Laser weld: microstructure and corrosion study of Ag-Pd-Au-Cu alloy of the dental application

The laser Welding process was introduced into dentistry by the end of the 1980s, resulting on a great impulse to that area with the development of cheaper and smaller equipment, using simpler technique. This allowed greater use of that process on the confection of prostheses compared to the brazing process since the heat source for that process is a concentrated light beam of high power, which minimizes distortion problems on the prosthetic pieces. Ag-Pd-Au-Cu alloy used on the confection of dental implant prostheses was observed before and after subjection to the laser welding process. The microstructure was analyzed with the. use of optic microscopy and the corrosion resistance was studied by the traditional electrochemical techniques and by electrochemical impedance, under environmental conditions simulating the aggressiveness found in the mouth cavity. A structural change was detected on the weld area, which presented a refined microstructure deriving from the high-speed cooling. The base metal out of the weld area presented a fusion coarse microstructure. The electrochemical essays showed differences on the potentiodynamic polarization behavior in both weld and metal base areas, indicating superior corrosion resistance in the weld area. The impedance spectra were characterized by capacitive distorted components, presenting linear impedance in the low frequencies area. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Sintesi di catalizzatori supportati Au/Cu e studio della loro reattività per l'ossidazione selettiva del 5-idrossimetilfurfurale

Al giorno d’oggi i combustibili fossili come carbone, olio e gas naturale forniscono più del 75% dell’energia mondiale. Tuttavia, la crescente richiesta di queste fonti di energia non rinnovabili, si manifesta in un momento in cui le riserve naturali si stanno esaurendo; è stato infatti stimato che le riserve petrolifere di tutto il mondo possano essere sufficienti per fornire energia e produrre prodotti chimici per i prossimi quarant’anni. Per questo motivo la conversione delle biomasse per produrre energia e prodotti chimici sta diventando una valida alternativa per diversificare le fonti energetiche e ridurre il surriscaldamento globale. Le biomasse, infatti, oltre ad essere una fonte rinnovabile, generano minori emissioni di gas serra rispetto ai combustibili fossili, perché la CO2 rilasciata nei processi di utilizzo viene bilanciata da quella consumata nel processo di crescita delle biomasse stesse. Lo sfruttamento delle biomasse per la produzione di building blocks per la chimica suscita particolare interesse, poiché le molecole ottenute sono già parzialmente funzionalizzate; ciò significa che la sintesi di prodotti chimici specifici richiede un minor numero di stadi rispetto ai building blocks petroliferi, con conseguente diminuzione di prodotti di scarto e sottoprodotti. Un esempio di queste potenziali “molecole piattaforma” è il 5-idrossimetilfurfurale (HMF), un importante composto derivato dalla disidratazione di zuccheri, intermedio chiave per la sintesi di un’ampia varietà di prodotti chimici e combustibili alternativi, tra cui l’acido 2,5- furandicarbossilico (FDCA), che è stato identificato tra i dodici composti chimici più importanti degli ultimi anni. Per esempio, il FDCA è un possibile sostituto dell’acido tereftalico, usato per produrre il polietilentereftalato (PET). Recentemente alcuni autori hanno riportato interessanti risultati sull’ossidazione dell’HMF a FDCA utilizzando catalizzatori a base di Au supportato. Questi catalizzatori mostrano però significativi problemi di disattivazione. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quindi lo sviluppo di catalizzatori attivi e stabili nella reazione di ossidazione dell’HMF a FDCA. Il lavoro portato avanti ha avuto come obbiettivi principali: l’ottimizzazione della sintesi di nanoparticelle di oro e oro/rame a diverso rapporto molare, mediante un processo di sintesi, in acqua, a basso impatto ambientale. Tale metodo di sintesi si basa sull’azione riducente del sistema glucosio-NaOH ed è stato messo a punto in lavori di tesi precedenti. Le nanoparticelle sintetizzate sono state utilizzate, quali fase attiva, per la preparazione di catalizzatori supportati su TiO2 e CeO2 lo studio dell’attività catalitica e riusabilità dei catalizzatori preparati nell’ossidazione in fase liquida del HMF a FDCA.

