarity can be used to tune their triplet state properties. Therefore, a comprehensive analysis of the conformational structure and the solvent polarity induced energy level reordering of the two lowest triplet states of 9,10-phenanthrenequinone (PQ) was carried out using nanosecond-time-resolved absorption (ns-TRA), time-resolved resonance Raman (TR3) spectroscopy, and time dependent-density functional theory (TD-DFT) studies. The ns-TRA of PQ in acetonitrile displays two bands in the visible range, and these two bands decay with similar lifetime at least at longer time scales (mu s). Interestingly, TR3 spectra of these two bands indicate that the kinetics are different at shorter time scales (ns), while at longer time scales they followed the kinetics of ns-TRA spectra. Therefore, we report a real-time observation of the thermal equilibrium between the two lowest triplet excited states of PQ assigned to n pi* and pi pi* of which the pi pi* triplet state is formed first through intersystem crossing. Despite the fact that these two states are energetically close and have a similar conformational structure supported by TD-DFT studies, the slow internal conversion (similar to 2 ns) between the T-2(1(3)n pi*) and T-1(1(3)pi pi*) triplet states indicates a barrier. Insights from the singlet excited states of PQ in protic solvents J. Chem. Phys. 2015, 142, 24305] suggest that the lowest n pi* and pi pi* triplet states should undergo hydrogen bond weakening and strengthening, respectively, relative to the ground state, and these mechanisms are substantiated by TD-DFT calculations. We also hypothesize that the different hydrogen bonding mechanisms exhibited by the two lowest singlet and triplet excited states of PQ could influence its ISC mechanism.

Enzymatic degradation of polycaprolactone-gelatin blend

Blends of polycaprolactone (PCL), a synthetic polymer and gelatin, natural polymer offer a optimal combination of strength, water wettability and cytocompatibility for use as a resorbable biomaterial. The enzymatic degradation of PCL, gelatin and PCL-gelatin blended films was studied in the presence of lipase (Novozym 435, immobilized) and lysozyme. Novozym 435 degraded the PCL films whereas lysozyme degraded the gelatin. Though Novozym 435 and lysozyme individually could degrade PCL-gelatin blended films, the combination of these enzymes showed the highest degradation of these blended films. Moreover, the enzymatic degradation was much faster when fresh enzymes were added at regular intervals. The changes in physico-chemical properties of polymer films due to degradation were studied by scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry. These results have important implications for designing resorbable biomedical implants.

Enzymatic degradation of polycaprolactone-gelatin blend

Blends of polycaprolactone (PCL), a synthetic polymer and gelatin, natural polymer offer a optimal combination of strength, water wettability and cytocompatibility for use as a resorbable biomaterial. The enzymatic degradation of PCL, gelatin and PCL-gelatin blended films was studied in the presence of lipase (Novozym 435, immobilized) and lysozyme. Novozym 435 degraded the PCL films whereas lysozyme degraded the gelatin. Though Novozym 435 and lysozyme individually could degrade PCL-gelatin blended films, the combination of these enzymes showed the highest degradation of these blended films. Moreover, the enzymatic degradation was much faster when fresh enzymes were added at regular intervals. The changes in physico-chemical properties of polymer films due to degradation were studied by scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry. These results have important implications for designing resorbable biomedical implants.

Properties of amorphous carbon-silicon alloys deposited by a high plasma density source

The addition of silicon to hydrogenated amorphous carbon can have the advantageous effect of lowering the compressive stress, improving the thermal stability of its hydrogen, and maintaining a low friction coefficient up to high humidity. Most experiments to date have been on hydrogenated amorphous carbon-silicon alloys (a-C1-xSix:H) deposited by rf plasma enhanced chemical vapor deposition. This method gives alloys with sizeable hydrogen content and only moderate hardness. Here we use a high plasma density source known as the electron cyclotron wave resonance source to prepare films with higher sp3 content and lower hydrogen content. The composition and bonding in the alloys is determined by x-ray photoelectron spectroscopy, Rutherford backscattering, elastic recoil detection analysis, visible and ultraviolet (UV) Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and x-ray reflectivity. We find that it is possible to produce relatively hard, low stress, low friction, almost humidity insensitive a-C1-xSix:H alloys with a good optical transparency and a band gap well over 2.5 eV. The friction behavior and friction mechanism of these alloys are studied and compared with that of a-C:H, ta-C:H, and ta-C. We show how UV Raman spectroscopy allows the direct detection of Si-C, Si-Hx, and C-Hx vibrations, not seen in visible Raman spectra. © 2001 American Institute of Physics.

