Obtaining NiAl intermetallic compound using different milling devices

NiAl intermetallic compound was synthesized by mechanical alloying technique in planetary and attritor mills. The starting powders consisted of elemental mixtures of Ni and Al at Ni50Al50(at%) composition. In the planetary mill, compound formation occurred gradually during mechanical alloying, while the occurrence of a mechanically induced self-propagating reaction (MSR) can be suggested in the attritor mill. The NiAl obtained in both mill types was partially disordered with long-range order parameter not inferior to 0.66. Quantitative phase analysis using the Rietveld method was performed in as-milled samples, and this method was also employed to estimate changes in crystallite size and lattice strain of the NiAl produced during mechanical alloying. (C) 2011 The Society of Powder Technology Japan. Published by Elsevier B.V. and The Society of Powder Technology Japan. All rights reserved.

Structure and Ionic Conductivity in the Mixed-Network Former Chalcogenide Glass System [Na2S](2/3)[(B2S3)(x)(P2S5)(1-x)](1/3)

Glasses in the system [Na2S](2/3)[(B2S3)(x)(P2S5)(1-x)](1/3) (0.0 <= x <= 1.0) were prepared by the melt quenching technique, and their properties were characterized by thermal analysis and impedance spectroscopy. Their atomic-level structures were comprehensively characterized by Raman spectroscopy and B-11, P-31, and Na-23 high resolution solid state magic-angle spinning (MAS) NMR techniques. P-31 MAS NMR peak assignments were made by the presence or absence of homonuclear indirect P-31-P-31 spin-spin interactions as detected using homonuclear J-resolved and refocused INADEQUATE techniques. The extent of B-S-P connectivity in the glassy network was quantified by P-31{B-11} and B-11{P-31} rotational echo double resonance spectroscopy. The results clearly illustrate that the network modifier alkali sulfide, Na2S, is not proportionally shared between the two network former components, B and P. Rather, the thiophosphate (P) component tends to attract a larger concentration of network modifier species than predicted by the bulk composition, and this results in the conversion of P2S74-, pyrothiophosphate, Na/P = 2:1, units into PS43-, orthothiophosphate, Na/P = 3:1, groups. Charge balance is maintained by increasing the net degree of polymerization of the thioborate (B) units through the formation of covalent bridging sulfur (BS) units, B S B. Detailed inspection of the B-11 MAS NMR spectra reveals that multiple thioborate units are formed, ranging from neutral BS3/2 groups all the way to the fully depolymerized orthothioborate (BS33-) species. On the basis of these results, a comprehensive and quantitative structural model is developed for these glasses, on the basis of which the compositional trends in the glass transition temperatures (T-g) and ionic conductivities can be rationalized. Up to x = 0.4, the dominant process can be described in a simplified way by the net reaction equation P-1 + B-1 reversible arrow P-0 + B-4, where the superscripts denote the number of BS atoms for the respective network former species. Above x = 0.4, all of the thiophosphate units are of the P-0 type and both pyro-(B-1) and orthothioborate (B-0) species make increasing contributions to the network structure with increasing x. In sharp contrast to the situation in sodium borophosphate glasses, four-coordinated thioborate species are generally less abundant and heteroatomic B-S-P linkages appear to not exist. On the basis of this structural information, compositional trends in the ionic conductivities are discussed in relation to the nature of the charge-compensating anionic species and the spatial distribution of the charge carriers.

Strukturen und Phasen des beta-Eukryptits sowie die Sammlung von Beugungsdaten mit axialen q-Scans