Ossidazione selettiva del 5-idrossimetilfurfurale con catalizzatori Au/Cu supportati su CeO2

I combustibili fossili forniscono oltre il 75% dell’energia mondiale. La crescente richiesta di energie non rinnovabili registrata nel XX secolo ne ha causato il progressivo esaurimento, nonché un aumento continuo del prezzo e dell’impatto ambientale, dato il significativo aumento delle emissioni di CO2 nell’atmosfera. Questi sono i principali motivi che hanno indotto la ricerca ad orientarsi verso lo studio di fonti di energie e prodotti chimici rinnovabili per ridurre il surriscaldamento del globo. L’interesse per tale sfruttamento è particolarmente vivo, in quanto le molecole ottenute risultano già funzionalizzate e questo può portare alla sintesi di prodotti chimici attraverso un limitato numero di stadi, con conseguente riduzione di sottoprodotti. Dalle biomasse si ottengono prodotti con un elevato valore aggiunto, in quanto risultano biodegradabili, biocompatibili e appetibili sul mercato come biologici e naturali, ottenuti a monte da processi catalitici di lavorazione più semplici. Tra le varie molecole di base ottenibili dalle biomasse va annoverato il 5-idrossimetilfurfurale (HMF), un importante composto derivato dalla disidratazione degli zuccheri e dal quale, attraverso un’ossidazione selettiva, si può ottenere l’acido 2,5-furandicarbossilico (FDCA), che può essere considerato un sostituto dell’acido tereftalico per la produzione del polietilentereftalato (PET). L’ossidazione selettiva avviene principalmente mediante catalisi eterogenea, utilizzando catalizzatori a base di oro. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato, quindi, lo studio di reattività e stabilità di catalizzatori utilizzati nella reazione di ossidazione dell’HMF a FDCA. Nella prima parte del lavoro sono stati preparati tali catalizzatori mediante sintesi di sospensioni metalliche nanoparticellari Au-Cu a diverso rapporto molare e loro successiva impregnazione su ossidi di supporto quali CeO2 e TiO2. I sistemi così ottenuti sono poi stati calcinati in aria statica a tre diverse temperature: 200°C, 300°C e 400°C. Il lavoro portato avanti ha avuto come obiettivi principali: • caratterizzazione dei catalizzatori ottenuti tramite analisi BET, XRD, TEM, TPR e analisi termiche TGA/DSC, al fine di effettuare un confronto tra le varie caratterizzazioni in funzione del contenuto di Cu in fase attiva ed in funzione dell’entità del trattamento termico. • studio dell’attività catalitica e stabilità dei catalizzatori preparati nell’ossidazione selettiva in fase liquida del 5-drossimetilfurfurale ad acido 2,5-furandicarbossilico.

Enhanced electrocatalytic activity of Au@Cu core@shell nanoparticles towards CO2 reduction

The development of technologies for the recycling of carbon dioxide into carbon-containing fuels is one of the major challenges in sustainable energy research. Two of the main current limitations are the poor efficiency and fast deactivation of catalysts. Core–shell nanoparticles are promising candidates for enhancing challenging reactions. In this work, Au@Cu core–shell nanoparticles with well-defined surface structures were synthesized and evaluated as catalysts for the electrochemical reduction of carbon dioxide in neutral medium. The activation potential, the product distribution and the long term durability of this catalyst were assessed by electrochemical methods, on-line electrochemical mass spectrometry (OLEMS) and on-line high performance liquid chromatography. Our results show that the catalytic activity and the selectivity can be tweaked as a function of the thickness of Cu shells. We have observed that the Au cubic nanoparticles with 7–8 layers of copper present higher selectivity towards the formation of hydrogen and ethylene; on the other hand, we observed that Au cubic nanoparticles with more than 14 layers of Cu are more selective towards the formation of hydrogen and methane. A trend in the formation of the gaseous products can be also drawn. The H2 and CH4 formation increases with the number of Cu layers, while the formation of ethylene decreases. Formic acid was the only liquid species detected during CO2 reduction. Similar to the gaseous species, the formation of formic acid is strongly dependent on the number of Cu layers on the core@shell nanoparticles. The Au cubic nanoparticles with 7–8 layers of Cu showed the largest conversion of CO2 to formic acid at potentials higher than 0.8 V vs. RHE. The observed trends in reactivity and selectivity are linked to the catalyst composition, surface structure and strain/electronic effects.

