Up-conversion effect of Er- and Yb-doped ZnO thin films

Visible up-conversion in ZnO:Er and ZnO:Er:Yb thin films deposited by RF magnetron sputtering under different O2-rich atmospheres has been studied. Conventional photoluminescence (325 nm laser source) and up-conversion (980 nm laser source) have been performed in the films before and after an annealing process at 800 °C. The resulting spectra demonstrate that the thermal treatment, either during or post-deposition, activates optically the Er3+ ions, being the latter process much more efficient. Moreover, the atmosphere during deposition was also found to be an important parameter, as the deposition under O2 flow increases the optical activity of Er+3 ions. In addition, the inclusion of Yb3+ ions into the films has shown an enhancement of the visible up-conversion emission at 660 nm by a factor of 4, which could be associated to either a better energy transfer from the 2F5/2 Yb level to the 4I11/2 Er one, or to the prevention of having Er2O3 clustering in the films.

Optimization of KOH etching process to obtain textured substrates suitable for heterojunction solar cells fabricated by HWCVD

In this work, we have studied the texturization process of (100) c-Si wafers using a low concentration potassium hydroxide solution in order to obtain good quality textured wafers. The optimization of the etching conditions have led to random but uniform pyramidal structures with good optical properties. Then, symmetric heterojunctions were deposited by Hot-Wire CVD onto these substrates and the Quasi-Steady-State PhotoConductance technique was used to measure passivation quality. Little degradation in the effective lifetime and implicit open circuit voltage of these devices (< 20 mV) was observed in all cases. It is especially remarkable that for big uniform pyramids, the open-circuit voltage is comparable to the values obtained on flat substrates.

Current transport and electroluminescence mechanisms in thin SiO2 films containing Si nanocluster-sensitized erbium ions.

We have studied the current transport and electroluminescence properties of metal oxide semiconductor MOS devices in which the oxide layer, which is codoped with silicon nanoclusters and erbium ions, is made by magnetron sputtering. Electrical measurements have allowed us to identify a Poole-Frenkel conduction mechanism. We observe an important contribution of the Si nanoclusters to the conduction in silicon oxide films, and no evidence of Fowler-Nordheim tunneling. The results suggest that the electroluminescence of the erbium ions in these layers is generated by energy transfer from the Si nanoparticles. Finally, we report an electroluminescence power efficiency above 10−3%. © 2009 American Institute of Physics. doi:10.1063/1.3213386

ZnO nanorods for efficient third harmonic UV generation.

ZnO nanorods grown by both high temperature vapour phase transport and low temperature chemical bath deposition are very promising sources for UV third harmonic generation. Material grown by both methods show comparable efficiencies, in both cases an order of magnitude higher than surface third harmonic generation at the quartz-air interface of a bare quartz substrate. This result is in stark contrast to the linear optical properties of ZnO nanorods grown by these two methods, which show vastly different PL efficiencies. The third harmonic generated signal is analysed using intensity dependent measurements and interferometric frequency resolved optical gating, allowing extraction of the laser pulse parameters. The comparable levels of efficiency of ZnO grown by these very different methods as sources for third harmonic UV generation provides a broad suite of possible growth methods to suit various substrates, coverage and scalability requirements. Potential application areas range from interferometric frequency resolved optical gating characterization of few cycle fs pulses to single cell UV irradiation for biophysical studies.