Der 'gestopfte Hochquarz' ß-Eukryptit (LiAlSiO4) ist bekannt für seine außergewöhnliche anisotrope Li-Ionenleitfähigkeit und die nahe Null liegende thermische Ausdehnung.Untersucht wurde die temperaturabhängige ß-Eukryptit-Phasenabfolge, insbesondere die modulierte Phase. Deren Satellitenreflexe sind gegenüber den normalen Reflexen erheblich verbreitert, überlappen miteinander sowie mit den dazwischen liegenden 'a-Reflexen' zu Tripletts. Für die Separation der Triplett-Intensitäten waren bisherige Standardverfahren zur Beugungsdatensammlung ungeeignet. Mit 'axialen q-Scans' wurde ein neuartiges Verfahren entwickelt. Intensitäten wurden mit dem neu-entwickelten least squares-Programm GKLS aus 2000 Profilen seriell und automatisch gewonnen und erfolgreich auf Standarddaten skaliert. Die Verwendung verbreiterter Reflexprofile erwies sich als zulässig.Die Verbreiterung wurde auf eine verminderte Fernordnung der Modulation von 11 bis 16 Perioden zurückgeführt (Analyse mit der Gitterfunktion), womit ein ungewöhnliches beugungswinkelabhängiges Verhalten der Reflexbreiten korrespondiert und mit typischen Antiphasendomänendurchmessern (andere Autoren) korreliert.Eine verminderte Si-/ Al-Ordnung wird als ursächlich für geringe Domänengrößen und Fernordnung angesehen, sowie für Eigenschaften wie z.B. a/c-Verhältnisse, Ausdehnungskoeffizienten, Ionenleitfähigkeit, Strukturtyp und Umwandlungstemperaturen. Änderungen des SiO2-Gehaltes, der Temperatur oder der Si- /Al-Ordnung zeitigen für einige Eigenschaften ähnliche Wirkungen.Die gemittelte Struktur der modulierten Phase wurde erstmals zuverlässig bestimmt, die Rolle des Li charakterisiert, Zweifel an der hexagonalen Symmetrie des ß-Eukryptits wurden ausgeräumt und die Bestimmung der modulierten Struktur wurde weitgehend vorbereitet.

Monte-Carlo-Simulationen zum Phasenverhalten binärer Polymerbürsten

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Strukturbildung im schlechten Lösungsmittel bei ein- und zweikomponentigen Polymerbürsten, bei denen Polymerketten durch Pfropfung am Substrat verankert sind. Solche Systeme zeigen laterale Strukturbildungen, aus denen sich interessante Anwendungen ergeben. Die Bewegung der Polymere erfolgt durch Monte Carlo-Simulationen im Kontinuum, die auf CBMC-Algorithmen sowie lokalen Monomerverschiebungen basieren. Eine neu entwickelte Variante des CBMC-Algorithmus erlaubt die Bewegung innerer Kettenteile, da der bisherige Algorithmus die Monomere in Nähe des Pfropfmonomers nicht gut relaxiert. Zur Untersuchung des Phasenverhaltens werden mehrere Analysemethoden entwickelt und angepasst: Dazu gehören die Minkowski-Maße zur Strukturuntersuchung binären Bürsten und die Pfropfkorrelationen zur Untersuchung des Einflusses von Pfropfmustern. Bei einkomponentigen Bürsten tritt die Strukturbildung nur beim schwach gepfropften System auf, dichte Pfropfungen führen zu geschlossenen Bürsten ohne laterale Struktur. Für den graduellen Übergang zwischen geschlossener und aufgerissener Bürste wird ein Temperaturbereich bestimmt, in dem der Übergang stattfindet. Der Einfluss des Pfropfmusters (Störung der Ausbildung einer langreichweitigen Ordnung) auf die Bürstenkonfiguration wird mit den Pfropfkorrelationen ausgewertet. Bei unregelmäßiger Pfropfung sind die gebildeten Strukturen größer als bei regelmäßiger Pfropfung und auch stabiler gegen höhere Temperaturen. Bei binären Systemen bilden sich Strukturen auch bei dichter Pfropfung aus. Zu den Parametern Temperatur, Pfropfdichte und Pfropfmuster kommt die Zusammensetzung der beiden Komponenten hinzu. So sind weitere Strukturen möglich, bei gleicher Häufigkeit der beiden Komponenten bilden sich streifenförmige, lamellare Muster, bei ungleicher Häufigkeit formt die Minoritätskomponente Cluster, die in der Majoritätskomponente eingebettet sind. Selbst bei gleichmäßig gepfropften Systemen bildet sich keine langreichweitige Ordnung aus. Auch bei binären Bürsten hat das Pfropfmuster großen Einfluss auf die Strukturbildung. Unregelmäßige Pfropfmuster führen schon bei höheren Temperaturen zur Trennung der Komponenten, die gebildeten Strukturen sind aber ungleichmäßiger und etwas größer als bei gleichmäßig gepfropften Systemen. Im Gegensatz zur self consistent field-Theorie berücksichtigen die Simulationen Fluktuationen in der Pfropfung und zeigen daher bessere Übereinstimmungen mit dem Experiment.

