Fabrication, Optical Analysis and Photonic Applications of Certain Metallic Nanostructure-Integrated Dye Doped Polymer Optical Fibers” submitted by Ms. Suneetha Sebastian

Polymer Optical Fibers have occupied historically a place for large core flexible fibers operating in short distances. In addition to their practical passive application in short-haul communication they constitute a potential research field as active devices with organic dopants. Organic dyes are preferred as dopants over organic semiconductors due to their higher optical cross section. Thus organic dyes as gain media in a polymer fiber is used to develop efficient and narrow laser sources with a tunability throughout the visible region or optical amplifier with high gain. Dyes incorporated in fiber form has added advantage over other solid state forms such as films since the pump power required to excite the molecules in the core of the fiber is less thereby utilising the pump power effectively. In 1987, Muto et.al investigated a dye doped step index polymer fiber laser. Afterwards, numerous researches have been carried out in this area demonstrating laser emission from step index, graded index and hollow optical fibers incorporating various dyes. Among various dyes, Rhodamine6G is the most widely and commonly used laser dye for the last four decades. Rhodamine6G has many desirable optical properties which make it preferable over other organic dyes such as Coumarin, Nile Blue, Curcumin etc. The research focus on the implementation of efficient fiber lasers and amplifiers for short fiber distances. Developing efficient plastic lasers with electrical pumping can be a new proposal in this field which demands lowest possible threshold pump energy of the gain medium in the cavity as an important parameter. One way of improving the efficiency of the lasers, through low threshold pump energy, is by modifying the gain of the amplifiers in the resonator/cavity. Success in the field of Radiative Decay Engineering can pave way to this problem. Laser gain media consisting of dye-nanoparticle composites can improve the efficiency by lowering the lasing threshold and enhancing the photostability. The electric field confined near the surface of metal nanoparticles due to Localized Surface Plasmon Resonance can be very effective for the excitation of active centers to impart high optical gain for lasing. Since the Surface Plasmon Resonance of nanoparticles of gold and silver lies in the visible range, it can affect the spectral emission characteristics of organic dyes such as Rhodamine6G through plasmon field generated by the particles. The change in emission of the dye placed near metal nanoparticles depend on plasmon field strength which in turn depends on the type of metal, size of nanoparticle, surface modification of the particle and the wavelength of incident light. Progress in fabrication of different types of nanostructures lead to the advent of nanospheres, nanoalloys, core-shell and nanowires to name a few. The thesis deals with the fabrication and characterisation of polymer optical fibers with various metallic and bimetallic nanostructures incorporated in the gain media for efficient fiber lasers with low threshold and improved photostability.

Insight into Biological Small-Molecule Activation from Enzymes, Model Complexes, and X-ray Spectroscopy

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Diffusion de la lumière dans les milieux complexes à base de cristaux liquides

Cette thèse présente les étapes de fabrication et les résultats de la caractérisation des modèles de tissu biologique fabriqués en utilisant des cristaux liquides et des polymères qui permettent de contrôler la diffusion et la transmission de la lumière par un champ électrique. Ce champ électrique entraîne un changement d’orientation des molécules de cristaux liquides, ce qui induit des variations locales de l’indice de réfraction dans ces matériaux. Nous avons utilisé ce contrôle de l’indice de réfraction pour contrôler le niveau de diffusion et de transmission dans différents types d’échantillons. Les échantillons utilisés sont faits a) de cristaux liquides purs, b) de sphères de polymère dans un environnement de cristaux liquides, c) de cristaux liquides ou de gouttelettes de cristaux liquides dans un environnement de polymère. Les travaux réalisés nous ont permis de proposer une méthode électro-optique pour simuler, à l’aide de cristaux liquides, des milieux diffusants tels que les tissus biologiques. Dans la recherche de modèles, nous avons montré qu’il est possible de contrôler, par la fréquence du champ électrique, des gouttelettes de cristaux liquides dispersées dans une matrice de polymère contenant des ions lithium. Une sensibilité sélective à la fréquence de la tension électrique appliquée en fonction de la taille des gouttelettes est observée. Par la suite, nous avons démontré l’effet de « quenching » interférentiel de la diffusion pour une sonde optique cohérente en étudiant des modèles non alignés (clustérisés) de cristaux liquides. Nous avons aussi démontré des applications potentielles de ce phénomène tel le filtrage en longueur d’onde par l’ajustement d’un champ électrique. Nous avons ensuite démontré que l’utilisation des cristaux liquides - dits « dual-frequency » - permet une modulation rapide des états ou des structures du matériau ainsi que de la transmission et de la diffusion de lumière de ce dernier. Enfin, nous avons aussi découvert que ces modèles peuvent être contrôlés pour retrouver le degré de polarisation de la lumière diffusée.