Hienopaperimassojen lujuusominaisuudet nopeassa vetokuormituksessa

Työssä verrattiin koivu-, akaasia- ja eucalyptussellujen käyttökelpoisuutta hienopapereiden kuituraaka-aineena. Kirjallisuusosassa todettiin radan hallinnan paperikoneiden avoimissa vienneissä riippuvan käytetyn geometrian lisäksi lujuus- ja relaksaatio-ominaisuuksista. Kuituverkoston käyttäytymiseen jännityksen alaisena vaikuttavat kuitudimensiot, kosteus ja lämpötila sekä kuituverkostoon kohdistetun jännityksen nopeus ja määrä. Relaksaationopeus ja vetolujuus kasvavat kuivilla papereilla vetonopeuden lisääntyessä. Kosteuspitoisuuden kasvattaminen alentaa puukuiduissa olevien polymeerien lasisiirtymälämpötilaa, jonka seurauksena vetolujuus ja relaksaatiokireys laskevat voimakkaasti. Kosteuspitoisuuden kasvaessa murtovenymä kasvaa lähes lineaarisesti ja repäisylujuus sekä murtotyö saavuttavat maksiminsa tietyssä kosteuspitoisuudessa. Kokeellisessa osassa keskityttiin hienopaperimassojen lujuus- ja relaksaatiokäyttäytymisen selvittämiseen nopeassa vetokuormituksessa. Lisäksi määritettiin laatu-, massa- ja rakenneominaisuuksia valituille koepisteille. Muuttujina kokeissa olivat massojen kuiva-ainepitoisuudet ja jauhatusolosuhteet sekä havusellun osuus hienopaperimassoissa.CSF-tasoon 350 ml jauhetuista näytteistä parhaat lujuus ja relaksaatio-ominaisuudet olivat koivulla ja heikoimmat akaasialla. Erot koepisteiden välillä korostuivat pienellä havusellun määrällä, mutta kaventuivat huomattavasti havusellun määrää lisättäessä. Samaan vetolujuuteen jauhettaessa massojen erot poistuvat kokonaan. Kuivilla näytteillä löydettiin erinomainen korrelaatio myötölujuuden ja relaksaatiokireyden välille. Puristinkuivien näytteiden relaksaatiokireyksiä voidaan kokeiden valossa ennustaa parhaiten kuivien näytteiden vetolujuuksista. Myös elastisten venymien osuuksille ja kuituseinämien paksuuksille löydettiin selvä yhteys.Eucalyptus- ja akaasiamassojen erinomaisuus hienopapereiden raaka-aineena korostui niiden optisissa ominaisuuksissa, erityisesti korkeana valonsirontana. Verrattaessa samassa vetolujuudessa ja relaksaatiokireydessä valonsirontakertoimien arvoja havaittiin akaasian olevan paras koivun jäädessä heikoimmaksi. Lisäksi akaasian ja eucalyptuksen kapeat kuitujakaumat ovat edullisia painokoneessa värin tasaisen imeytymisen kannalta. Akaasian pienet ja taipuisat kuidut antavat paperille tasaisen pinnan ja siten painatuksessa tasaisen painoalustan.

Hiokerejektien käsittely MC-sakeudessa

Työn tavoitteena oli optimoida LWC-paperitehtaan kahden hiomolinjan rejektinkäsittelyt. Uusituilla rejektilinjoilla on käytössä keskisakeusrejektinjauhatus. Työn keskeinen osa oli teräkoeajot, teräsarjoja tutkittiin kuusi, kolme molemmilla linjoilla. Kahdessa ensimmäisessä teräkoeajossa oli molemmilla linjoilla samanlaiset jauhinterät. Teräkoeajojen tuloksista havaittiin yleisellä tasolla, että suurin osa mitatuista ominaisuuksista parani jauhatusastetta nostettaessa. Ainoastaan repäisylujuus heikkeni. Terävaihtoehdoista pystyttiin poimimaan molemmille linjoille sopiva terävaihtoehto. Rejektinlajittelun havaittiin parantavan edelleen massan laatuominaisuuksia, paitsi repäisylujuutta. Toisena osuutena vertailtiin keskisakeusjauhimen terävaihtoehtoa, jolla saavutettiin hyviä tuloksia, toisen paperitehtaan korkeassa sakeudessa jauhettuun rejektiin. Korkeasakeusjauhimen terää ei erityisesti valikoitu koeajoa varten. Tuloksista havaittiin, että keskisakeusjauhimella saadaan aikaan varsin hyvää LWC-paperiin käytettävää massaa. Keskisakeudessa jauhettu massa oli monilta ominaisuuksiltaan jopa parempaa kuin korkeasakeusjauhimen massa. Työn kolmannessa osuudessa ajettiin rejektilinjalla sakeuskoeajo. Sakeuskoeajosta havaittiin, että optiset ominaisuudet olivat parhaimmillaan jauhimen MC-sakeusalueen keskivaiheilla. Jauhatussakeuden noustessa kuidut jäivät jäykemmiksi ja karkeammiksi. Tikkupitoisuus oli sitä pienempi, mitä alhaisempaa jauhatussakeutta käytettiin. Sakeudella ei ollut selvää vaikutusta lujuusominaisuuksiin. Tulosten perusteella paras jauhatussakeus keskisakeusjauhimella oli sakeusalueen puoliväli. Työn viimeisenä osana selvitettiin miten kytkentämuutos, jossa rejektilinjan viimeisen lajittimen rejekti käännettiin palaamaan jälkilajittelun sijaan rejektilinjan kaariseulalle, vaikutti koko hiomon kapasiteettiin ja rejektilinjan massan laatuun. Koeajojen tuloksena havaittiin, että kytkentämuutolla pystyttiin nostamaan koko hiomon kapasiteettia ja rejektilinjan akseptin laatu parani.

