Superionic Noble Metal Chalcogenide Thermoelectrics

Measurements and modeling of Cu₂Se, Ag₂Se, and Cu₂S show that superionic conductors have great potential as thermoelectric materials. Cu₂Se and Ag₂Se are predicted to reach a zT of 1.2 at room temperature if their carrier concentrations can be reduced, and Cu-vacancy doped Cu₂S reaches a maximum zT of 1.7 at 1000 K. Te-doped Ag₂Se achieves a zT of 1.2 at 520 K, and could reach a zT of 1.7 if its carrier concentration could be reduced. However, superionic conductors tend to have high carrier concentrations due to the presence of metal defects. The carrier concentration has been found to be difficult to reduce by altering the defect concentration, therefore materials that are underdoped relative to the optimum carrier concentration are easier to optimize. The results of Te-doping of Ag₂Se show that reducing the carrier concentration is possible by reducing the maximum Fermi level in the material.

Two new methods for analyzing thermoelectric transport data were developed. The first involves scaling the temperature-dependent transport data according to the temperature dependences expected of a single parabolic band model and using all of the scaled data to perform a single parabolic band analysis, instead of being restricted to using one data point per sample at a fixed temperature. This allows for a more efficient use of the transport data. The second involves scaling only the Seebeck coefficient and electrical conductivity. This allows for an estimate of the quality factor (and therefore the maximum zT in the material) without using Hall effect data, which are not always available due to time and budget constraints and are difficult to obtain in high-resistivity materials. Methods for solving the coherent potential approximation effective medium equations were developed in conjunction with measurements of the resistivity tensor elements of composite materials. This allows the electrical conductivity and mobility of each phase in the composite to be determined from measurements of the bulk. This points out a new method for measuring the pure-phase electrical properties in impure materials, for measuring the electrical properties of unknown phases in composites, and for quantifying the effects of quantum interactions in composites.

Distribuição de tensões em próteses parciais fixas posteriores livres de metal com retentores intracoronários: análise em elementos finitos

Para reabilitar a ausência de um elemento dentário posterior, as próteses parciais fixas (PPF) com retentores intracoronários são uma alternativa aos implantes osseointegrados. O objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição de tensões nessas próteses com três combinações de materiais: cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada por ítria (ZPEI) revestida por cerâmica de fluorapatita (α), cerâmica de dissilicato de lítio (β) ou compósito fibrorreforçado (γ). Na composição α, foram analisadas a presença ou ausência da cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais e três variações na área total da seção transversal dos conectores (4 mm de largura x 3,2, 4,2 ou 5,2 mm de altura). Em 8 modelos bidimensionais de elementos finitos, uma carga vertical de 500 N foi aplicada na fossa central do pôntico e as tensões principais máximas (tração) e mínimas (compressão) foram apontadas em MPa. Inicialmente foram avaliados os 6 modelos com PPF de ZPEI e suas variações. Os maiores valores das tensões de tração foram encontrados no terço cervical dos conectores. Quando presente nestas regiões, a cerâmica de revestimento recebeu tensões acima do limite de sua resistência à flexão. Na comparação entre os modelos sem cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais, mesmo aquele com conectores de 3,2 x 4 mm, cuja infraestrutura apresentava 2,5 x 3 mm, poderia ser recomendado para uso clínico. Altos valores de tensões de compressão foram registrados entre o terço oclusal e médio dos conectores, correspondente à união entre as cerâmicas, o que poderia ocasionar, devido à flexão, falhas adesivas. Posteriormente, o modelo de ZPEI com a cerâmica de fluorapatita ausente da parede cervical das caixas proximais e área total dos conectores de 4,2 x 4 mm foi comparado aos dois outros materiais com conectores de mesma área. Na PPF de dissilicato de lítio, os valores representaram uma provável violação do limite de sua resistência à flexão. A PPF de compósito fibrorreforçado apresentou tensões bem abaixo do limite de resistência à flexão de sua infraestrutura, mas, como no modelo de ZPEI, tensões compressivas se concentraram com alto valor entre o terço oclusal e médio dos conectores, local de união entre a resina composta e a infraestrutura de fibras. Os resultados mostraram que a cerâmica de dissilicato de lítio e a presença da cerâmica de fluorapatita na parede cervical das caixas proximais deveriam ser contraindicadas para a condição proposta. Parece viável uma área de conectores na infraestrutura de ZPEI com no mínimo 2,5 x 3 mm. A PPF de compósito fibrorreforçado apresenta resistência estrutural para a situação estudada, mas, como também aquelas compostas de ZPEI, aparenta ter como pontos fracos a adesão entre a infraestrutura e o material de cobertura e a própria resistência deste último.

Dilution refrigeration and a calorimetric measurement of the quadruple coupling constant in rhenium metal

A dilution refrigerator has been constructed capable of producing steady state temperatures less than .075°K. The first part of this work is concerned with the design and construction of this machine. Enough theory is presented to allow one to understand the operation and critical design factors of a dilution refrigerator. The performance of our refrigerator is compared with the operating characteristics of three other dilution refrigerators appearing in the present literature.

The dilution refrigerator constructed was used to measure the nuclear contribution to the low temperature specific heat of a pure, single-crystalline sample of rhenium metal. Measurements were made in magnetic fields from 0 to 12.5 kOe for the temperature range .13°K - .52°K. The second part of this work discusses the results of these experiments. The expected nuclear contribution is not found when the sample is in the superconducting state. This is believed to be due to the long spin-lattice relaxation times in superconductors. In the normal state, for the temperature range studied, the nuclear contribution is given by A/T² where A = .061 ± .002 millijoules-K/mole. The value of A is found to increase to A = .077 ± .004 millijoules-K/mole when the sample is located in a magnetic field of 12.5 kOe.

From the measured value of A the splitting of the energy levels of the nuclear spin system due to the interaction of the internal crystalline electric field gradients with the nuclear quadrupole moments is calculated. A comparison is made between the predicted and measured magnetic dependence of the specific heat. Finally, predictions are made of future nuclear magnetic resonance experiments which may be performed to check the results obtained by calorimetery here and further, to investigate existing theories concerning the sources of electric field gradients in metals.