Ultra-low friction coefficient in alumina-silicon nitride pair lubricated with water

In a ball-on-disc wear test, an alumina ceramic body sliding against a silicon nitride ceramic body in water achieved an ultra-low friction coefficient (ULFC) of 0.004. The profilometer and EDX measurements indicated that the ULFC regime in this unmated Al2O3-Si3N4 pair was achieved because of the formation of a flat and smooth interface of nanometric roughness, which favored the hydrodynamic lubrication. The triboreactions formed silicon and aluminum hydroxides which contributed to decrease roughness and shear stress at the contact interface. This behavior enables the development of low energy loss water-based tribological systems using oxide ceramics. 13 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Application of the Z-scan technique to determine the optical Kerr coefficient and two-photon absorption coefficient of magnetite nanoparticles colloidal suspension

We investigate the occurrence of the optical Kerr effect and two-photon absorption when an oil-based magnetic Fe3O4 nanoparticles colloidal suspension is illuminated with high intensity femtosecond laser pulses. The frequency of the pulses is controlled and the Z-scan technique is employed in our measurements of the nonlinear optical Kerr coefficient (n(2)) and two-photon absorption coefficient (beta). From these values it was possible to calculate the real and imaginary parts of the third-order susceptibility. We observed that increasing the pulse frequency, additional physical processes take place, increasing artificially the absolute values of n(2) and beta. The experimental conditions are discussed to assure the obtention of reliable values of these nonlinear optical parameters, which may be useful in all-optical switching and optical power limiting applications. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4723829]

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.

The electron antineutrino angular correlation coefficient a in free neutron decay: Testing the standard model with the aSPECT-spectrometer

The beta-decay of free neutrons is a strongly over-determined process in the Standard Model (SM) of Particle Physics and is described by a multitude of observables. Some of those observables are sensitive to physics beyond the SM. For example, the correlation coefficients of the involved particles belong to them. The spectrometer aSPECT was designed to measure precisely the shape of the proton energy spectrum and to extract from it the electron anti-neutrino angular correlation coefficient "a". A first test period (2005/ 2006) showed the “proof-of-principles”. The limiting influence of uncontrollable background conditions in the spectrometer made it impossible to extract a reliable value for the coefficient "a" (publication: Baessler et al., 2008, Europhys. Journ. A, 38, p.17-26). A second measurement cycle (2007/ 2008) aimed to under-run the relative accuracy of previous experiments (Stratowa et al. (1978), Byrne et al. (2002)) da/a =5%. I performed the analysis of the data taken there which is the emphasis of this doctoral thesis. A central point are background studies. The systematic impact of background on a was reduced to da/a(syst.)=0.61 %. The statistical accuracy of the analyzed measurements is da/a(stat.)=1.4 %. Besides, saturation effects of the detector electronics were investigated which were initially observed. These turned out not to be correctable on a sufficient level. An applicable idea how to avoid the saturation effects will be discussed in the last chapter.

Influence of defects and disorder on anomalous Hall effect and spin Seebeck effect on permalloy and Heusler compounds