Spin polarised Heusler compounds

In der vorliegenden Dissertation dient ein einfaches Konzept zur Systematisierung der Suche nach neuen Materialien mit hoher Spinpolarisation. Dieses Konzept basiert auf zwei semi-empirischen Modellen. Zum einen kann die Slater-Pauling Regel zur Abschätzung magnetischer Momente verwendet werden. Dieses Modell wird dabei durch Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Das zweites Modell kann insbesondere für die Co2YZ Heusler Verbindungen beim Vergleich ihrer magnetischen Eigenschaften gefunden werden. Für diese Verbindungen ergibt sich eine scheinbare lineare Abhängigkeit der Curie-Temperatur beim Auftragen als Funktion des magnetischen Momentes. Angeregt durch diese Modelle wurde die Heusler Verbindung Co2FeSi nochmals detailliert im Hinblick auf ihre geometrische und magnetische Struktur hin untersucht. Als Methoden dienten dabei die Pulver-Röntgenbeugung, die EXAFS Spektroskopie, Röntgen Absorptions- and Mößbauer Spektroskopie sowie Hoch- und Tieftemperatur Magnetometrie, XMCD and DSC. Die Messungen zeigten, dass es sich bei Co2FeSi um das Material mit dem höchsten magnetischen Moment (6 B) und der höchsten Curie Temperatur (1100 K) sowohl in der Klasse der Heusler Verbindungen als auch in der Klasse der halbmetallischen Ferromagnete handelt. Zusätzlich werden alle experimentellen Ergebnisse durch detaillierte Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Die gleichen Konzepte wurden verwendet, um die Eigenschaften der Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl vorherzusagen. Die elektronische Struktur und die spektroskopischen Eigenschaften wurden mit der voll-relativistischen Korringa-Kohn-Rostocker Methode berechnet, unter Verwendung kohärenter Potentialnäherungen um der zufälligen Verteilung von Cr und Fe Atomen sowie zufälliger Unordnung Rechnung zu tragen. Magnetische Effekte wurden durch die Verwendung Spin-abhängiger Potentiale im Rahmen der lokalen Spin-Dichte-Näherung mit eingeschlossen. Die strukturellen und chemischen Eigenschaften der quaternären Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl wurden an Pulver und Bulkproben gemessen. Die Fernordnung wurde mit der Pulver Röntgenbeugung und Neutronenbeugung untersucht, während die Nahordnung mit der EXAFS Spektroskopie aufgeklärt wurde. Die magnetische Struktur von Pulver und Bulkproben wurde mitttels 57Fe-Mößbauer Spektroskopie gemessen. Die chemische Zusammensetzung wurde durch XPS analysiert. Die Ergebnisse dieser Methoden wurden verglichen, um eine Einsicht in die Unterschiede zwischen Oberflächen und Volumeneigenschaften zu erlangen sowie in das Auftreten von Fehlordnung in solchen Verbindungen. Zusätzlich wurde XMCD an den L3,2 Kanten von Co, Fe, and Cr gemessen, um die elementspezifischen magnetischen Momente zu bestimmen. Rechnungen und Messungen zeigen dabei eine Zunahme des magnetischen Momentes bei steigendem Fe-Anteil. Resonante Photoemission mit weicher Röntgenstrahlung sowie Hochenergie Photoemission mit harter Röntgenstrahlung wurden verwendet, um die Zustandsdichte der besetzten Zustände in Co2Cr0.6Fe0.4Al zu untersuchen. Diese Arbeit stellt außerdem eine weitere, neue Verbindung aus der Klasse der Heusler Verbindungen vor. Co2CrIn ist L21 geordnet, wie Messungen mittels Pulver Röntgenbeugung zeigen. Die magnetischen Eigenschaften wurden mit magnetometrisch bestimmt. Co2CrIn ist weichmagnetisch mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1.2B bei 5 K. Im Gegensatz zu den bereits oben erwähnten Co2YZ Heusler Verbindungen ist Co2CrIn kein halbmetallischer Ferromagnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird weiterhin eine Regel zur Vorhersage von halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagneten in der Klasse der Heusler Verbindungen vorgestellt. Dieses Konzept resultiert aus der Kombination der Slater-Pauling Regel mit der Kübler-Regel. Die Kübler Regel besagt, dass Mn auf der Y Position zu einem hoch lokalisierten magnetischen Moment tendiert. Unter Verwendung dieses neuen Konzeptes werden für einige Kandidaten in der Klasse der Heusler Verbindungen die Eigenschaft des halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagnetismus vorhergesagt. Die Anwendung dieses Konzeptes wird anhand von Rechnungen zur elektronischen Struktur bestätigt.