The interaction between atoms of Au and Cu with clean Si(111) surface: A study combining synchrotron radiation grazing incidence X-ray fluorescence analysis and theoretical calculations

In order to evaluate the interactions between Au/Cu atoms and clean Si(l 11) surface, we used synchrotron radiation grazing incidence X-ray fluorescence analysis and theoretical calculations. Optimized geometries and energies on different adsorption sites indicate that the binding energies at different adsorption sites are high, suggesting a strong interaction between metal atom and silicon surface. The Au atom showed higher interaction than Cu atom. The theoretical and experimental data showed good agreement. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

The interaction between atoms of Au and Cu with clean Si(111) surface: A study combining synchrotron radiation grazing incidence X-ray fluorescence analysis and theoretical calculations

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Morphology control synthesis of Au-Cu2S metal-semiconductor hybrid nanostructures by modulating reaction constituents

A facile methodology for synthesizing Au-Cu2S hybrid nanoparticles is presented. Au-Cu2S nanoparticles have application in visible light driven photocatalytic degradation of dyes. Detailed microstructural and compositional characterization illustrated that the hybrid nanoparticles are composed of cube shaped Au-Cu solid solution and hemispherical shaped Cu2S phases. Investigation of nanoparticles extracted at different stages of the synthesis process revealed that the mechanism of formation of hybrid nanoparticles involved initial formation of isolated cube shaped pure Au nanoparticles and Cu-thiolate complex. In the subsequent stages, the Au nanoparticles get adsorbed onto the Cu-thiolate complex which is followed by the decomposition of the Cu-thiolate complex to form Au-Cu2S hybrid nanoparticles. This study also illustrates that an optimum concentration of dodecanethiol is required both for achieving size and morphological uniformity of the participating phases and for their attachment to form a hybrid nanoparticle.

Modelamento e avaliação de dados geofísicos e geoquímicos aplicada na pesquisa de metais básicos e Au no prospecto Volta Grande (complexo intrusivo Lavras do Sul, RS, Brasil)

A modelagem, a correlação e a análise de dados geofísicos e geoquímicos, aplicados para avaliar/definir a distribuição e o controle de teores de minério num espaço 3D, não são procedimentos adotados para o caso de depósitos de metais básicos e Au. Essa tese de doutorado tem o objetivo de avaliar e definir uma metodologia de modelagem, correlação e análise de dados geofísicos e geoquímicos para controle de teores de metais básicos e Au. Tal metodologia foi aplicada no Prospecto Volta Grande (Lavras do Sul, RS). A região de Lavras do Sul (RS) possui uma série de ocorrências minerais do tipo veios de quartzo com metais básicos e Au, as quais estão relacionadas com o processo de alojamento do Complexo Intrusivo Lavras do Sul. Esse complexo é uma intrusão predominantemente granítica, zonada e multifásica, cujas rochas têm filiação com as séries shoshonítica a alcalina. As ocorrências de veios estão relacionadas a zonas de alteração hidrotermal controladas por fraturas predominantemente WNW-ESE. O Prospecto Volta Grande é constituído por uma série de tais veios alojados tanto no granito intrusivo, quanto nas rochas vulcânicas e vulcanoclásticas da Formação Hilário. A metodologia desenvolvida consiste: 1) da construção de uma base de dados comum para o georreferenciamento 3D dos dados; 2) processamento estatístico e geoestatístico das variáveis de interesse (dados geofísicos e geoquímicos); 3) modelagem 3D das variáveis de interesse para definir a distribuição espacial; e 4) análise da correlação entre as variáveis para definir o controle 3D dos teores de minério por meio de métodos indiretos. Essa metodologia, na medida em que haja a possibilidade de várias fontes de informação e a possibilidade de aplicar algorítmos de lógica matemática, poderá incorporar a integração de dados num espaço 3D A aplicação de tal metodologia no Prospecto Volta Grande (Lavras do Sul, RS) permitiu verificar que os dados geofísicos e geoquímicos se adaptam mais adequadamente a uma distribuição do tipo lognormal. Além disso, a comparação múltipla das médias de resistividade aparente permitiu distinguir um controle litológico sobre os dados geofísicos. Desse modo, foram definidos os procedimentos de análise variográfica e, então, os parâmetros para a modelagem 3D dos corpos condutores em cada área de pesquisa. A adequação do suporte amostral dos dados geofísicos e geoquímicos permitiu a correlação entre essas variáveis. A análise dos diagramas de correlação revelou superposição de pulsos de mineralização com distintas cargas metálicas. A utilização de métodos indiretos para controle de teores em depósitos sulfetados do tipo veios de quartzo com Au + Cu é, portanto, uma possibilidade concreta, garantida a adequada resolução espacial dos levantamentos geofísicos.