In dieser Arbeit wurden dünne Schichten von Heusler-Verbindungen hergestellt und auf ihre Transporteigenschaften hin untersucht.rnDer Anomale Hall-Effekt (AHE) ist dabei von besonderem Interesse. Er ist ein seit langer Zeit bekannter, jedoch noch nicht vollständig verstandener Transport-Effekt. Die meisten Veröffentlichungen theoretischer Arbeiten konzentrieren sich auf den Einfluss eines bestimmten Beitrags zum AHE. Tatsächlich gemessene experimentelle Daten können jedoch oft nicht in Einklang mit idealisierten Annahmen gebracht werden. rnDie vorliegende Arbeit diskutiert die Ergebnisse, welche aus Messungen von Materialien mit niedrigem Restwiderstand erhalten wurden. rnrnAls prototypische Materialien wurden hier hyphenation Heusler-Verbindungen untersucht. Als Material mit einer komplexen Topologie der Fermi-Fläche zeichnet sich dort der Einfluss von Defekten und der Unordnung der Kristallstruktur deutlich ab.rnrnDurch Verwendung von Filmen mit unterschiedlichem Grad der Unordnung können verschiedene Streumechanismen unterschieden werden. Für Co$_{2}$FeSi$_{0.6}$Al$_{0.4}$ and Co$_{2}$FeGa$_{0.5}$Ge$_{0.5}$ zeigt sich ein positiver AHE bei einer Unordnung vom Typ B2 und bei einer induzierten temperaturabh"angigen Streuung, wo hingegen eine Typ DO$_{3}$-Unordnung zusammen mit anderen möglichen intrinsischen Beiträgen einen negativen Effekt hervorruft.rnrnDarüber hinaus wurden die magneto-optische Kerr-Effekte (MOKE) dieser Verbindungen untersucht. Hierfür wurden Beiträge erster Ordnung als Funktion der intrinsischen und extrinsischen Parameter qualitativ analysiert. Auf den Einfluss der kristallinen Ordnung auf Beiträge zweiter Ordnung des MOKE-Signals wird ebenfalls eingegangen.rnrnDes Weiteren wurden dünne Schichten der Heusler-Verbindung Co$_{2}$MnAl auf MgO- und Si-Subs-traten (beide (100)) mit Hochfrequenz-Mag-netron-Sputtern erzeugt. Die zusammensetzung sowie die magnetischen und Transport-Eigenschaften wurden hinsichtlich unterschiedlicher Abscheidebedingungen systematisch untersucht.rnrnInsbesondere zeigt der AHE-Widerstand ein außerordentliches temperaturunabhängiges Verhalten in einem Bereich moderater Magnetfeldstärken von 0 bis 0.6,T. Hierf"ur wurde der nicht-diagonale Transport bei Temperaturen bis zu 300,$^{circ}$C analysiert. Die Daten zeigen die Eignung des Materials für Hall-Sensoren auch oberhalb der Raumtemperatur.rnrnJüngst wurde der Spin Seebeck-Effekt (SSE) entdeckt. Der Effekt aus dem Bereich der Spin-Kaloritronik erzeugt eine Spin-Spannung'' aufgrund eines Temperaturgradienten in magnetischen Materialien. Hier werden vorläufige Messungen des SSE in Ni$_{80}$Fe$_{20}$ und in Heusler-Verbindungen präsentiert.rn

Non-parametric estimation of the diffusion coefficient of a branching diffusion with immigration

Wir betrachten Systeme von endlich vielen Partikeln, wobei die Partikel sich unabhängig voneinander gemäß eindimensionaler Diffusionen [dX_t = b(X_t),dt + sigma(X_t),dW_t] bewegen. Die Partikel sterben mit positionsabhängigen Raten und hinterlassen eine zufällige Anzahl an Nachkommen, die sich gemäß eines Übergangskerns im Raum verteilen. Zudem immigrieren neue Partikel mit einer konstanten Rate. Ein Prozess mit diesen Eigenschaften wird Verzweigungsprozess mit Immigration genannt. Beobachten wir einen solchen Prozess zu diskreten Zeitpunkten, so ist zunächst nicht offensichtlich, welche diskret beobachteten Punkte zu welchem Pfad gehören. Daher entwickeln wir einen Algorithmus, um den zugrundeliegenden Pfad zu rekonstruieren. Mit Hilfe dieses Algorithmus konstruieren wir einen nichtparametrischen Schätzer für den quadrierten Diffusionskoeffizienten $sigma^2(cdot),$ wobei die Konstruktion im Wesentlichen auf dem Auffüllen eines klassischen Regressionsschemas beruht. Wir beweisen Konsistenz und einen zentralen Grenzwertsatz.