Synthesis, characterization and chemical vapor deposition of transition metal di(tert-butyl)amido compounds

Although the transition metal chemistry of many dialkylamido ligands has been well studied, the chemistry of the bulky di(tert-butyl)amido ligand has been largely overlooked. The di(tert-butyl)amido ligand is well suited for synthesizing transition metal compounds with low coordination numbers; such compounds may exhibit interesting structural, physical, and chemical properties. Di(tert-butyl)amido complexes of transition metals are expected to exhibit high volatilities and low decomposition temperatures, thus making them well suited for the chemical vapor deposition of metals and metal nitrides. Treatment of MnBr₂(THF)₂, FeI₂, CoBr₂(DME), or NiBr₂(DME) with two equivalents of LiN(t-Bu)2 in benzene affords the two-coordinate complex M[N(t-Bu)₂]₂, where M is Mn, Fe, Co, or Ni. Crystallographic studies show that the M-N distances decrease across the series: 1.9365 (Mn), 1.8790 (Fe), 1.845 (Co), 1.798 Å (Ni). The N-M- N angles are very close to linear for Mn and Fe (179.30 and 179.45°, respectively), but bent for Co and Ni (159.2 and 160.90°, respectively). As expected, the d⁵ Mn complex has a magnetic moment of 5.53 μΒ that is very close to the spin only value. The EPR spectrum is nearly axial with a low E/D ratio of 0.014. The d⁶ Fe compound has a room temperature magnetic moment of 5.55 μΒ indicative of a large orbital angular momentum contribution. It does not exhibit a Jahn-Teller distortion despite the expected doubly degenerate ground state. Applied field Mössbauer spectroscopy shows that the effective internal hyperfine field is unusually large, Hint = 105 T. The magnetic moments of Co[N(t-Bu)₂]₂ and Ni[N(t-Bu)₂]₂ are 5.24 and 3.02 μΒ respectively. Both are EPR silent at 4.2 K. Treatment of TiCl₄ with three equivalents of LiN(t-Bu)2 in pentane affords the briding imido compound Ti₂[μ-N(t-Bu)]₂Cl₂[N(t-Bu)₂]₂ via a dealkylation reaction. Rotation around the bis(tert-butyl)amido groups is hindered, with activation parameters of ΔH‡ = 12.8 ± 0.6 kcal mol-1 and ΔS‡ = -8 ± 2 cal K-1 ·mol-1, as evidenced by variable temperature 1H NMR spectroscopy. Treatment of TiCl₄ with two equivalents of HN(t-Bu)₂ affords Ti₂Cl₆[N(t-Bu)₂]₂. This complex shows a close-contact of 2.634(3) Å between Ti and the carbon atom of one of the CH₃ substituents on the tert-butyl groups. Theoretical considerations and detailed structural comparisons suggest this interaction is not agostic in nature, but rather is a consequence of interligand repulsions. Treatment of NiI₂(PPh3)₂ and PdCl₂(PPh₃)₂ with LiN(t-Bu)₂in benzene affords Ni[N(t-Bu)₂](PPh₃)I and Pd₃(μ₂-NBut₂)2(μ₂-PPh₂)Ph(PPh₃) respectively. The compound Ni[N(t-Bu)₂](PPh₃)I has distorted T-shape in geometry, whereas Pd₃(μ₂-NBut₂)₂(μ₂-PPh₂)Ph(PPh₃) contains a triangular palladium core. Manganese nitride films were grown from Mn[N(t-Bu)₂]₂ in the presence of anhydrous ammonia. The growth rate was several nanometers per minute even at the remarkably low temperature of 80⁰C. As grown, the films are carbon- and oxygen-free, and have a columnar morphology. The spacings between the columns become smaller and the films become smoother as the growth temperature is increased. The composition of the films is consistent with a stoichiometry of Mn₅N₂.