Computer simulations of two-dimensional colloidal crystals in confinement

Monte Carlo simulations are used to study the effect of confinement on a crystal of point particles interacting with an inverse power law potential in d=2 dimensions. This system can describe colloidal particles at the air-water interface, a model system for experimental study of two-dimensional melting. It is shown that the state of the system (a strip of width D) depends very sensitively on the precise boundary conditions at the two ``walls'' providing the confinement. If one uses a corrugated boundary commensurate with the order of the bulk triangular crystalline structure, both orientational order and positional order is enhanced, and such surface-induced order persists near the boundaries also at temperatures where the system in the bulk is in its fluid state. However, using smooth repulsive boundaries as walls providing the confinement, only the orientational order is enhanced, but positional (quasi-) long range order is destroyed: The mean-square displacement of two particles n lattice parameters apart in the y-direction along the walls then crosses over from the logarithmic increase (characteristic for $d=2$) to a linear increase (characteristic for d=1). The strip then exhibits a vanishing shear modulus. These results are interpreted in terms of a phenomenological harmonic theory. Also the effect of incommensurability of the strip width D with the triangular lattice structure is discussed, and a comparison with surface effects on phase transitions in simple Ising- and XY-models is made

Helix-coil-transition in solid polypeptides

Abstract Poly(L-glutamic acid) (PLGA) was synthesized by living anionic ring-opening polymerization of the NCA monomer, which was obtained by reacting diphosgene with an amino acid derivative. The chemical structures and thermal properties were characterized by 1H-NMR, 13C-NMR, TGA and DSC. XRD powder patterns found to be amorphous for all polymers obtained. The molecular weights could be determined under severe limitations due to low solubility and high aggregation tendency. The secondary structure of the PLGA films was analyzed in the solid state by IR spectroscopy; the order was determined mainly by XRD. Uniform bulk films (1-5 µm) were produced by drop-casting of PLGA solutions in TFA on silica. The XRD film analysis indicated the absence of a long range order or an orientation even if a helical microstructure was confirmed by IR spectroscopy. The coil solvent TFA delivered constantly a helical or a β-sheet structure in the solid state depending on the water content of the solvent which was observed for the first time to exhibit a high influence on the crystallization process for PLGA. Temperature dependent in-situ IR measurements were examined to analyze if a helix-coil transition occurs, but there could be no solvent system determined, which resulted in a disordered coil structure in the solid state. General parameters like solvent systems, evaporation conditions, concentration, substrates etc. were analyzed. New crystallizations were obtained on silica prepared by drop-casting of solutions of PLGA in DMF, DMA, TMU, NMP, and pyridine/water mixtures, respectively. PSCBC in DMF, CDCl3/TFA-d, and PSBC in CDCl3/TFA-d exhibited the same crystalline diffraction patterns like PLGA. The long range order in the X-ray diffraction pattern is proven by extremely sharp crystalline signals, which are not changing the shape or the position of the peak by increasing the temperature up to 160°C. The substrate seems to play a decisive role because the crystalline structures were not obtainable on glass. The crystal structure consists probably of two different layered structures based on the intensity ratios of the two series of crystalline signals in the X-ray diffraction patterns. The source of the layered structure remains unclear and needs further studies to investigate the spatial arrangement of the chains in more detail. The secondary structure was still not changing upon heating even if a highly crystalline diffraction pattern occurs. Concluding that even the newly investigated crystallization did not show a helix-coil transition in the solid state by annealing, the phenomenon known in solution has to be claimed as unachievable in the solid state based on the results of this work. A remaining open question represents the observation that the same crystalline pattern can be reproducibly prepared with exhibiting two different ordered secondary structures (helix and β-sheet). After the investigation that the evaporation time cannot be decisive for the crystal growth, the choice of a strong hydrogen bonding interrupting solvent is most probably the key to support and induce the crystallization process.