PCC-täyteaineen vaikutus hienopaperin lujuuskäyttäytymiseen nopeassa vetokuormituksessa

Raaka-ainekustannusten minimoimiseksi hienopaperin valmistajat pyrkivät jatkuvasti vähentämään massan havuselluosuutta ja lisäämään paperin täyteainepitoisuutta. PCC:n käyttö hienopaperin täyteaineena on kasvanut viimeisen kymmenen vuoden aikana voimakkaasti. PCC:n etuna on sen joustava valmistusprosessi, jonka olosuhteita säätelemällä voidaan valmistaa hyvin erilaisia tuotteita. PCC:n ominaisuudet, kuten partikkelikoko ja kidemuoto vaikuttavat merkittävästi paperin reologisiin ominaisuuksiin. Täyteaineen vaikutus paperin lujuusominaisuuksiin riippuu oleellisesti siitä, miten täyteaine sijoittuu kuituverkostossa. Lisäksi paperikoneen ajettavuuden turvaamiseksi täyteaineretention tulisi olla riittävän korkealla tasolla. Täyteaineen retentoituminen on hyvin riippuvainen kuitumateriaalin ja täyteaineen ominaisuuksista. Täyteainepitoisuuden lisääminen ja havusellun vähentäminen heikentävät hienopaperin reologisia ominaisuuksia ja vaikuttavat negatiivisesti paperikoneen ajettavuuteen. Varsinkin rainan siirto avoimella viennillä puristinosalta kuivatusosalle voi muodostua ajettavuuden kannalta kriittiseksi kohdaksi. Tämän vuoksi on tärkeää tuntea irrotustapahtumaan ja rainan kireyteen vaikuttavat tekijät. Märän rainan lujuuskäyttäytymistä voidaan tutkia esim. laboratorioarkeista tehtävillä vetolujuus- ja jännitysrelaksaatiomittauksilla. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahden erityyppisen PCC-täyteaineen vaikutusta hienopaperin vetolujuus- ja relaksaatiokäyttäytymiseen nopeassa vetokuormituksessa. Täyteainepitoisuuden kasvaessa sekä märän että kuivan paperin vetolujuus ja relaksaatiokireys heikkenivät voimakkaasti. Täyteaine myös vähensi havuselluosuuden vaikutusta näihin ominaisuuksiin. PCC:n ominaisuuksilla voitiin hieman vaikuttaa hienopaperin reologisiin ominaisuuksiin, joskin niiden kannalta edullisempi täyteaine antoi paperille huonommat optiset ominaisuudet. Kuiva-ainepitoisuuden kasvaessa paperin vetolujuus ja relaksaatiokireys paranivat eksponentiaalisesti. Tämän perusteella täyteainetyypin vaikutus vedenpoistoon on paperin reologisten ominaisuuksien kannalta tärkeä tekijä.

Effect of pressure on La2(WO4)3 with a modulated scheelite-type structure

We have studied the effect of pressure on the structural and vibrational properties of lanthanum tritungstate La2(WO4)3. This compound crystallizes under ambient conditions in the modulated scheelite-type structure known as the α phase. We have performed x-ray diffraction and Raman scattering measurements up to a pressure of 20 GPa, as well as ab initio calculations within the framework of the density functional theory. Up to 5 GPa, the three methods provide a similar picture of the evolution under pressure of α-La2(WO4)3. At 5 GPa, we begin to observe some structural changes, and above 6 GPa we find that the x-ray patterns cannot be indexed as a single phase. However, we find that a mixture of two phases with C2/c symmetry accounts for all diffraction peaks. Our ab initio study confirms the existence of several C2/c structures, which are very close in energy in this compression range. According to our measurements, a state with medium-range order appears at pressures above 9 and 11 GPa, from x-ray diffraction and Raman experiments, respectively. Based upon our theoretical calculations we propose several high-pressure candidates with high cationic coordinations at these pressures. The compound evolves into a partially amorphous phase at pressures above 20 GPa.