Application of chitosan loaded with metal oxide nano particles to remove lead present from sea water

Chitosan is a natural polymer obtained by deacetylation of chitin. After cellulose chitin is the second most abundant polysaccharide in nature. It is biologically safe, non-toxic, biocompatible and biodegradable polysaccharide. Chitosan loaded with zinc oxide nanoparticles have gained more attention bio sorbent because of their better stability, low toxicity, simple and mild preparation method and high sorption capacity. Chitosan loaded with zinc oxide nanoparticles have been prepared of chitosan. The physicochemical properties of nanoparticles were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM) Analysis. Its sorption capacity for lead and cadmium ions studied. Factors such as initial concentration of lead ions, cadmium ions sorbent amount, contact time, pH and temperature were investigated. It is found that chitosan loaded with zinc oxide nanoparticles could sorb lead and cadmium ions effectively, this sorption rate was affected significantly by initial concentration of lead and cadmium ions, sorbent amount, contact time, pH of solution. The maximum of percentage of lead sorption was 98 % with initial concentration 3 mg/l and sorbent amount 0.05 g, pH 11 in 45 min and cadmiumwas90 %with initial concentration 3mg/l and sorbent amount 0.05 g, pH 11 in45 min. Consequently chitosan loaded with zinc oxide nanoparticles demonstrated greater fixation ability for lead ions than cadmium ions.

Exploring coordination-driven self-assembly with autonomous chemical robots

The work presented herein focused on the automation of coordination-driven self assembly, exploring methods that allow syntheses to be followed more closely while forming new ligands, as part of the fundamental study of the digitization of chemical synthesis and discovery. Whilst the control and understanding of the principle of pre-organization and self-sorting under non-equilibrium conditions remains a key goal, a clear gap has been identified in the absence of approaches that can permit fast screening and real-time observation of the reaction process under different conditions. A firm emphasis was thus placed on the realization of an autonomous chemical robot, which can not only monitor and manipulate coordination chemistry in real-time, but can also allow the exploration of a large chemical parameter space defined by the ligand building blocks and the metal to coordinate. The self-assembly of imine ligands with copper and nickel cations has been studied in a multi-step approach using a self-built flow system capable of automatically controlling the liquid-handling and collecting data in real-time using a benchtop MS and NMR spectrometer. This study led to the identification of a transient Cu(I) species in situ which allows for the formation of dimeric and trimeric carbonato bridged Cu(II) assemblies. Furthermore, new Ni(II) complexes and more remarkably also a new binuclear Cu(I) complex, which usually requires long and laborious inert conditions, could be isolated. The study was then expanded to the autonomous optimization of the ligand synthesis by enabling feedback control on the chemical system via benchtop NMR. The synthesis of new polydentate ligands has emerged as a result of the study aiming to enhance the complexity of the chemical system to accelerate the discovery of new complexes. This type of ligand consists of 1-pyridinyl-4-imino-1,2,3-triazole units, which can coordinate with different metal salts. The studies to test for the CuAAC synthesis via microwave lead to the discovery of four new Cu complexes, one of them being a coordination polymer obtained from a solvent dependent crystallization technique. With the goal of easier integration into an automated system, copper tubing has been exploited as the chemical reactor for the synthesis of this ligand, as it efficiently enhances the rate of the triazole formation and consequently promotes the formation of the full ligand in high yields within two hours. Lastly, the digitization of coordination-driven self-assembly has been realized for the first time using an in-house autonomous chemical robot, herein named the ‘Finder’. The chemical parameter space to explore was defined by the selection of six variables, which consist of the ligand precursors necessary to form complex ligands (aldehydes, alkineamines and azides), of the metal salt solutions and of other reaction parameters – duration, temperature and reagent volumes. The platform was assembled using rounded bottom flasks, flow syringe pumps, copper tubing, as an active reactor, and in-line analytics – a pH meter probe, a UV-vis flow cell and a benchtop MS. The control over the system was then obtained with an algorithm capable of autonomously focusing the experiments on the most reactive region (by avoiding areas of low interest) of the chemical parameter space to explore. This study led to interesting observations, such as metal exchange phenomena, and also to the autonomous discovery of self assembled structures in solution and solid state – such as 1-pyridinyl-4-imino-1,2,3-triazole based Fe complexes and two helicates based on the same ligand coordination motif.