Statistische Betrachtungen und mößbauerspektroskopische Untersuchungen von Ordnungszuständen in Biotiten

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit standen Untersuchungen zu strukturellen Ordnungs- und Unordnungsphänomenen an natürlichen, substitutionellen Mischkristallen. Aufgrund der enormen Vielfalt an potentiellen Austauschpartnern wurden hierfür Vertreter der Biotit-Mischkristallreihe "Phlogopit-Annit" ausgewählt. Ihr modulartiger Aufbau ermöglichte die gezielte Beschreibung von Verteilungsmustern anionischer und kationischer Merkmalsträger innerhalb der Oktaederschicht der Biotit-Mischkristalle. Basierend auf der postulierten Bindungsaffinität zwischen Mg2+ und F- einerseits und Fe2+ und OH- andererseits, wurde die strukturelle Separation einer Fluor-Phlogopit-Komponente als primäre Ausprägungsform des Mg/F-Ordnungsprinzips abgeleitet. Im Rahmen dieser Modellvorstellung koexistieren im makroskopisch homogenen Biotit-Mischkristall Domänen zweier chemisch divergenter Phasen nebeneinander: Eine rein Mg2+/F- - führende Phlogopit-Phase und eine Wirtskristallphase, die mit fortschreitender Separation bzw. Entmischung der erstgenannten Phase sukzessive reicher an einer hydroxylführenden eisenreichen Annit-Komponente wird. Zwecks numerischer Beschreibung diverser Stadien der Entmischungsreaktion wurden die Begriffe der "Relativen" und "Absoluten Domänengröße" eingeführt. Sie stellen ein quantitatives Maß zur Beurteilung der diskutierten Ordnungsphänomene dar. Basierend auf einem sich stetig ändernden Chemismus der Wirtskristallphase kann jeder Übergangszustand zwischen statistischer Verteilung und vollständiger Ordnung durch das korrespondierende Verteilungsmuster der interessierenden Merkmalsträger ( = Nahordnungskonfiguration und Besetzungswahrscheinlichkeit) charakterisiert und beschrieben werden. Durch mößbauerspektroskopische Untersuchungen konnten die anhand der entwickelten Modelle vorhergesagten Ausprägungsformen von Ordnungs-/Unordnungsphänomenen qualitativ und quantitativ verifiziert werden. Es liessen sich hierbei zwei Gruppen von Biotit-Mischkristallen unterscheiden. Eine erste Gruppe, deren Mößbauer-Spektren durch den OH/F-Chemismus als dominierendes Differenzierungsmerkmal geprägt wird, und eine zweite Gruppe, deren Mößbauer-Spektren durch Gruppierungen von höherwertigen Kationen und Vakanzen ( = Defektchemie) geprägt wird. Auf der Basis von Korrelationsdiagrammen, die einen numerischen und graphischen Bezug zwischen absoluter und relativer Domänengröße einerseits und experimentell zugänglichem Mößbauer-Parameter A (= relativer Flächenanteil, korrespondierend mit der Besetzungswahrscheinlichkeit einer bestimmten Nahordnungs-konstellation) andererseits herstellen, konnten für die erste Gruppe die Volumina der beiden miteinander koexistierenden Komponenten "Hydroxyl-Annit reicher Wirtskristall" und "Fluor-Phlogopit" exakt quantifiziert werden. Das Spektrum der untersuchten Proben umfasste hierbei Kristallspezies, die einerseits durch geringe bis mittlere Mg2+/F- - bzw. Fe2+/OH- -Ordnungsgrade gekennzeichnet sind, andererseits eine nahezu vollständige Ordnung der interessierenden Merkmalsträger Mg2+, Fe2+, OH- und F- widerspiegeln. Desweiteren konnte der Nachweis geführt werden, dass für ausgewählte Proben eine quantitative Bestimmung der Defektvolumina möglich ist.