Brightness of multilayer boards

A good appearance of a package enhances the sale of the product. The packing gives information about the content and instructions for the usage. In this master’s thesis, the optical properties of multilayer packaging board is studied. Especially means of increasing brightness of the multilayer board are evaluated. In the literature part, the effect of different factors on optical properties of a multilayer board are evaluated with the help of light scattering and absorption coefficients. The Kubelka-Munk theory can be used also in modelling brightness of the multilayer board. A large variety of different process factors, chemical aids and machine variables affect optical properties of board. In the experimental part, different methods to increase brightness of a 3-layer board were evaluated. It was discovered that brightness variation of broke (30 % share of the center layer pulp) have only minor influence on brightness of the board. The brightness variation must be high, roughly 9 % in order to alter brightness of the board by 1 %. Higher brightness can be achieved by bleaching the pulp, which holds the largest share of the center layer pulp. Here, 2,6 % increase in brightness of the pulp (60 % share of the center layer pulp) increased brightness of the board by 1 %. In a trial run at a board machine, there was no indication of decreased bulk of the board due to extended bleaching of the pulp. With pulp dyeing appearance and optical properties of a multilayer board can be influenced. By using bluish dyes the natural yellowness of pulps can be decreased and impression of whiteness is then increased. Brightness may deteriorate though, because of increasing light absorption of the dyed pulps. When the yellowness comes from the center layer pulp, the dye should be introduced there. Then the brightness decreasing effect of the dye decreases brightness of the board less. It was noticed that it is more important to maintain brightness of the top layer than brightness of the center layer, because the top layer pulp affects on brightness of the board the most. By introducing fillers into the top layer of a multilayer board it is possible to increase brightness of the board. Fillers with the highest light scattering increased the brightness of the board the most. Increasing light scattering increases brightness and also opacity. Higher opacity in the top layer decreases also the darkening effect of the center layer. Calcinated kaolin and PCC was found to increase the light scattering of the top layer the most at the filler comparison. Introducing fillers into the top layer of multilayer board may decrease bulk and modulus of elasticity of the top layer. This could lead to deteriorated bending stiffness.

New features of the layer-by-layer deposition of microcrystalline silicon films revealed by spectroscopic ellipsometry and high resolution transmission electron microscopy

Spectroscopic ellipsometry and high resolution transmission electron microscopy have been used to characterize microcrystalline silicon films. We obtain an excellent agreement between the multilayer model used in the analysis of the optical data and the microscopy measurements. Moreover, thanks to the high resolution achieved in the microscopy measurements and to the improved optical models, two new features of the layer-by-layer deposition of microcrystalline silicon have been detected: i) the microcrystalline films present large crystals extending from the a-Si:H substrate to the film surface, despite the sequential process in the layer-by-layer deposition; and ii) a porous layer exists between the amorphous silicon substrate and the microcrystalline silicon film.

The Electronic Structure of Co-Sputtered Zinc Indium Tin Oxide Thin Films

Zinc indium tin oxide (ZITO) transparent conductive oxide layers were deposited via radio frequency (RF) magnetron co-sputtering at room temperature. A series of samples with gradually varying zinc content was investigated. The samples were characterized with x-ray and ultraviolet photoemission spectroscopy (XPS, UPS) to determine the electronic structure of the surface. Valence and conduction bands maxima (VBM, CBM), and work function were determined. The experiments indicate that increasing Zn content results in films with a higher defect rate at the surface leading to the formation of a degenerately doped surface layer if the Zn content surpasses 50%. Furthermore, the experiments demonstrate that ZITO is susceptible to ultraviolet light induced work function reduction, similar to what was earlier observed on ITO and TiO2 films.

Deinking flotation of recycled linerboard for food packaging applications

Brown packaging linerboard, made entirely from recovered pulp, was subjected to deinking flotation for evaluating the possible improvements in its chemical, optical and mechanical properties. The increase in the rate of recovered paper utilisation, along with the tendency towards lower basis weights, in the packaging paper production, has created a growing need for the utilisation of secondary fibers of improved quality. To attain better quality fibers, flotation deinking of brown grades is being considered, along with the addition of primary fibers to recovered paper furnish. Numerous conducted studies, in which the flotation technology was used in the treatment of brown grades, support this idea. Most of them show that the quality of fibers is improved after flotation deinking, resulting in higher mechanical properties of the deinked handsheets and in lower amounts of chemical contaminants. As to food and human health safety, packaging paper has to meet specific requirements, to be classified as suitable for its direct contact with foods. Recycled paper and board may contain many potential contaminants, which, especially in the case of direct food contact, may migrate from packaging materials into foodstuffs. In this work, the linerboard sample selected for deinking was made from recycled fibers not submitted previously to chemical deinking flotation. Therefore, the original sample contained many noncellulosic components, as well as the residues of printing inks. The studied linerboardsample was a type of packaging paper used for contact with food products that are usually peeled before use, e.g. fruits and vegetables. The decrease in the amount of chemical contaminants, after conducting deinking flotation, was evaluated, along with the changes in the mechanical and optical properties of the deinked handsheets. Food contact analysis was done on both the original paper samples and the filter pads and handsheets made before and after deinking flotation. Food contact analysis consisted of migration tests of brightening agents, colorants, PCPs, formaldehydes and metals. Microbiological tests were also performed to determine the possible transfer of antimicrobial constituents