Antiplasmodial activity of iron(II) and ruthenium(II) organometallic complexes against Plasmodium falciparum blood parasites

This work reports the in vitro activity against Plasmodium falciparum blood forms (W2 clone, chloroquine-resistant) of tamoxifen-based compounds and their ferrocenyl (ferrocifens) and ruthenocenyl (ruthenocifens) derivatives, as well as their cytotoxicity against HepG2 human hepatoma cells. Surprisingly with these series, results indicate that the biological activity of ruthenocifens is better than that of ferrocifens and other tamoxifen-like compounds. The synthesis of a new metal-based compound is also described. It was shown, for the first time, that ruthenocifens are good antiplasmodial prototypes. Further studies will be conducted aiming at a better understanding of their mechanism of action and at obtaining new compounds with better therapeutic profile.

Determination of the Side-Reaction Coefficient of Desferrioxamine B in Trace-Metal-Free Seawater

Partial funding for open access provided by the UMD Libraries' Open Access Publishing Fund.

Complexes cationiques POCOP de nickel : synthèse, caractérisation, réactivité et étude catalytique

Ce mémoire traite de la chimie des complexes pinceurs de nickel (II) cationiques ayant un ligand de type POCOP. Elle se divise en deux parties. La première traite de la synthèse, de la caractérisation et de la réactivité des complexes cationiques pinceurs de Ni(II) de type POCOP (POCOP = 1,3-bis(phosphinitobenzene), où C fait partie d’un cycle benzénique et est lié au métal, et P est un ligand phosphoré aussi lié au métal). Ces complexes ont un ligand acétonitrile coordonné au centre métallique et sont du type [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3], où R est un substituant du cycle benzénique et R’ est un substituant sur le ligand phosphoré (R’ = iPr: R = H (1), p-Me(2), p-OMe(3), p-CO2Me(4), p-Br(5), m,m-tBu2(6), m-OMe(7), m-CO2Me(8); R’ = t-Bu : R = H (9), p-CO2Me(10)). Les complexes cationiques sont préparés en faisant réagir le dérivé Ni(II) neutre correspondant R-(POCOPR’)Ni-Br avec Ag(OSO2CF3¬) dans l’acétonitrile à température ambiante. L’impact des groupements R et R’ du ligand POCOP sur la structure et sur les propriétées électroniques du complexe a été étudié par spectroscopies RMN, UV-VIS et IR, analyse électrochimique, et diffraction des rayons X. Les valeurs de fréquence du lien C≡N (ν(C≡N)) augmentent avec le caractère électroattracteur du complexe, dans l’ordre 7 < 3 ~ 2 ~ 6 < 1 < 5 ~ 8 < 4 et 9 < 10. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une augmentation du caractère électrophile du centre métallique devrait résulter en une augmentation de la donation σ MeCN→Ni. De plus, les complexes cationiques montrent tous un potentiel d’oxydation Ni(II)/Ni(III) plus élevé que leurs analogues neutres Ni-Br. Ensuite, une étude d’équilibre entre un complexe neutre (R-POCOPR’)NiBr et un complexe cationique [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3] démontre l’échange facile des ligands MeCN et Br. La deuxième partie de ce mémoire consiste en deux chapitres. Le premier (Chapitre 3) est une étude structurelle permettant une meilleure compréhension du mécanisme d’hydroamination des oléfines activées promue par les complexes présentés au chapitre 1, suivi de tentatives de synthèse de nouveaux composés POCOP cationiques comportant un ligand amine et nitrile, et de déplacement du groupement amine par un groupement nitrile. Le deuxième chapitre (4) décrit la réactivité et la cinétique de la réaction d’hydroamination et d’hydroalkoxylation d’oléfines activées, qui permet ainsi de mieux comprendre l’impact des différentes variables du système (groupements R et R’, température, substrats, solvent, etc.) sur la réactivité catalytique.