Nitrogen incorporation into tetrahedral hydrogenated amorphous carbon

Structural changes induced by the incorporation of nitrogen into ta-C : H films have been studied by Electron Energy Loss Spectroscopy, X-Ray Photoelectron Spectroscopy, Fourier Transformed Infrared Spectroscopy and Ultraviolet-Visible Spectroscopy. ta-C:H films have been synthesised using a low pressure Electron Cyclotron Wave Resonance (ECWR) source which provides a plasma beam with a high degree of ionisation and dissociation. Nitrogen was incorporated by adding N2 to the C2H2 plasma used for the deposition of ta-C : H films. The N/C atomic ratio in the films rises rapidly until the N2/C2H2 gas ratio reaches three, and then increases more gradually, while the deposition rate decreases steeply. Chemical sputtering of the forming films and the formation of molecular nitrogen within the films limit the maximum nitrogen content to about N/C = 0.6. For low nitrogen content the films retain their diamond-like properties, however as N/C atomic ratio increases, a polymeric-like material is formed, with >C=N- structures and terminating C=N and NH groups that decrease the connectivity of the network.

Engineering multi-step electron tunneling systems in proteins

Multi-step electron tunneling, or “hopping,” has become a fast-developing research field with studies ranging from theoretical modeling systems, inorganic complexes, to biological systems. In particular, the field is exploring hopping mechanisms in new proteins and protein complexes, as well as further understanding the classical biological hopping systems such as ribonuclease reductase, DNA photolyases, and photosystem II. Despite the plethora of natural systems, only a few biologically engineered systems exist. Engineered hopping systems can provide valuable information on key structural and electronic features, just like other kinds of biological model systems. Also, engineered systems can harness common biologic processes and utilize them for alternative reactions. In this thesis, two new hopping systems are engineered and characterized.

The protein Pseudomonas aeruginosa azurin is used as a building block to create the two new hopping systems. Besides being well studied and amenable to mutation, azurin already has been used to successfully engineer a hopping system. The two hopping systems presented in this thesis have a histidine-attached high potential rhenium 4,7-dimethyl-1,10-phenanthroline tricarbonyl [Re(dmp)(CO)3] + label which, when excited, acts as the initial electron acceptor. The metal donor is the type I copper of the azurin protein. The hopping intermediates are all tryptophan, an amino acid mutated into the azurin at select sites between the photoactive metal label and the protein metal site. One system exhibits an inter-molecular hopping through a protein dimer interface; the other system undergoes intra-molecular multi-hopping utilizing a tryptophan “wire.” The electron transfer reactions are triggered by excitation of the rhenium label and monitored by UV-Visible transient absorption, luminescence decays measurements, and time-resolved Infrared spectroscopy (TRIR). Both systems were structurally characterized by protein X-ray crystallography.

Estudo da influência do teor de segmentos hidrofílicos na síntese de poliuretanos dispersos em água

Considerações ambientais têm aumentado a pesquisa e o desenvolvimento de sistemas poliméricos aquosos para diversos tipos de aplicações, principalmente como revestimentos. Nesta dissertação, foram sintetizadas formulações não-poluentes à base de poliuretanos dispersos em água (PUDs), com 40% de teor de sólidos, na ausência de solventes orgânicos. Os monômeros empregados foram copolímeros em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 25% de segmento hidrofílico EG, poli (glicol propilênico) (PPG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e hidrazina (HYD), como extensor de cadeia. Foram variadas as razões entre o número de equivalente-grama de grupamentos isocianato e hidroxila (NCO/OH) e a proporção em equivalente-grama de PPG e dos copolímeros em bloco (EG-b-PG). Foi observado que a incorporação de altas quantidades de copolímero dificultou a síntese dos poliuretanos dispersos em água, levando à formação de géis. O tamanho médio de partícula e a viscosidade das dispersões foram determinados. Os filmes vazados a partir dessas dispersões foram avaliados quanto à capacidade de absorção de água, resistência mecânica, termogravimetria (TG), e caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR). As dispersões poliuretânicas produzidas se mostraram satisfatórias quando aplicadas como revestimento para madeira, metais e vidro

Copolimerização de 1,3-butadieno e alfa-olefinas com catalisadores à base de versatato de neodímio

Nesta Dissertação, foram realizadas reações de copolimerização de 1,3-butadieno com diferentes alfa-olefinas (1-hexeno, 1-octeno e 1-dodeceno) utilizando-se um sistema catalítico do tipo Ziegler-Natta ternário constituído por versatato de neodímio, hidreto de diisobutilalumínio e cloreto de t-butila. O sistema catalítico também foi avaliado em reações de homopolimerização com cada alfa-olefina. As condições reacionais, tanto da síntese do catalisador como das reações de polimerização, foram mantidas constantes. Foi estudada a influência de diferentes teores de cada alfa-olefina (1, 3, 5, 10, 20 e 30 % em relação ao 1,3-butadieno) sobre a conversão da polimerização, a microestrutura, a massa molar, as propriedades viscosimétricas e a estabilidade térmica dos polímeros obtidos. Foi avaliada, ainda, a influência do tamanho da cadeia da alfa-olefina sobre as características da polimerização. Os polímeros foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), viscosimetria capilar e termogravimetria (TG). A microestrutura dos polímeros, praticamente, não variou com a adição das alfa-olefinas. A massa molar numérica média (Mn) não sofreu alterações significativas, enquanto que a massa molar ponderal média (Mw) apresentou tendência ao aumento, quanto maior foi a incorporação de comonômero. A viscosidade intrínseca não apresentou uma tendência com a adição da alfa-olefina na reação, permanecendo na faixa de 2,015 a 3,557 dL/g. A estabilidade térmica do copolímero mostrou uma tendência a aumentar com a incorporação das alfa-olefinas

Desenvolvimento de membranas de poli(éter imida) sultonada para a permeacão de gases

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes.