Polymer-liquid crystal interface: a molecular dynamics study

Liquid crystals (LCs) are an interesting class of soft condensed matter systems characterized by an unusual combination of fluidity and long-range order, mainly known for their applications in displays (LCDs). However, the interest in LC continues to grow pushed by their application in new technologies in medicine, optical imaging, micro and nano technologies etc. In LCDs uniaxial alignment of LCs is mainly achieved by a rubbing process. During this treatment, the surfaces of polymer coated display substrates are rubbed in one direction by a rotating cylinder covered with a rubbing cloth. Basically, LC alignment involves two possible aligning directions: uniaxial planar (homogeneous) and vertical (homeotropic) to the display substrate. An interesting unresolved question concerning LCs regards the origin of their alignment on rubbed surfaces, and in particular on the polymeric ones used in the display industry. Most studies have shown that LCs on the surface of the rubbed polymer film layer are lying parallel to the rubbing direction. In these systems, micrometric grooves are generated on the film surface along the rubbing direction and also the polymer chains are stretched in this direction. Both the parallel aligned microgrooves and the polymer chains at the film surface may play a role in the LC alignment and it is not easy to quantify the effect of each contribution. The work described in this thesis is an attempt to find new microscopic evidences on the origin of LC alignment on polymeric surfaces through molecular dynamics (MD) simulations, which allow the investigation of the phenomenon with atomic detail. The importance of the arrangement of the polymeric chains in LCs alignment was studied by performing MD simulations of a thin film of a typical nematic LC, 4-cyano-4’-pentylbiphenyl (5CB), in contact with two different polymers: poly(methyl methacrylate)(PMMA) and polystyrene (PS). At least four factors are believed to influence the LC alignment: 1. the interactions of LCs with the backbone vinyl chains; 2. the interactions of LCs with the oriented side groups; 3. the anisotropic interactions of LCs with nanometric grooves; 4. the presence of static surface charges. Here we exclude the effect of microgrooves and of static surface charges from our virtual experiment, by using flat and neutral polymer surfaces, with the aim of isolating the chemical driving factors influencing the alignment of LC phases on polymeric surfaces.

Ex situ X-­Ray absorption study of Li-­rich layered cathode material Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2

The Li-rich layered transition metal oxides (LLOs) Li2MnO3-LiMO2 (M=Mn, Co, Ni, etc.) have drawn considerable attention as cathode materials for rechargeable lithium batteries. They generate large reversible capacities but the fundamental reaction mechanism and structural perturbations during cycling remain controversial. In the present thesis, ex situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) measurements were performed on Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2 at different stage of charge during electrochemical oxidation/reduction. K-edge spectra of Co, Mn and Ni were recorded through a voltage range of 3.7-4.8V vs. Li/Li+, which consist of X-ray absorption near edge structure (XANES) and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS). Oxidation states during initial charge were discussed based on values from literature as well as XANES analysis. Information about bond distance, coordination number as well as corresponding Debye-Waller factor were extracted from Gnxas analysis of raw data in the EXAFS region. The possibility of oxygen participation in the initial charge was discussed. Co and Ni prove to take part in the oxidation/reduction process while Mn remain in the tetravalent state. The cathode material appears to retain good structural short-range order during charge-discharge. A resemblance of the pristine sample and sample 4 was discovered which was firstly reported for similar compounds.

