Synthesis, structural characterization, luminescent properties and theoretical study of three novel lanthanide metal-organic frameworks of Ho(III), Gd(III) and Eu(III) with 2,5-thiophenedicarboxylate anion

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Structural and Luminescence Properties of Silica-Based Hybrids Containing New Silylated-Diketonato Europium(III) Complex

A new betadiketonate ligand displaying a trimethoxysilyl group as grafting function and a diketone moiety as complexing site (TTA-Si = 4,4,4-trifluoro-2-(3-trimethoxysilyl)propyl)-1-3-butanedione (C4H3S)COCH[(CH2)(3)Si(OCH3)(3)]COCF3) and its highly luminescent europium(III) complex [Eu(TTA-Si)(3)] have been synthesized and fully characterized. Luminescent silica-based hybrids have been prepared as well with this new complex grafted on the surface of dense silica nanoparticles (28 +/- 3 nm) or on mesoporous silica particles. The covalent bonding of Eu(TTA-Si)(3) inside the core of uniform silica nanoparticles (40 +/- 5 nm) was also achieved. Luminescence properties are discussed in relation to the europium chemical environment involved in each of the three hybrids. The general methodology proposed allowed high grafting ratios and overcame chelate release and tendency to agglomeration, and it could be applied to any silica matrix (in the core or at the surface, nanosized or not, dense or mesoporous) and therefore numerous applications such as luminescent markers and luminophors could be foreseen.

Measurement and model calculation of the temperature dependence of ligand-to-metal energy transfer rates in lanthanide complexes

Temperature dependent transient curves of excited levels of a model Eu3+ complex have been measured for the first time. A coincidence between the temperature dependent rise time of the 5D0 emitting level and decay time of the 5D1 excited level in the [Eu(tta)3(H2O)2] complex has been found, which unambiguously proves the T1→5D1→5D0 sensitization pathway. A theoretical approach for the temperature dependent energy transfer rates has been successfully applied to the rationalization of the experimental data.

Molecular plating of thin lanthanide layers with improved material properties for nuclear applications

In der vorliegenden Arbeit werden Experimente beschrieben, die zu einem vertieften Verständnis fundamentaler Prozesse bei der elektrochemischen Herstellung von Dünnschichten, sog. Targets, für kernphysikalische und -chemische Studien führten. Targets wurden mittels 'Molecular Plating' (MP) hergestellt, indem eine Elektrodeposition aus organischem Medium in der Regel bei konstantem Strom in Zwei-Elektroden-Zellen. Die Resultate erlaubten, optimierte Herstellungs-bedingungen zu ermitteln, welche die Produktion deutlich verbesserter Targets erlaubten. MP bei konstantem Strom ist ein massentransportkontrollierter Prozess. Der angelegte Strom wird durch einen konstanten Fluss elektroaktiver Spezies zur Kathode – auf der die Schicht wächst – und Anode aufrechterhalten. Die Untersuchungen zeigten, dass das Zellenpotential des Elektrodepositionsystems immer durch den Ohm'schen Spannungsabfall auf Grund des Widerstandes der verwendeten Lösung dominiert wurde. Dies erlaubte die Herleitung einer Beziehung zwischen dem Zellenpotential und der Konzentration der elektroaktiven Spezies. Die Beziehung erlaubt die Erklärung des gemessenen zeitlichen Verlaufs des Zellenpotentials während der Abscheidung als Funktion der Elektrolytkonzentration. Dies dient als Basis, auf der nun ein umfassenderes Bild der Prozesse, die für die charakteristischen Minima im Potentialverlauf einer Abscheidung verantwortlich sind, gewonnen werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass die Minima mit der fast vollständigen Entfernung (durch Abscheidung) der aus einem gelösten Salz erzeugten Nd-Ionen korrespondieren. Die abgeschiedene Spezies wurde als Nd3+ identifiziert, vermutlich als Carboxylat, Oxid oder Hydroxid, was auf Grund der hohen negative Werte des Standardredoxpotentials der Lanthanide verständlich erscheint. Von den vorliegenden elektroaktiven Spezies tragen die Nd3+ Ionen nur zu knapp 20% zum Gesamtstrom bei. Durch Elektrolyse tragen auch die Lösungsmittelkomponenten zu diese Strom bei. Die Gegenwart von elektrolysiertem Lösungsmittel wurde in Analysen der Dünnschichten bestätigt. Diese waren immer mit chemi- und physisorbierten Lösungsmittelmolekülen bedeckt. Die Analyse der Dünnschichten zeigte, dass die Oberflächen von einem furchenartiges Netz durchzogen waren, und dass diese während des Trocknen der Schichten nach dem MP entstanden. Ob die Schichten an Luft oder in inerter Atmosphäre trockneten, hatte keinen Einfluss. Es wurden Experimente mit mehreren Lösungsmitteln durchgeführt, die sich deutlich in ihren physikalischen Eigenschaften, v.a. dem Siedepunkt, unterschieden. Furchenfreie Dünnschichten konnten insbesondere bei MP in N,N-dimethylformamide (DMF) erzeugt werden. Die Verwendung von DMF in Kombination mit einer Abscheidung auf sehr glatten Substraten erlaubte die Produktion von sehr homogenen, glatten und defektfreien Schichten. Diese waren vermutlich geringeren inneren Spannungen während des Trocknens ausgesetzt, als Schichten auf raueren Substraten oder solche, die aus flüchtigeren Lösungsmitteln hergestellt wurden. Die Oberflächenrauigkeit des Substrats und das gewählte Lösungsmittel wurden so als Schlüsselfaktoren für die Produktion hochqualitativer Schichten identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass mit MP eine sehr effiziente Methode zur Herstellung homogener Schichten mit exzellenter Ausbeute ist. In weiteren Experimenten mit dem primordialen Alpha-Emitter 147Sm als Modellisotop wurde die Eignung solcher Schichten als Alpha-Quelle untersucht. Sowohl die Energieauflösung als auch der Anteil der Alpha-Teilchen, die den Detektor erreichten, waren von den Quelleneigenschaften abhängig. Die Effekte wurden verschiedenen Variablen der Dünnschicht zugeordnet, welche die Alpha-Spektren beeinflussten. Dominant war die Wahl des Lösungsmittels und die Rauigkeit des Substrats. Dies beeinflusste Schichtdicke und -morphologie sowie die Art des Schichtwachstums und veränderte die Detektionseffizienz in Alpha-Messungen bis zu 15%. Nur homogene, ebene Schichten, die aus DMF auf glatten Substraten abgeschieden wurden, eignen sich optimal als Alpha-Quelle. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben die optimierte Herstellung nuklearer Targets durch MP. Künftige Anwendungen beinhalten insbesondere die Herstellung von Targets für neutroneninduzierte Spaltexperimente und untergrundarmeAlpha-Messungen sehr kleiner Aktivitäten.