An adaptive neighborhood search algorithm for optimizing stochastic mining complexes

Les métaheuristiques sont très utilisées dans le domaine de l'optimisation discrète. Elles permettent d’obtenir une solution de bonne qualité en un temps raisonnable, pour des problèmes qui sont de grande taille, complexes, et difficiles à résoudre. Souvent, les métaheuristiques ont beaucoup de paramètres que l’utilisateur doit ajuster manuellement pour un problème donné. L'objectif d'une métaheuristique adaptative est de permettre l'ajustement automatique de certains paramètres par la méthode, en se basant sur l’instance à résoudre. La métaheuristique adaptative, en utilisant les connaissances préalables dans la compréhension du problème, des notions de l'apprentissage machine et des domaines associés, crée une méthode plus générale et automatique pour résoudre des problèmes. L’optimisation globale des complexes miniers vise à établir les mouvements des matériaux dans les mines et les flux de traitement afin de maximiser la valeur économique du système. Souvent, en raison du grand nombre de variables entières dans le modèle, de la présence de contraintes complexes et de contraintes non-linéaires, il devient prohibitif de résoudre ces modèles en utilisant les optimiseurs disponibles dans l’industrie. Par conséquent, les métaheuristiques sont souvent utilisées pour l’optimisation de complexes miniers. Ce mémoire améliore un procédé de recuit simulé développé par Goodfellow & Dimitrakopoulos (2016) pour l’optimisation stochastique des complexes miniers stochastiques. La méthode développée par les auteurs nécessite beaucoup de paramètres pour fonctionner. Un de ceux-ci est de savoir comment la méthode de recuit simulé cherche dans le voisinage local de solutions. Ce mémoire implémente une méthode adaptative de recherche dans le voisinage pour améliorer la qualité d'une solution. Les résultats numériques montrent une augmentation jusqu'à 10% de la valeur de la fonction économique.

Octahedral molybdenum cluster complexes with aromatic sulfonate ligands

This article describes the synthesis, structures and systematic study of the spectroscopic and redox properties of a series of octahedral molybdenum metal cluster complexes with aromatic sulfonate ligands (nBu4N)2[{Mo6X8}(OTs)6] and (nBu4N)2[{Mo6X8}(PhSO3)6] (where X- is Cl-, Br- or I-; OTs- is p-toluenesulfonate and PhSO3 - is benzenesulfonate). All the complexes demonstrated photoluminescence in the red region and an ability to generate singlet oxygen. Notably, the highest quantum yields (>0.6) and narrowest emission bands were found for complexes with a {Mo6I8}4+ cluster core. Moreover, cyclic voltammetric studies revealed that (nBu4N)2[{Mo6X8}(OTs)6] and (nBu4N)2[{Mo6X8}(PhSO3)6] confer enhanced stability towards electrochemical oxidation relative to corresponding starting complexes (nBu4N)2[{Mo6X8}X6].