Surface patterning with colloidal monolayers

This thesis focuses on the controlled assembly of monodisperse polymer colloids into ordered two-dimensional arrangements. These assemblies, commonly referred to as colloidal monolayers, are subsequently used as masks for the generation of arrays of complex metal nanostructures on solid substrates.rnThe motivation of the research presented here is twofold. First, monolayer crystallization methods were developed to simplify the assembly of colloids and to produce more complex arrangements of colloids in a precise way. Second, various approaches to colloidal lithography are designed with the aim to include novel features or functions to arrays of metal nanostructures.rnThe air/water interface was exploited for the crystallization of colloidal monolayer architectures as it combines a two-dimensional confinement with a high lateral mobility of the colloids that is beneficial for the creation of high long range order. A direct assembly of colloids is presented that provides a cheap, fast and conceptually simple methodology for the preparation of ordered colloidal monolayers. The produced two-dimensional crystals can be transformed into non-close-packed architectures by a plasma-induced size reduction step, thus providing valuable masks for more sophisticated lithographic processes. Finally, the controlled co-assembly of binary colloidal crystals with defined stoichiometries on a Langmuir trough is introduced and characterized with respect to accessible configurations and size ratios. rnSeveral approaches to lithography are presented that aim at introducing different features to colloidal lithography. First, using metal-complex containing latex particles, the synthesis of which is described as well, symmetric arrays of metal nanoparticles can be created by controlled combustion of the organic material of the colloids. The process does not feature an inherent limit in nanoparticle size and is able to produce complex materials as will be demonstrated for FePt alloy particles. Precise control over both size and spacing of the particle array is presented. rnSecond, two lithographic processes are introduced to create sophisticated nanoparticle dimer units consisting of two crescent shaped nanostructures in close proximity; essentially by using a single colloid as mask to generate two structures simultaneously. Strong coupling processes of the parental plasmon resonances of the two objects are observed that are accompanied by high near-field enhancements. A plasmon hybridization model is elaborated to explain all polarization dependent shifts of the resonance positions. Last, a technique to produce laterally patterned, ultra-flat substrates without surface topographies by embedding gold nanoparticles in a silicon dioxide matrix is applied to construct robust and re-usable sensing architectures and to introduce an approach for the nanoscale patterning of solid supported lipid bilayer membranes. rn

Dynamics of Spatial Game Theory Networks with Novel Modifications

Introduction: Advances in biotechnology have shed light on many biological processes. In biological networks, nodes are used to represent the function of individual entities within a system and have historically been studied in isolation. Network structure adds edges that enable communication between nodes. An emerging fieldis to combine node function and network structure to yield network function. One of the most complex networks known in biology is the neural network within the brain. Modeling neural function will require an understanding of networks, dynamics, andneurophysiology. It is with this work that modeling techniques will be developed to work at this complex intersection. Methods: Spatial game theory was developed by Nowak in the context of modeling evolutionary dynamics, or the way in which species evolve over time. Spatial game theory offers a two dimensional view of analyzingthe state of neighbors and updating based on the surroundings. Our work builds upon this foundation by studying evolutionary game theory networks with respect to neural networks. This novel concept is that neurons may adopt a particular strategy that will allow propagation of information. The strategy may therefore act as the mechanism for gating. Furthermore, the strategy of a neuron, as in a real brain, isimpacted by the strategy of its neighbors. The techniques of spatial game theory already established by Nowak are repeated to explain two basic cases and validate the implementation of code. Two novel modifications are introduced in Chapters 3 and 4 that build on this network and may reflect neural networks. Results: The introduction of two novel modifications, mutation and rewiring, in large parametricstudies resulted in dynamics that had an intermediate amount of nodes firing at any given time. Further, even small mutation rates result in different dynamics more representative of the ideal state hypothesized. Conclusions: In both modificationsto Nowak's model, the results demonstrate the network does not become locked into a particular global state of passing all information or blocking all information. It is hypothesized that normal brain function occurs within this intermediate range and that a number of diseases are the result of moving outside of this range.

On-Surface Synthesis of BN-Substituted Heteroaromatic Networks

We report on the bottom-up fabrication of BN-substituted heteroaromatic networks achieved by surface-assisted polymerization and subsequent cyclodehydrogenation of specifically designed BN-substituted precursor monomers based on a borazine core structural element. To get insight into the cyclodehydrogenation pathway and the influence of molecular flexibility on network quality, two closely related precursor monomers with different degrees of internal cyclodehydrogenation have been employed. Scanning tunneling microscopy shows that, for both monomers, surface-assisted cyclodehydrogenation allows for complete monomer cyclization and the formation of covalently interlinked BN-substituted polyaromatic hydrocarbon networks on the Ag(111) surface. In agreement with experimental observations, density functional theory calculations reveal a significantly lower energy barrier for the cyclodehydrogenation of the conformationally more rigid precursor monomer, which is also reflected in a higher degree of long-range order of the obtained heteroaromatic network. Our proof-of-concept study will allow for the fabrication of atomically precise substitution patterns within BNC heterostructures.

