Photo luminescent polymer electrolyte based on agar and containing europium picrate for electrochemical devices

Dispersion of photoluminescent rare earth metal complexes in polymer matrices is of great interest due to the possibility of avoiding the saturation of the photoluminescent signal. The possibility of using a natural ionic conducting polymer matrix was investigated in this study. Samples of agar-based electrolytes containing europium picrate were prepared and characterized by physical and chemical analyses. The FTIR spectra indicated strong interaction of agar O-H and 3.6-anhydro-galactose C-O groups with glycerol and europium picrate. The DSC analyses revealed no glass transition temperature of the samples in the -60 to 250 degrees C range. From the thermogravimetry (TG), a thermal stability of the samples of up to 180 degrees C was stated. The membranes were subjected to ionic conductivity measurement, which provided the values of 2.6 x 10(-6) S/cm for the samples with acetic acid and 1.6 x 10(-5) S/cm for the samples without acetic acid. Moreover, the temperature-dependent ionic conductivity measurements revealed both Arrhenius and VTF models of the conductivity depending on the sample. Surface visualization through scanning electron microscopy (SEM) demonstrated good uniformity. The samples were also applied in small electrochromic devices and showed good electrochemical stability. The present work confirmed that these materials may perform as satisfactory multifunctional component layers in the field of electrochemical devices. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Natural fiber-reinforced thermoplastic starch composites obtained by melt processing

Thermoplastic starch (TPS) from industrial non-modified corn starch was obtained and reinforced with natural strands. The influence of the reinforcement on physical-chemical properties of the composites obtained by melt processing has been analyzed. For this purpose, composites reinforced with different amounts of either sisal or hemp strands have been prepared and evaluated in terms of crystallinity, water sorption, thermal and mechanical properties. The results showed that the incorporation of sisal or hemp strands caused an increase in the glass transition temperature (T-g) of the TPS as determined by DMTA. The reinforcement also increased the stiffness of the material, as reflected in both the storage modulus and the Young's modulus. Intrinsic mechanical properties of the reinforcing fibers showed a lower effect on the final mechanical properties of the materials than their homogeneity and distribution within the matrix. Additionally, the addition of a natural latex plasticizer to the composite decreased the water absorption kinetics without affecting significantly the thermal and mechanical properties of the material. (c) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Compatible blends of thermoplastic starch and hydrolyzed ethylene-vinyl acetate copolymers

Ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) with 19% of vinyl acetate and its derivatives modified by hydrolysis of 50 and 100% of the initial vinyl acetate groups were used to produce blends with thermoplastic starch (TPS) plasticized with 30 wt% glycerol. The blends were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy. X-ray diffraction, water absorption, stress-strain mechanical tests, dynamic mechanical analysis and thermogravimetric analysis. In contrast to the blends with unmodified EVA. those made with hydrolyzed EVA were compatible, as demonstrated by the brittle fracture surface analysis and the results of thermal and mechanical tests. The mechanical characteristics and water absorption of the TPS were improved even with a small addition (2.5 wt%) of hydrolyzed EVA. The glass transition temperature rose with the degree of hydrolysis of EVA by 40 and 50 degrees, for the EVA with 50 and 100% hydrolysis, respectively. The addition of hydrolyzed EVA proved to be an interesting approach to improving TPS properties, even when very small quantities were used, such as 2.5 wt%. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Flux-Line-Lattice Melting and Upper Critical Field of Bi1.65Pb0.35Sr2Ca2Cu3O10+delta Ceramic Samples

We have conducted magnetoresistance measurements rho(T,H) in applied magnetic fields up to 18 T in Bi1.65Pb0.35Sr2Ca2Cu3O10+delta ceramic samples which were subjected to different uniaxial compacting pressures. The anisotropic upper critical fields H (c2)(T) were extracted from the rho(T,H) data, yielding and the out-of-plane superconducting coherence length xi (c) (0)similar to 3 . We have also estimated and xi (ab) (0) similar to 90 . In addition to this, a flux-line-lattice (FLL) melting temperature T (m) has been identified as a second peak in the derivative of the magnetoresistance d rho/dT data close to the superconducting transition temperature. An H (m) vs. T phase diagram was constructed and the FLL boundary lines were found to obey a temperature dependence H (m) ae(T (c) /T-1) (alpha) , where alpha similar to 2 for the sample subjected to the higher compacting pressure. A reasonable value of the Lindemann parameter c (L) similar to 0.29 has been found for all samples studied.