Complexes cationiques POCOP de nickel : synthèse, caractérisation, réactivité et étude catalytique

Ce mémoire traite de la chimie des complexes pinceurs de nickel (II) cationiques ayant un ligand de type POCOP. Elle se divise en deux parties. La première traite de la synthèse, de la caractérisation et de la réactivité des complexes cationiques pinceurs de Ni(II) de type POCOP (POCOP = 1,3-bis(phosphinitobenzene), où C fait partie d’un cycle benzénique et est lié au métal, et P est un ligand phosphoré aussi lié au métal). Ces complexes ont un ligand acétonitrile coordonné au centre métallique et sont du type [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3], où R est un substituant du cycle benzénique et R’ est un substituant sur le ligand phosphoré (R’ = iPr: R = H (1), p-Me(2), p-OMe(3), p-CO2Me(4), p-Br(5), m,m-tBu2(6), m-OMe(7), m-CO2Me(8); R’ = t-Bu : R = H (9), p-CO2Me(10)). Les complexes cationiques sont préparés en faisant réagir le dérivé Ni(II) neutre correspondant R-(POCOPR’)Ni-Br avec Ag(OSO2CF3¬) dans l’acétonitrile à température ambiante. L’impact des groupements R et R’ du ligand POCOP sur la structure et sur les propriétées électroniques du complexe a été étudié par spectroscopies RMN, UV-VIS et IR, analyse électrochimique, et diffraction des rayons X. Les valeurs de fréquence du lien C≡N (ν(C≡N)) augmentent avec le caractère électroattracteur du complexe, dans l’ordre 7 < 3 ~ 2 ~ 6 < 1 < 5 ~ 8 < 4 et 9 < 10. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une augmentation du caractère électrophile du centre métallique devrait résulter en une augmentation de la donation σ MeCN→Ni. De plus, les complexes cationiques montrent tous un potentiel d’oxydation Ni(II)/Ni(III) plus élevé que leurs analogues neutres Ni-Br. Ensuite, une étude d’équilibre entre un complexe neutre (R-POCOPR’)NiBr et un complexe cationique [(R-POCOPR’)Ni(NCMe)][OSO2CF3] démontre l’échange facile des ligands MeCN et Br. La deuxième partie de ce mémoire consiste en deux chapitres. Le premier (Chapitre 3) est une étude structurelle permettant une meilleure compréhension du mécanisme d’hydroamination des oléfines activées promue par les complexes présentés au chapitre 1, suivi de tentatives de synthèse de nouveaux composés POCOP cationiques comportant un ligand amine et nitrile, et de déplacement du groupement amine par un groupement nitrile. Le deuxième chapitre (4) décrit la réactivité et la cinétique de la réaction d’hydroamination et d’hydroalkoxylation d’oléfines activées, qui permet ainsi de mieux comprendre l’impact des différentes variables du système (groupements R et R’, température, substrats, solvent, etc.) sur la réactivité catalytique.

An adaptive neighborhood search algorithm for optimizing stochastic mining complexes