Origin of the spin Seebeck effect

Der Spin Seebeck Effekt repräsentiert einen neuartigen Spin kalorischen Effekt mit vorteilhaften und aussichtsreichen Eigenschaften für Anwendungen in den Gebieten der Spintronik und Thermoelektrik.rnIn dieser Arbeit präsentieren wir eine umfangreiche Untersuchung des Spin Seebeck Effekts in isolierenden, magnetischen Granaten und geben Antworten zum kontrovers diskutierten Ursprung des Effekts. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir die Abhängigkeit des Spin Seebeck Effekts von der Dicke des Ferromagneten, der Temperatur, der Stärke des magnetisches Feldes, der Grenzflächen und des Detektormaterials, sowie Kombinationen dieser Parameter gemessen. Im Zuge dessen haben wir das Wachstum der untersuchten magnetischen Granate optimiert und eine umfassende Analyse der strukturellen und magnetischen Parameter durchgeführt, um Einflüsse der Probenqualität auszuschließen. Des Weiteren zeigte eine Untersuchung des magnetoresistiven Effekts, welcher als mögliche Ursache des Effekts galt, in Kombination mit einer Studie des Messaufbaus, dass parasitäre Einflüsse auf das Messergebnis ausgeschlossen werden können. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Spin Seebeck Effekt mit zunehmender Dicke des Ferromagneten eine Sättigung des Signals aufweist. Diese hängt zudem von der Temperatur ab, da mit abnehmender Temperatur die Sättigung erst bei dickeren Filmen auftritt. Außerdem fanden unsere Messungen ein Maximum des Spin Seebeck Effekts für Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, welcher sowohl von der Dicke des Materials als auch der Magnetfeldstärke und dem Detektormaterial beeinflusst wird. In Messungen bei hohen magnetischen Feldstärken beobachteten wir eine Unterdrückung des Messsignals, dessen Ursache mithilfe von Simulationen auf den magnonischen Ursprung des Spin Seebeck Effekts zurückgeführt werden kann. Dies unterstreicht, dass der Effekt auf vom Ferromagneten emittierten Magnonen basiert. Im letzten Abschnitt dieser Arbeit präsentieren wir Messungen in einem bislang nicht untersuchten ferrimagnetischen Material, welche zwei Vorzeichenwechsel des Spin Seebeck Effekts als Funktion der Temperatur aufzeigen. Dieses bisher unbekannte Signalverhalten betont, dass der Effekt aus einem komplexen Zusammenspiel der magnonischen Moden resultiert und zusätzlich vom Detektormaterial abhängt.rnSomit tragen unsere Ergebnisse und Beobachtungen im hohen Maße zur Beantwortung der Frage nach dem Ursprungs des Spin Seebeck Effekts bei und zeigen neuartige bisher nicht beobachtete Effekte, welche ein neues Kapitel für das Gebiet der Spin Kaloritronik eröffnen.

Progettazione di un sistema di cogenerazione statica di energia elettrica tramite celle ad effetto Seebeck

Studio di fattibilità di un sistema di cogenerazione termico ed elettrico stand-alone sfruttando il fenomeno dell'effetto Seebeck. In particolare è stata esaminata la sezione di produzione di potenza elettrica. Nella prima parte è trattata l'analisi della tecnologia riguardante i moduli TEG esplicitandone ogni aspetto caratteristico ed è stato inserito un riepilogo delle maggiori sperimentazioni in questo ambito. Nella seconda parte è affrontata la fase di studio preliminare. Sulla base dei dati di progetto ci si è soffermati sui vincoli dimensionali dei componenti direttamente interessati da scambi termodinamici. Nella terza parte è descritta la struttura del prototipo ed è mostrata una analisi economica preliminare di carattere indicativo. I risultati ottenuti mostrano il campo di applicabilità al quale questa soluzione tecnologica deve riferirsi per risultare conveniente.