Elaboration and Characterization of Nano-Biocomposites Based on Plasticized Poly(Hydroxybutyrate-Co-Hydroxyvalerate) with Organo-Modified Montmorillonite

Nano-biocomposites based on a biodegradable bacterial copolyester, poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate), have been elaborated with an organo-modified montmorillonite (OMMT) clay as nanofiller, and acetyl tributyl citrate as plasticizer. The corresponding (nano)structures, thermal and mechanical properties, permeability, and biodegradability have been determined. Polyhydroxyalkanoates are very thermal sensitive then to follow the degradation the corresponding matrices have been analyzed by size exclusion chromatography. The results indicate that the addition of the plasticizer decreases the thermo-mechanical degradation, during the extrusion. These nano-biocomposites show an intercalated/exfoliated structure with good mechanical and barrier properties, and an appropriated biodegradation kinetic. Intending to understand the changes in the thermal properties, the nano-biocomposites were characterized by thermal gravimetric analysis and differential scanning calorimetry. The presence of the OMMT clay did not influence significantly the transition temperatures. However, the filler not only acted as a nucleating agent which enhanced the crystallization, but also as a thermal barrier, improving the thermal stability of the biopolymer. The results indicated that the addition of the plasticizer reduces the glass transition temperature and the crystalline melting temperature. The plasticizer acts as a processing aid and increases the processing temperature range (lower melting temperature).

The 2:1 cycloadducts from [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition of nitrile oxide and vinylacetic acid. Synthesis and liquid crystal behaviour

Four liquid crystals (LC) 3,7a-bis(4-alkyloxyphenyl)-7,7a-dihydro-6H-isoxazolo[2,3-d][1,2,4]oxadiazol-6-yl)acetic acid (7a-d) were synthesised and the mesomorphic behaviour reported. The LCs were characterised as 2: 1 bisadducts, which were obtained from a double [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition. In the first step, the cycloaddition of 4-alkyloxyphenylnitrile oxide (4a-d) and vinylacetic acid (5) gave the initial unobserved 1:1 cycloadducts 2-[3-(4-alkyloxyphenyl)-4,5-dihydroisoxazol-5-yl]acetic acid (6a-d). In the second step, the addition of a second equivalent of 4 to 6 yielded the 2: 1 bisadducts 7a-d without any traces of 6. All compounds 7a-d were unstable during the transition from the mesophase to the isotropic state upon first heating as evidenced by the large peaks in the differential scanning calorimetry traces. Due to the chemical instability of the compounds upon heating, the transition temperature related to the smectic C to smectic A transitions was acquired by means of an image processing method. X-Ray diffraction experiments were also used to analyse the liquid-crystalline phases. A theoretical calculation was performed using density functional theory (DFT) methods at the PBE1PBE/6-311+G(2d,p) level (with solvent effect) in order to get information about the energetic profile of the 2: 1 cycloaddition. DFT studies revealed that the cycloaddition process is controlled by the HOMO(dipolarophile) - LUMO(1,3-dipole), and that the double [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition reaction is quite possible.

Annealing effects on nanostructured gold-polymethylmethacrylate composites: Small-angle x-ray scattering analysis

Composites formed of a polymer-embedded layer of sub-10 nm gold nanoclusters were fabricated by very low energy (49 eV) gold ion implantation into polymethylmethacrylate. We used small angle x-ray scattering to investigate the structural properties of these metal-polymer composite layers that were fabricated at three different ion doses, both in their original form (as-implanted) and after annealing for 6 h well above the polymer glass transition temperature (150 degrees C). We show that annealing provides a simple means for modification of the structure of the composite by coarsening mechanisms, and thereby changes its properties. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4720464]