Quality potential of DIP and hardwood CTMP based raw materials in woodcontaining printing paper

The objective of the thesis was to define the quality potential of DIP and hardwood CTMP based raw material furnish for a printing paper production and to define the end product's pulp-based boundary conditions especially when thinking of Chinese markets. Although the Chinese paper industry expands rapidly, the production of some paper grades is still exiguous. Especially the softwood resources are limited in Asia, thus the purpose of the thesis was to find out the possibilities to produce printing paper in China from local raw materials. Bleached CTMP can be produced, for example, from fast-growing hardwood species like eucalyptus and poplar. Therefore in this thesis it was examined if good quality printing paper is possible to produce by using deinked pulp and hardwood CTMP based furnish. In the first section of experimental part, various deinked pulps and chemithermomechanical pulps were compared. The deinked pulps were from China, Central Europe and Finland. Central European was made for magazine papers, and the Chinese as well as the Finnish pulps were made for newsprints. Two of the BCTMPs were from China and those both were made from poplar, whereas one BCTMP was made from eucalyptus in a pilot plant. There were significant differences especially between BCTMPs and their paper properties. In the second section of experimental part, the deinked pulp and eucalyptus BCTMP were blended to produce handsheets. The results show that producing the highest quality printing paper would be difficult from these raw materials. Deinked pulp affected especially the strength and optical properties as well as calender blackening. The BCTMP was found to have effects mostly on the smoothness, strength and optical properties as well as calender blackening.

Hidróxidos duplos lamelares: síntese, estrutura, propriedades e aplicações

The layered double hydroxides, known as anionic clays and represented by the general formula [M2+1-x M3+x (OH) 2]x+ Am-x/m·nH 2O, are a group of materials which are of much interest currently. They present a variety of potential applications as adsorbents, catalysts and catalyst support, ion-exchangers, antacids and as a polymer stabilizer. It is possible to obtain a broad variety of layered double hydroxides (LDHs), depending on the identity and ratio of the cations M2+ and M3+, as well as the interlamelar anion. The aim of this review is to give out some information about this class of materials, concerning to the synthesis, characterization, properties and applications.

Mikrokontrolleriohjaus led-ryhmälle

Luonnonvarojen ehtyminen ja ympäristön saastuminen on luonut kysyntää uusille, energiaa säästäville ja ympäristöystävällisille teknologioille. Valaistuksessa tällainen teknologia on led-tekniikka. Led-tekniikalla on useita etuja verrattuna kilpaileviin tekniikoihin kuten pitkä elinikä, ympäristöystävällisyys ja mekaaninen kestävyys. Ledejä käytetään nykyään laajalti erilaisissa erikoissovelluksissa, erityisesti jos vaatimuksena on valon värillisyys. Näihin päiviin asti ledien hinta ja heikko valontuotto ovat rajoittaneet led-valaisimien yleistymistä hehkulamppujen ja muiden valaisintyyppien korvaajina. Tekniikan nopea kehittyminen on tehnyt led-tekniikasta varteenotettavan vaihtoehdon myös yleisvalaistukseen. Uusimpien valkoisten ledien valotehokkuus on 2 - 5 -kertainen hehkulamppuun verrattuna. Led-tekniikassa on vielä paljon käyttämätöntä potentiaalia, tulevaisuudessa päästäneen 10 - 15 -kertaiseen valotehokkuuteen hehkulamppuun verrattuna. Työssä suunnitellaan mikrokontrolleripohjainen ohjausjärjestelmä valkoista valoa tuottavalle led-valaisimelle, jonka värisävyä ja kirkkautta käyttäjä voi säätää. Valkoinen valo synnytetään sekoittamalla neljän erivärisen led-rivin valoa. Mikrokontrolleri ohjaa kutakin led-riviä väriensekoitusteoriaan perustuen. Mikrokontrolleriohjaus huomioi myös ledien optisten ominaisuuksien muutokset lämpötilan suhteen. Mikrokontrolleriohjauksen suorituskyky todetaan käytännön mittauksilla.