Composition Space Analysis in the Development of Copper Molybdate Hybrids Decorated by a Bifunctional Pyrazolyl/1,2,4-Triazole Ligand

A bitopic ligand, 4-(3,5-dimethylpyrazol-4-yl)-1,2,4-triazole (Hpz-tr) (1), containing two different heterocyclic moieties was employed for the design of copper(II)–molybdate solids under hydrothermal conditions. In the multicomponent CuII/Hpz-tr/MoVI system, a diverse set of coordination hybrids, [Cu(Hpz-tr)2SO4]·3H2O (2), [Cu(Hpz-tr)Mo3O10] (3), [Cu4(OH)4(Hpz-tr)4Mo8O26]·6H2O (4), [Cu(Hpz-tr)2Mo4O13] (5), and [Mo2O6(Hpz-tr)]·H2O (6), was prepared and characterized. A systematic investigation of these systems in the form of a ternary crystallization diagram approach was utilized to show the influence of the molar ratios of starting reagents, the metal (CuII and MoVI) sources, the temperature, etc., on the reaction products outcome. Complexes 2–4 dominate throughout a wide crystallization range of the composition triangle, while the other two compounds 5 and 6 crystallize as minor phases in a narrow concentration range. In the crystal structures of 2–6, the organic ligand behaves as a short [N–N]-triazole linker between metal centers Cu···Cu in 2–4, Cu···Mo in 5, and Mo···Mo in 6, while the pyrazolyl function remains uncoordinated. This is the reason for the exceptional formation of low-dimensional coordination motifs: 1D for 2, 4, and 6 and 2D for 3 and 5. In all cases, the pyrazolyl group is involved in H bonding (H-donor/H-acceptor) and is responsible for π–π stacking, thus connecting the chain and layer structures in more complicated H-bonding architectures. These compounds possess moderate thermal stability up to 250–300 °C. The magnetic measurements were performed for 2–4, revealing in all three cases antiferromagnetic exchange interactions between neighboring CuII centers and long-range order with a net moment below Tc of 13 K for compound 4.

(Table 1) Stratigraphic position, abundance, shape, color, and refractive indices of glass shards of selected samples from DSDP Leg 60 Holes vitric muds

Precisely determined refractive indices of glass shards from 32 ash-rich, volcaniclastic sediments, mostly turbidites interbedded with nonvolcanic sediments in the Mariana Trough, range from 1.480 to 1.585 (corresponding to SiO2 ca. 75 to 49%), with most in the range 1.500 to 1.540 (SiO2 ca. 70-62%) and a second, smaller mode between ca. 1.560 and 1.585 (57 to 49% SiO2). Shards are almost exclusively colorless from 1.480 to ca. 1.530, light brown with minor colorless and green tones between 1.530 and 1.560, and dominantly brown at higher refractive indices. Tubular pumice shards are more common at higher silica percentages and non- to poorly-vesicular cuniform shards at low SiO2 values, but there is no clear correlation between shape and composition of shards. About half of the samples have bimodal shard populations with silica differences ranging up to 20 percent; unimodal layers have a range of up to about 7 percent SiO2. Of 21 samples in which one type of shard dominates, seven have the main mode in the rhyolitic composition (>69% SiO2), eight in the intermediate range (56 to 69% SiO2), and five in mafic composition (SiO2 <53%). These unusually abundant mafic shards occur mainly in site survey piston cores, SP-IA and 4E, and in Holes 454, 456, 458, and 459B. These are the sites closest to the present arc. Hole 453, containing by far the most vitric tuff turbidites, shows a gradual increase in silica content of ash layers upward to the hole from Cores 36 to 19 (about 4.6 to 3.0 Ma). A drastic decrease in ash-rich beds in the younger (Pleistocene) part of this hole was noted by the shipboard party (see site chapter, Site 453) and was interpreted by them as indicating increasing distance from the arc volcanoes as the trough opened. The increase in silica in ashes from the early to the late Pliocene at Site 453 could be interpreted in the same way and might indicate that the trough started to open in early Pliocene time.