Ion-Conducting Membranes Based on Gelatin and Containing LiI/I-2 for Electrochromic Devices

Ionic conducting membranes of gelatin plasticized with glycerol and containing LiI/I-2 have been obtained and characterized by X-ray diffraction measurements, UV-Vis-NIR spectroscopy, thermal analysis and impedance spectroscopy. The transparent (80-90% in the visible range) membranes showed ionic conductivity value of 5 x 10(-5) S/cm at room temperature, which increased to 3 x 10(-3) S/cm at 80 degrees C. All the ionic conductivity measurements as a function of temperature showed VTF dependence and activation energy of 8 kJ/mol. These samples also showed low glass transition temperature of -76 degrees C. Moreover the samples were predominantly amorphous. The membranes applied to small electrochromic devices showed 20% of color change from colored to bleached states during more than 70 cronoamperometric cycles.

Residual stresses in Y-TZP crowns due to changes in the thermal contraction coefficient of veneers

Objective. To test the hypothesis that the difference in the coefficient of thermal contraction of the veneering porcelain above (˛liquid) and below (˛solid) its Tg plays an important role in stress development during a fast cooling protocol of Y-TZP crowns. Methods. Three-dimensional finite element models of veneered Y-TZP crowns were developed. Heat transfer analyses were conducted with two cooling protocols: slow (group A) and fast (groups B–F). Calculated temperatures as a function of time were used to determine the thermal stresses. Porcelain ˛solid was kept constant while its ˛liquid was varied, creating different ˛/˛solid conditions: 0, 1, 1.5, 2 and 3 (groups B–F, respectively). Maximum ( 1) and minimum ( 3) residual principal stress distributions in the porcelain layer were compared. Results. For the slowly cooled crown, positive 1 were observed in the porcelain, orientated perpendicular to the core–veneer interface (“radial” orientation). Simultaneously, negative 3 were observed within the porcelain, mostly in a hoop orientation (“hoop–arch”). For rapidly cooled crowns, stress patterns varied depending on ˛/˛solid ratios. For groups B and C, the patterns were similar to those found in group A for 1 (“radial”) and 3 (“hoop–arch”). For groups D–F, stress distribution changed significantly, with 1 forming a “hoop-arch” pattern while 3 developed a “radial” pattern. Significance. Hoop tensile stresses generated in the veneering layer during fast cooling protocols due to porcelain high ˛/˛solid ratio will facilitate flaw propagation from the surface toward the core, which negatively affects the potential clinical longevity of a crown.

Synthesis and properties of substituted Hg-based superconductors

This thesis is focused on studies of substituted Hg-based superconducting copper oxides ((Hg1-xMx)Ba2Can-1CunO2n+2+δ). These compounds are promising objects of investigation, not only from a fundamental point of view but also because of their high values of superconducting transition temperature (Tc) and irreversibility field (Hirr). The first part of the thesis is devoted to optimization of the synthesis procedure for Hg-based cuprates. The influence of different parameters (T, t, p(Hg), p(O2)) on the synthesis of these compounds in sealed silica tubes was studied. Optimal conditions yielded samples containing up to 95% of HgBa2Ca2Cu3O8+δ (Hg-1223). The formation of solid solutions with the formula (Hg1-xCux)Ba2Ca2Cu3O8+δ (where x <= 0.5) was also established. Another technique was developed, using LiF as a flux, for synthesis of samples containing up to 90% of the HgBa2CaCu2O6+δ (Hg-1212) phase. The second part concerns synthesis and studies of oxyfluorides using Hg-1212 and Hg-1223 as starting materials together with XeF2 as a fluorinating agent. It was found that oxyfluorides of both phases have a parabolic dependence of Tc vs. a parameter as well as enhanced Tc values (ΔT ≈ 3-4 K) in comparison with optimally doped non-fluorinated analogues. The crystal structure of Hg-1223 oxyfluoride was studied by X-ray powder and neutron diffraction methods. It is suggested that chemical modification of the crystal structure leads to a decrease in Cu-O distance without noticeable change in Cu-O-Cu angle (in the (CuO2) layers), which may be the significant factors influencing this Tc increase. Hg-1223 oxyfluoride was also studied under high pressure for first time. It was found that this compound has a record-high Tc value (≈ 166 K) at P ≈ 23 GPa. The last part describes the investigation of substituted Hg-based superconductors in the series (Hg0.9M0.1)Ba2CuO4+δ {(Hg,M)-1201}, where M = Tl, Pb, W, Mo, Nb and V. A comprehensive study of these compounds by various methods (X-ray powder diffraction, EDX, IR-, EXAFS- and XANES -spectroscopy) indicated that the change of charge carrier doping level is a crucial factor determining the irreversibility line. (Hg0.9Mo0.1)Ba2CuO4+δ showed the most improved irreversibility line position among the (Hg,M)-1201 compounds studied in this series.

