Elemental composition of various manganese nodules

Manganese nodules have been observed over wide areas of both the Pacific and Atlantic Oceans, however, deposits in the Pacific Ocean are generally much richer in elements of economic interest such as nickel, copper and cobalt. In understanding the genesis and the geochemistry involved in their formation and growth, it is important to know the total chemical composition of these nodules and how they vary within a given deposit and between deposits in the oceans of the world. The concentrations of elements: nickel, copper, cobalt, iron, manganese, silicon, and calcium, in all of the manganese nodules which have been analyzed were recently summarized by Horn et al. (1972). These observations indicate certain correlations, both positive and negative, between Mn and the associated elements within the nodules. Their data suggest similarities in chemical composition for nodules from a given area; however, the analyses of Mn nodules, like that of the ocean water, itself, has large errors associated with some of the measurements. This is understandable, since many of these measurements were intended to provide an approximate indication of elemental content. Where one is interested in carefully preparing a description of Mn nodule chemical composition which can serve as a basis for formulating theories regarding their genesis and subsequent geochemical changes in the ocean environment, then very precise and accurate analyses are essential. The purpose of this study has been to measure the concentrations of 18 elements in Mn nodules with a high degree of accuracy and determine what correlations exist between element concentrations. The scope of this study was seriously limited and therefore was confined to one area of the Pacific Ocean at approximately 22 N latitude, 114 W longitude, at an ocean depth of approximately 11,000 feet.

Major element compositions, minerals and trace elements at DSDP Leg 67 Holes

Mineralogical (microprobe) and geochemical (X-ray fluorescence, neutron activation analyses) data are given for 18 samples of volcanic rocks from the Guatemala Trench area (Deep Sea Drilling Project Leg 67). Typical fresh oceanic tholeiites occur in the trench itself (Hole 500) and in its immediate vicinity on the Cocos Plate (Site 495). Several samples (often reworked) of "spilitic" oceanic tholeiites are also described from the Trench: their mineralogy (greenschist facies association - actinolite + plagioclase + chlorite) and geochemistry (alteration, sometimes linked to manganese and zinc mineralization) are shown to result from high-temperature (300°-475°C) hydrothermal sea water-basalt interactions. The samples studied are depleted in light rare-earth elements (LREE), with the exception of the slightly LREE-enriched basalts from Hole 500. The occurrence of such different oceanic tholeiites in the same area is problematic. Volcanic rocks from the Guatemala continental slope (Hole 494A) are described as greenschist facies metabasites (actinolite + epidote + chlorite + plagioclase + calcite + quartz), mineralogically different from the spilites exposed on the Costa Rica coastal range (Nicoya Peninsula). Their primary magmatic affinity is uncertain: clinopyroxene and plagioclase compositions, together with titanium and other hygromagmaphile element contents, support an "active margin" affinity. The LREE-depleted patterns encountered in the present case, however, are not frequently found in orogenic samples but are typical of many oceanic tholeiites.

Understanding arsenic mobility and speciation in lake sediments impacted by ore roasting near Giant mine, NWT

The roasting of gold-bearing arsenopyrite at Giant mine (Northwest Territories) between 1949 and 1999 released approximately 20,000 tonnes of toxic arsenic-bearing aerosols in the local aerial environment. Detailed examination of lake sediments, sediment porewaters, surface waters and lake hydrology sampled from three lakes of differing limnological characteristics was conducted in summer and winter conditions. Samples were analyzed for solid and dissolved elemental concentrations, speciation and mineralogy. The three lakes are located less than 5km from the mine roaster, and downwind, based on predominant wind direction. The objective of the study was to assess the controls on the mobility and fate of arsenic in these roaster-impacted subarctic lacustrine environments. Results show that the occurrence of arsenic trioxide in lake sediments coincides with the regional onset of industrial activities. The bulk of arsenic in sediments is contained in the form of secondary sulphide precipitates, with iron oxides hosting a minimal amount of arsenic near the surface-water interface. The presence of geogenic arsenic is likely contained as dilute impurities in common rock-forming minerals, and is not believed to be a significant source of arsenic to sediments, porewaters or lake waters. Furthermore, the well correlated depth-profiles of arsenic, antimony and gold in sediments may help reveal roaster impact. The soluble arsenic trioxide particles contained in sediments act as the primary source of arsenic into porewaters. Dissolved arsenic in reducing porewaters both precipitate as secondary sulphides in situ, and diffuse upwards into the overlying lake waters. Arsenic diffusion out of porewaters, combined with watercourse-driven residence time, are estimated to be the predominant mechanisms controlling arsenic concentrations in overlying lake waters. The sequestration of arsenic from porewaters as sulphide precipitates, in the study lakes, is not an effective process in keeping lake-water arsenic concentrations below guidelines for the protection of the freshwater environment and drinking water. Seasonal impacts on lake geochemistry derive from ice covering lake waters, cutting them off from of atmospheric oxygen, along with the exclusion of solutes from the ice. Such effects are limited in deep lakes but are can be an important factor controlling arsenic precipitation and mobility in ponds.