Raman spectroscopy of some complex arsenate minerals—implications for soil remediation

The application of spectroscopy to the study of contaminants in soils is important. Among the many contaminants is arsenic, which is highly labile and may leach to non-contaminated areas. Minerals of arsenate may form depending upon the availability of specific cations for example calcium and iron. Such minerals include carminite, pharmacosiderite and talmessite. Each of these arsenate minerals can be identified by its characteristic Raman spectrum enabling identification.

Abstracting and correlating heterogeneous events to detect complex scenarios

The research presented in this thesis addresses inherent problems in signaturebased intrusion detection systems (IDSs) operating in heterogeneous environments. The research proposes a solution to address the difficulties associated with multistep attack scenario specification and detection for such environments. The research has focused on two distinct problems: the representation of events derived from heterogeneous sources and multi-step attack specification and detection. The first part of the research investigates the application of an event abstraction model to event logs collected from a heterogeneous environment. The event abstraction model comprises a hierarchy of events derived from different log sources such as system audit data, application logs, captured network traffic, and intrusion detection system alerts. Unlike existing event abstraction models where low-level information may be discarded during the abstraction process, the event abstraction model presented in this work preserves all low-level information as well as providing high-level information in the form of abstract events. The event abstraction model presented in this work was designed independently of any particular IDS and thus may be used by any IDS, intrusion forensic tools, or monitoring tools. The second part of the research investigates the use of unification for multi-step attack scenario specification and detection. Multi-step attack scenarios are hard to specify and detect as they often involve the correlation of events from multiple sources which may be affected by time uncertainty. The unification algorithm provides a simple and straightforward scenario matching mechanism by using variable instantiation where variables represent events as defined in the event abstraction model. The third part of the research looks into the solution to address time uncertainty. Clock synchronisation is crucial for detecting multi-step attack scenarios which involve logs from multiple hosts. Issues involving time uncertainty have been largely neglected by intrusion detection research. The system presented in this research introduces two techniques for addressing time uncertainty issues: clock skew compensation and clock drift modelling using linear regression. An off-line IDS prototype for detecting multi-step attacks has been implemented. The prototype comprises two modules: implementation of the abstract event system architecture (AESA) and of the scenario detection module. The scenario detection module implements our signature language developed based on the Python programming language syntax and the unification-based scenario detection engine. The prototype has been evaluated using a publicly available dataset of real attack traffic and event logs and a synthetic dataset. The distinct features of the public dataset are the fact that it contains multi-step attacks which involve multiple hosts with clock skew and clock drift. These features allow us to demonstrate the application and the advantages of the contributions of this research. All instances of multi-step attacks in the dataset have been correctly identified even though there exists a significant clock skew and drift in the dataset. Future work identified by this research would be to develop a refined unification algorithm suitable for processing streams of events to enable an on-line detection. In terms of time uncertainty, identified future work would be to develop mechanisms which allows automatic clock skew and clock drift identification and correction. The immediate application of the research presented in this thesis is the framework of an off-line IDS which processes events from heterogeneous sources using abstraction and which can detect multi-step attack scenarios which may involve time uncertainty.