Dielektrische Relaxation und Retardation lokaler Prozesse in glasbildenden Materialien

Lokale sekundäre Prozesse in glasbildenden Materialien sind wegen ihrer Wechselwirkung mit der primären Relaxation von besonderem Interesse. Für D-Sorbitol wurde die beta-Relaxation mit drei verschiedenen dielektrischen Meßtechniken untersucht und die Ergebnisse miteinander verglichen. Im Gegensatz zu konventionellen Messungen der dielektrischen Retardation, detektiert eine echte dielektrische Relaxationsmessung den Zerfall des elektrischen Feldes unter der Bedingung einer konstanten dielektrischen Verschiebung. Eine weitere dielektrische Relaxationsmethode ist die Solvatationsdynamik. Sie detektiert die dielektrische Relaxation in der direkten Umgebung eines Farbstoffmoleküls. Die Übereinstimmung der lokal ermittelten und der makroskopisch gemittelten Ergebnisse für den Glaszustand weisen darauf hin, daß die Sekundärrelaxation in D-Sorbitol eine räumlich homogene Eigenschaft ist. Im Gegensatz zu beta-Prozessen anderer Materialien, zeigt nur der abgeschreckte Glaszustand von ortho-Terphenyl einen sekundären Prozeß. Es wurde beobachtet, daß die beta-Amplitude beim Ausheilen langsam abnimmt und im Gleichgewichtszustand der Flüssigkeit oberhalb der Glasübergangstemperatur völlig verschwindet. Viele glasbildende Materialien, wie z. B. Salol zeigen keinen dielektrischen beta-Prozeß. Im Gegensatz zu Messungen mit Standardkühlraten, zeigt eine stark abgeschreckte Salol-Probe eine symmetrische dielektrische Sekundärrelaxation. Diese neuartige Eigenschaft von Salol verschwindet irreversibel, wenn sich die Temperatur der Glasübergangstemperatur nähert.

Quantensimulationen physisorbierter Molekülschichten auf Graphit

Mit Hilfe der Pfadintegral-Monte Carlo-Methode werdenPhasendiagramme von physisorbierten Molekülschichten aufGraphit untersucht. Die Verwendung von realistischen Potenzialen sowie dieBehandlung aller translatorischen und rotatorischenFreiheitsgrade erlaubt einen quantitativen Vergleich mit denExperimenten.Krypton-Atome bilden in der Monolage ein kommensurablesGitter mit den Atomen über der Mitte jeder drittenGraphitwabe.Die Vorgänge am Schmelzübergang werden von der Desorptioneiniger Atome dominiert. Die Argon-Schicht auf Graphit ist dagegen inkommensurabel.Zweiatomigen Stickstoff-Moleküle bilden eineorientierungsgeordnete Tieftemperaturphase(Fischgrät-Struktur). Quantenfluktuationen führen zu einer Erniedrigung der mitklassischen Methoden berechneten Phasenübergangstemperaturum 12%.Damit wird der experimentelle Wert von 28 K erreicht.Die Anisotropie und das Dipolmoment von Kohlenmonoxid führenzu einer dipolar geordneten Tieftemperaturphase.Die experimentell nicht geklärte Struktur kann in derQuantensimulation als antiferroelektrischeFischgrät-Struktur identifiziert werden.Der Phasenübergang liegt mit 6 K sehr nahe am Experiment(5.2 K).Für die Argon-Stickstoff-Mischsysteme wird dasPhasendiagramm in der Konzentrations(x)-Temperatur(T)-Ebeneerstellt. Die Übergangstemperaturen decken sich mit denen desExperiments.In Konfigurationen mit zufälliger Teilchenbesetzung weisen die linearen Moleküle ab Argon-Konzentrationen von10% ein Orientierungsglas-Verhalten auf.Durch einen zusätzlichen Teilchenaustausch wird in denMischsystemen die Bildung einer Windrad-Phase ermöglicht, inder die Argon-Atome eine Überstruktur annehmen.Diese Phase wird experimentell imArgon-Kohlenmonoxid-Mischsystem vorgefunden, dessenx-T-Phasendiagramm in guter Übereinstimmung mit denSimulationsergebnissen steht.Die explizite Berücksichtigung der Quantenmechanik in denComputersimulationen liefert wesentliche Beiträge zurKlärung des Phasenverhaltens und der Bestimmung vonÜbergangstemperaturen der Tieftemperaturstrukturen.