Progettazione e sperimentazione di un sistema di cogenerazione statica di energia elettrica tramite celle ad effetto Seebeck

Il tema della presente tesi è lo studio di progettazione e sperimentazione di un generatore termoelettrico, privo di parti in movimento, sfruttando il fenomeno dell’effetto Seebeck. La prima parte offre una panoramica introduttiva riguardo i moduli TEG e i loro possibili campi di applicazione. La seconda parte riassume le equazioni fisiche alla base del fenomeno e lo stato dell’arte della generazione termoelettrica, focalizzando l’attenzione sulle caldaie a biomassa. Nella terza parte è analizzato il procedimento progettuale dell’impianto. Partendo da un analisi comparativa di soluzioni esistenti e dall’obbiettivo di ottenere la massima efficienza dei moduli TEG si è arrivati alla determinazione dei vincoli dimensionali dei componenti direttamente interessati da scambi termodinamici. La quarta parte illustra la struttura del prototipo finale dedicato al laboratorio, la sua messa in servizio e il primo collaudo dell’impianto. I risultati ottenuti dai test sono il primo passo verso l’ottimizzazione del generatore termoelettrico che potrà quindi essere studio di un’interessante campagna sperimentale.

Application of Discrete Fourier Inter-Coefficient Difference for Assessing Genetic Sequence Similarity

Digital signal processing (DSP) techniques for biological sequence analysis continue to grow in popularity due to the inherent digital nature of these sequences. DSP methods have demonstrated early success for detection of coding regions in a gene. Recently, these methods are being used to establish DNA gene similarity. We present the inter-coefficient difference (ICD) transformation, a novel extension of the discrete Fourier transformation, which can be applied to any DNA sequence. The ICD method is a mathematical, alignment-free DNA comparison method that generates a genetic signature for any DNA sequence that is used to generate relative measures of similarity among DNA sequences. We demonstrate our method on a set of insulin genes obtained from an evolutionarily wide range of species, and on a set of avian influenza viral sequences, which represents a set of highly similar sequences. We compare phylogenetic trees generated using our technique against trees generated using traditional alignment techniques for similarity and demonstrate that the ICD method produces a highly accurate tree without requiring an alignment prior to establishing sequence similarity.

Apparent diffusion coefficient in the aging mouse brain: a magnetic resonance imaging study

Novel magnetic resonance imaging sequences have and still continue to play an increasing role in neuroimaging and neuroscience. Among these techniques, diffusion-weighted imaging (DWI) has revolutionized the diagnosis and management of diseases such as stroke, neoplastic disease and inflammation. However, the effects of aging on diffusion are yet to be determined. To establish reference values for future experimental mouse studies we tested the hypothesis that absolute apparent diffusion coefficients (ADC) of the normal brain change with age. A total of 41 healthy mice were examined by T2-weighted imaging and DWI. For each animal ADC frequency histograms (i) of the whole brain were calculated on a voxel-by-voxel basis and region-of-interest (ROI) measurements (ii) performed and related to the animals' age. The mean entire brain ADC of mice <3 months was 0.715(+/-0.016) x 10(-3) mm2/s, no significant difference to mice aged 4 to 5 months (0.736(+/-0.040) x 10(-3) mm2/s) or animals older than 9 months 0.736(+/-0.020) x 10(-3) mm2/s. Mean whole brain ADCs showed a trend towards lower values with aging but both methods (i + ii) did not reveal a significant correlation with age. ROI measurements in predefined areas: 0.723(+/-0.057) x 10(-3) mm2/s in the parietal lobe, 0.659(+/-0.037) x 10(-3) mm2/s in the striatum and 0.679(+/-0.056) x 10(-3) mm2/s in the temporal lobe. With advancing age, we observed minimal diffusion changes in the whole mouse brain as well as in three ROIs by determination of ADCs. According to our data ADCs remain nearly constant during the aging process of the brain with a small but statistically non-significant trend towards a decreased diffusion in older animals.