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Análise de riscos toxicológicos e ambientais na exposição ocupacional aos resíduos de armas de fogo (GSR/ firing ranges): uma proposta de normalização

Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Thin films of Cu, In and Sb chalcogenides as photovoltaic absorbers

Many different photovoltaic technologies are being developed for large-scale solar energy conversion such as crystalline silicon solar cells, thin film solar cells based on a-Si:H, CIGS and CdTe. As the demand for photovoltaics rapidly increases, there is a pressing need for the identification of new visible light absorbing materials for thin-film solar cells. Nowadays there are a wide range of earth-abundant absorber materials that have been studied around the world by different research groups. The current thin film photovoltaic market is dominated by technologies based on the use of CdTe and CIGS, these solar cells have been made with laboratory efficiencies up to 19.6% and 20.8% respectively. However, the scarcity and high cost of In, Ga and Te can limit in the long-term the production in large scale of photovoltaic devices. On the other hand, quaternary CZTSSe which contain abundant and inexpensive elements like Cu, Zn, Sn, S and Se has been a potential candidate for PV technology having solar cell efficiency up to 12.6%, however, there are still some challenges that must be accomplished for this material. Therefore, it is evident the need to find the alternative inexpensive and earth abundant materials for thin film solar cells. One of these alternatives is copper antimony sulfide(CuSbS2) which contains abundant and non-toxic elements which has a direct optical band gap of 1.5 eV, the optimum value for an absorber material in solar cells, suggesting this material as one among the new photovoltaic materials. This thesis work focuses on the preparation and characterization of In6Se7, CuSbS2 and CuSb(S1-xSex)2 thin films for their application as absorber material in photovoltaic structures using two stage process by the combination of chemical bath deposition and thermal evaporation.

Study of the Electrochemical, Physical and Morphological Characteristics of Anode Catalysts for Perfluorosulfonic Acid (PFSA) Membrane Water Electrolysers

A number of supported and un-supported Oxygen Evolution Reaction (OER) iridium based electrocatalysts for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolysis (PEMWE) were synthesized using a polyol method. The electrocatalysts and the supports were characterized using a wide range of physical and electrochemical characterization methods. The effect of morphological characteristics of the OER electrocatalyst and the support on the OER activity was studied. The results of this thesis contribute to the existing research to reduce the cost of PEMWE by enhancing the utilization of precious metal for OER electrocatalysis. Iridium electrocatalysts supported on antimony tin oxide (Ir/ATO) were synthesized using the polyol method with two different heating techniques: conventional and microwave-irradiation. It was shown that the physical morphology and electrochemical properties of Ir/ATO synthesized with the two heating methods were comparable. However, the microwave irradiation method was extremely faster than the conventional heating method. Additionally, the effect of heat treatment (calcination temperature) on the morphology and OER activity of Ir/ATO synthesized electrocatalyst with the conventional polyol method. It was found that the iridium electrocatalyst synthesized with the polyol method, consisted of 1-5 nm particles, possessed an amorphous structure, and contained iridium with an average oxidation state of less than +4. Calcining the catalyst at temperatures more than 400 ºC and less than 700ºC: 1) increased the size of the iridium particles to 30 nm, 2) changed the structure of iridium particles from amorphous to crystalline, 3) increased the iridium oxidation state to +4 (IrO2), 4) reduced the electrochemically active surface area by approximately 50%, and 5) reduced the OER activity by approximately 25%; however, it had no significant effect on the physical and chemical morphology of the ATO support. Moreover, potential support metal carbides and oxides including: Tantalum Carbide (TaC), Niobium Oxide (Nb2O5), Niobium Carbide (NbC), Titanium Carbide (TiC), Tungsten Carbide (WC) and Antimony-doped Tin Oxide (ATO, Sb2O5-SnO2), were characterized, and used as support for the iridium OER electrocatalysts. TaC was found to be a promising support, and increasing its surface area by 4% improved the OER performance of the final supported catalyst by approximately 50%.