Synthesen und Charakterisierungen Arylamin-haltiger Polymere: multifunktionelle hoch-T g-Copolymere für photorefraktive Anwendungen

Zusammenfassung Die vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit den Synthesen und Charakterisierungen multifunktioneller, Arylamin-haltiger Polymere, welche sich als photorefraktive(PR)-Materialien eignen. Die Glastemperaturen (Tg) der angestrebten Materialien liegen deutlich über Raumtemperatur, um so den Pockels-Mechanismus zum Aufbau des PR-Effektes zu favorisieren. Hierzu sind zwei synthetische Konzepte, basierend auf Maleinimid-Methylvinylisocyanat-Reaktiv-Polymeren und Triphenylamin-haltigen Polymeren, entwickelt worden. Im Rahmen des Reaktiv-Polymer-Konzeptes konnten PR-Materialien mit den bisher größten Beugungs-Effizienzen sowie den schnellsten Ansprechzeiten für multifunktionelle hoch-Tg-Polymere dargestellt werden. Hierfür wurden Maleinimid-Methylvinylisocyanat-Reaktiv-Polymere synthetisiert welche an der Imid-Position über Spacer-Gruppen mit Carbazol-Einheiten funktionalisiert sind. Die Tg´s der Polymere konnten zwischen 60°C und 194°C eingestellt werden. Die Isocyanat-Gruppen wurden dann polymeranlog mit hydroxyalkyl-funktionalisierten Chromophoren umgesetzt. Die Kinetik des PR-Effektes dieser Materialien wird durch die Ladungsträger-Beweglichkeiten in den Proben bestimmt. Eine Steigerung der Farbstoff-Konzentrationen erhöht die PR-Leistungen der Materialien, behindert jedoch deren Kinetik.Das Triphenylamin-Polymer-Konzept verwendet Triphenylamine als Lochleiter. Hierfür wurden die radikalischen Polymerisations-Verhalten der Monomere p-Diphenylaminostyrol (DPAS) und erstmals p-Ditoluylaminostyrol (DTAS) untersucht. Die Monomere wurden durch spontane, freie und kontrollierte radikalische Verfahren polymerisiert. Mittels eines TEMPO-Derivates gelang der Aufbau von Block-Copolymeren. Poly-DPAS konnte, im Gegensatz zu Poly-DTAS, polymeranlog tricyanovinyliert werden. Dadurch lassen sich PDPAS-block-PTPAS-Copolymere selektiv im PDPAS-Block tricyanovinylieren. Diese Materialien weisen eine Tendenzen zur Mikro-Phasen-Separation auf.Die Strukturierung von PDPAS konnte durch Photo-Polymerisation mit einer Auflösung von wenigen mm demonstriert werden. Carbazol und Triphenylamin-haltige Materialien wurden mittels Cyclo-Voltametrie untersucht.