Les métaheuristiques sont très utilisées dans le domaine de l'optimisation discrète. Elles permettent d’obtenir une solution de bonne qualité en un temps raisonnable, pour des problèmes qui sont de grande taille, complexes, et difficiles à résoudre. Souvent, les métaheuristiques ont beaucoup de paramètres que l’utilisateur doit ajuster manuellement pour un problème donné. L'objectif d'une métaheuristique adaptative est de permettre l'ajustement automatique de certains paramètres par la méthode, en se basant sur l’instance à résoudre. La métaheuristique adaptative, en utilisant les connaissances préalables dans la compréhension du problème, des notions de l'apprentissage machine et des domaines associés, crée une méthode plus générale et automatique pour résoudre des problèmes. L’optimisation globale des complexes miniers vise à établir les mouvements des matériaux dans les mines et les flux de traitement afin de maximiser la valeur économique du système. Souvent, en raison du grand nombre de variables entières dans le modèle, de la présence de contraintes complexes et de contraintes non-linéaires, il devient prohibitif de résoudre ces modèles en utilisant les optimiseurs disponibles dans l’industrie. Par conséquent, les métaheuristiques sont souvent utilisées pour l’optimisation de complexes miniers. Ce mémoire améliore un procédé de recuit simulé développé par Goodfellow & Dimitrakopoulos (2016) pour l’optimisation stochastique des complexes miniers stochastiques. La méthode développée par les auteurs nécessite beaucoup de paramètres pour fonctionner. Un de ceux-ci est de savoir comment la méthode de recuit simulé cherche dans le voisinage local de solutions. Ce mémoire implémente une méthode adaptative de recherche dans le voisinage pour améliorer la qualité d'une solution. Les résultats numériques montrent une augmentation jusqu'à 10% de la valeur de la fonction économique.

Development and characterisation of solution processed vanadium oxide and transparent metal oxide thin films

Metal oxide thin films are important for modern electronic devices ranging from thin film transistors to photovoltaics and functional optical coatings. Solution processed techniques allow for thin films to be rapidly deposited over a range of surfaces without the extensive processing of comparative vapour or physical deposition methods. The production of thin films of vanadium oxide prepared through dip-coating was developed enabling a greater understanding of the thin film formation. Mechanisms of depositing improved large area uniform coverage on a number of technologically relevant substrates were examined. The fundamental mechanism for polymer-assisted deposition in improving thin film surface smoothness and long range order has been delivered. Different methods were employed for adapting the alkoxide based dip-coating technique to produce a variety of amorphous and crystalline vanadium oxide based thin films. Using a wide range of material, spectroscopic and optical measurement techniques the morphology, structure and optoelectronic properties of the thin films were studied. The formation of pinholes on the surface of the thin films, due to dewetting and spinodal effects, was inhibited using the polymer assisted deposition technique. Uniform thin films with sub 50 nm thicknesses were deposited on a variety of substrates controlled through alterations to the solvent-alkoxide dilution ratios and employing polymer assisted deposition techniques. The effects of polymer assisted deposition altered the crystallized VO thin films from a granular surface structure to a polycrystalline structure composed of high density small in-plane grains. The formation of transparent VO based thin film through Si and Na substrate mediated diffusion highlighted new methods for material formation and doping.

Design, development, and analysis of hybrid metal-composite tube for industrial application

In the aerospace, automotive, printing, and sports industries, the development of hybrid Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)-metal components is becoming increasingly important. The coupling of metal with CFRP in axial symmetric components results in reduced production costs and increased mechanical properties such as bending, torsional stiffness, mass reduction, damping, and critical speed compared to the single material-built ones. In this thesis, thanks to a novel methodology involving a rubbery/viscoelastic interface layer, several hybrid aluminum-CFRP prototype tubes were produced. Besides, an innovative system for the cure of the CFRP part has been studied, analyzed, tested, and developed in the company that financed these research activities (Reglass SRL, Minerbio BO, Italy). The residual thermal stresses and strains have been investigated with numerical models based on the Finite Element Method (FEM) and compared with experimental tests. Thanks to numerical models, it was also possible to reduce residual thermal stresses by optimizing the lamination sequence of CFRP and determining the influence of the system parameters. A novel software and methodology for evaluating mechanical and damping properties of specimens and tubes made in CFRP were also developed. Moreover, to increase the component's damping properties, rubber nanofibers have been produced and interposed throughout the lamination of specimens. The promising results indicated that the nanofibrous mat could improve the material damping factor over 77% and be adopted in CFRP components with a negligible increment of weight or losing mechanical properties.