Acoplamento de técnicas espectrométricas com métodos quimiométricos de classificação e calibração multivariada em alimentos

Este trabalho de pesquisa descreve três estudos de utilização de métodos quimiométricos para a classificação e caracterização de óleos comestíveis vegetais e seus parâmetros de qualidade através das técnicas de espectrometria de absorção molecular no infravermelho médio com transformada de Fourier e de espectrometria no infravermelho próximo, e o monitoramento da qualidade e estabilidade oxidativa do iogurte usando espectrometria de fluorescência molecular. O primeiro e segundo estudos visam à classificação e caracterização de parâmetros de qualidade de óleos comestíveis vegetais utilizando espectrometria no infravermelho médio com transformada de Fourier (FT-MIR) e no infravermelho próximo (NIR). O algoritmo de Kennard-Stone foi usado para a seleção do conjunto de validação após análise de componentes principais (PCA). A discriminação entre os óleos de canola, girassol, milho e soja foi investigada usando SVM-DA, SIMCA e PLS-DA. A predição dos parâmetros de qualidade, índice de refração e densidade relativa dos óleos, foi investigada usando os métodos de calibração multivariada dos mínimos quadrados parciais (PLS), iPLS e SVM para os dados de FT-MIR e NIR. Vários tipos de pré-processamentos, primeira derivada, correção do sinal multiplicativo (MSC), dados centrados na média, correção do sinal ortogonal (OSC) e variação normal padrão (SNV) foram utilizados, usando a raiz quadrada do erro médio quadrático de validação cruzada (RMSECV) e de predição (RMSEP) como parâmetros de avaliação. A metodologia desenvolvida para determinação de índice de refração e densidade relativa e classificação dos óleos vegetais é rápida e direta. O terceiro estudo visa à avaliação da estabilidade oxidativa e qualidade do iogurte armazenado a 4C submetido à luz direta e mantido no escuro, usando a análise dos fatores paralelos (PARAFAC) na luminescência exibida por três fluoróforos presentes no iogurte, onde pelo menos um deles está fortemente relacionado com as condições de armazenamento. O sinal fluorescente foi identificado pelo espectro de emissão e excitação das substâncias fluorescentes puras, que foram sugeridas serem vitamina A, triptofano e riboflavina. Modelos de regressão baseados nos escores do PARAFAC para a riboflavina foram desenvolvidos usando os escores obtidos no primeiro dia como variável dependente e os escores obtidos durante o armazenamento como variável independente. Foi visível o decaimento da curva analítica com o decurso do tempo da experimentação. Portanto, o teor de riboflavina pode ser considerado um bom indicador para a estabilidade do iogurte. Assim, é possível concluir que a espectroscopia de fluorescência combinada com métodos quimiométricos é um método rápido para monitorar a estabilidade oxidativa e a qualidade do iogurte

Host dependent thermal stability and frequency upconversion of Er3+-doped heavy metal oxyfluoride germanate glasses

The upconversion properties of Er3+-doped heavy metal oxyfluoride germanate glasses under 975 nm excitation have been investigated. The intense green (551 and 529 nm) and relatively weak red (657 nm) emissions corresponding to the transitions S-4(3/2) -> I-4(15/2), H-2(11/2) -> I-4(15/2) and F-4(9/2) -> I-4(15/2), respectively, were simultaneously observed at room temperature. The content of PbF2 has an important influence on the upconversion luminescence emission. With increasing content of PbF2, the intensities of green (529 nm) and red (657 nm) emissions increase slightly, while the green emission (551 nm) increases markedly. These results suggest that PbF2 has an influence on the green (551 nm) emission more than on the green (529 nm) and red (657 nm) emissions.

Structural and upconversion fluorescence properties of Er3+/Yb3+-codoped lead-free germanium-bismuth glass

We study the structural and infrared-to-visible upconversion fluorescence properties of Er3(+)/Yb3+-codoped lead-free germanium-bismuth glass. The structure of lead-free germanium-bismuth-lanthanum glass is investigated by peak-deconvolution of Raman spectroscopy. Intense green and red emissions centred at 525, 546, and 657nm, corresponding to the transitions H-2(11/2) -> (IT15/2)-I-4 -> S-4(3/2) -> 4I(15/2), and F-4(9/2) -> I-4(15/2), respectively, are observed at room temperature. The quadratic dependence of the 525, 546, and 657nm emissions on excitation power indicates that a two-photon absorption process occurs under 975nm excitation.