Protonenleitung in imidazolhaltigen Materialien als Modellsysteme für wasserfreie Brennstoffzellenmembranen

Es wird ein neues Konzept für ein protonenleitendes Polymer vorgestellt, das ohne eine zweite, flüssige Phase auskommt. Es beruht darauf, basische Gruppen (Imidazol) über flexible Spacer kovalent an ein Polymerrückgrat zu binden und durch Dotierung mit einer geringen Menge Säure Ladungsträger (Protonen) in dieses System einzubringen.Um die für die Leitfähigkeit und ihren Mechanismus verantwortlichen Größen zu identifizieren, wurde ein Satz von niedermolekularen Modellverbindungen definierter Struktur und hoher Reinheit synthetisiert und im reinen Zustand sowie nach Dotierung mit geringen Mengen Säure umfassend charakterisiert. Untersucht wurden die thermischen Eigenschaften, die Leitfähigkeit, die Diffusion der jeweiligen Modellverbindung sowie ggf. der zugesetzten Säure, das Protonierungsgleichgewicht und die dielektrischen Eigenschaften. Insbesondere wurden durch den Vergleich von Leitfähigkeits- und Diffusionsdaten unter Anwendung der Nernst-Einstein-Beziehung Rückschlüsse auf den Leitmechanismus gezogen.Es wurden Leitfähigkeiten von bis zu 6.5E-3 S/cm bei 120°C erreicht. Der Anteil der Strukturdiffusion (vergleichbar mit dem Grotthus-Mechanismus in Wasser) an der protonischen Leitfähigkeit betrug bis zu über 90%. Als entscheidende Faktoren für die Leitfähigkeit wurden die Glastemperatur und, mit geringerer Priorität, der Imidazolgehalt des Materials identifiziert. Die Temperaturabhängigkeit aller untersuchten Transportgrößen ließ sich durch die Vogel-Tamman-Fulcher-Gleichung exzellent beschreiben.Die vorgestellten Daten bilden die Grundlage für den Entwurf eines entsprechenden Polymers.

Relaxationsuntersuchungen in unterkühlten und glasig erstarrten Polyalkoholen mittels dielektrischer und NMR Spektroskopie

Es wurde eine homologe Reihe von Polyalkoholen mit der allgemeinen Summenformel CNHN+2(OH)N (N=3-6) hinsichtlich ihrer Glaseigenschaften ober- und unterhalb der Glasübergangstemperatur TG untersucht. Dabei kamen die dielektrische und magnetische Resonanzspektroskopie (NMR) zum Einsatz. Es ergab sich oberhalb TG eine systematische Zunahme aller untersuchten dynamischen Parameter wie Fragilität, Breite der angenommenen Korrelationszeitenverteilungen und der Sprungwinkel der primären Glasrelaxation mit zunehmendem N. Dies kann insgesamt als eine Abnahme des Netzwerkcharakters, der durch Wasserstoffbrückenbindungen bedingt ist, bei zunehmender Kettenlänge interpretiert werden. Unterhalb TG entwickelt sich mit zunehmendem N die Sekundärrelaxation von einem 'Wing Szenario' zu einem ausgeprägten Johari - Goldstein (JG) - Prozess. Ein Sprungmodell, welches eine eingeschränkte Reorientierung auf einem Konusrand beschreibt, erzeugt mit Hilfe der parametrisierten dielektrischen Verlustspektren Sprungwinkel, die mit denen aus aktuellen ²H - NMR spektroskopischen Untersuchungen vergleichbar sind. Durch den Vergleich unterschiedlich deuterierter Derivate von Glyzerin (N=3) und Sorbitol (N=6) wurde gefolgert, dass auch unterhalb TG der Netzwerkcharakter mit zunehmender Kettenlänge abnimmt.Aufgrund der hier durchgeführten Untersuchungen konnte eine Zeitskala für einen Johari - Goldstein - Prozess im Modellglasbildner Glyzerin extrapoliert werden. Eine Deutung des Wings als Hochfrequenzausläufer des JG - Prozesses ist dadurch möglich.Der JG - Prozess kann somit als universeller Glasprozess interpretiert werden, der in verschiedenen Glasbildnern in unterschiedlicher Ausprägung auftritt.