Efeito de adições de Ni e Mg sobre o comportamento térmico, mecânico e elétrico de ligas Al-Cu-Fe solidificadas unidirecionalmente

Este trabalho estudou a influência dos teores dos solutos Mg e Ni na modificação das propriedades térmicas, elétricas e mecânicas de uma liga Al-Cu-Fe para aplicação como condutor de energia elétrica. Para a realização do presente estudo, as ligas foram obtidas por fundição unidirecional horizontal, a partir da base do alumínio de pureza comercial com adição dos teores 0,05%p Cu e [0,24 a 0,28]%p Fe. Tal base foi modificada em uma primeira etapa com teores de 0,45, 0,60 e 0,80%p Mg. As ligas obtidas com estes teores tiveram suas propriedades estudadas para que se selecionasse um teor de Mg para posterior adição de Ni à liga. O estudo destas propriedades na primeira etapa passou pela análise das propriedades térmicas: velocidade de solidificação (V_L) e taxa de resfriamento (Ṫ). A caracterização elétrica estudou a propriedade condutividade elétrica (φ) e o levantamento das propriedades mecânicas: limite de resistência à tração (σ) e microdureza Vickers (HV). A liga com adição de Ni passou por tratamentos térmicos de envelhecimento, por 1, 4 e 8h. Estas amostras foram analisadas em um microscópio eletrônico de varredura - MEV pelos sinais de elétrons retroespalhados – ERE e espectroscopia de energia dispersiva – EDS. Como resultados do estudo, encontrou-se que adições de Mg influenciaram significativamente a viscosidade das ligas, elevando as velocidades de solidificação nos instantes finais. Os ensaios de microdureza das amostras envelhecidas mostraram que houve um acréscimo significativo de dureza na quarta hora de envelhecimento, da mesma forma que as análises de EDS mostraram que a concentração de Ni também elevou-se nesta condição de tratamento.

Molecular dynamics study of ‘contact epitaxy’ in Ag clusters supported on a copper (001) surface

In this paper, the formation of heteroepitaxial interfacial layers was investigated by molecular dynamics simulation of soft silver particles landing on the (001) surface of single-crystal copper. In our simulations, the clusters Ag13, Ag55, Ag147 and Ag688 were chosen as projectiles. A small cluster will rearrange into an f.c.c. structure when it is supported on the substrate, due to the large value of its surface/volume ratio. Contact epitaxy appeared in large clusters. The characteristic structure of an epitaxial layer in large silver cluster shows the 〈111〉 direction to be the preferential orientation of heteroepitaxial layers on the surface because of the lattice mismatch between the cluster and the substrate. This was confirmed by studying soft landing events in other systems (Au/Cu and Al/Ni).

Alloying gold with copper makes for a highly selective visible-light photocatalyst for the reduction of nitroaromatics to anilines

Finely control of product selectivity is an essential issue in organic chemical production. In the synthesis of functionalized anilines via reduction of the corresponding nitroarenes, the challenge is to selectively reduce only the nitro group in the presence of other reducible functional groups in nitroarene molecules at a high reaction rate. Normally, the nitroarene is reduced stepwise through a series of intermediates that remain as byproducts, increasing the aniline synthesis cost. Here we report that alloying small amounts of copper into gold nanoparticles can alter the reaction pathway of the catalytic reduction under visible-light irradiation at ambient temperature, allowing nitroaromatics to be transformed directly to anilines in a highly selective manner. The reasons for the high efficiency of the photocatalytic reduction under these comparatively benign conditions as well as the light-excited reaction mechanisms are discussed. This photocatalytic process avoids byproducts, exhibits a high reaction rate and excellent substituent tolerance, and can be used for the synthesis of many useful functionalized anilines under environmentally benign conditions. Switching of the reaction pathway simply by tailoring the bimetallic alloy NPs of the photocatalysts is effective for engineering of product chemoselectivity.

Representation of thermodynamic properties of ternary systems and its application to the system silver-gold-copper at 1350 K

The article presents a generalized analytical expression for description of the integral excess Gibbs free energy of mixing of a ternary system. Twelve constants of the equation are assessed by the least mean squares regressional analysis of the experimental integral excess data of the constituent binaries; three ternary parameters are evaluated by a regressional analysis based on the partial experimental data of a component of the ternary system. The assessed values of the ternary parameters describe the nature of the ternary interaction in the system. Activities and isoactivities of the components in the Ag-Au-Cu system at 1350 K are calculated and found to be in good agreement with the experimental data. This analytical treatment is particularly useful to ternary systems where the thermodynamic data are available from different sources.

Universal Stability and Temperature Dependent Phase Transformation in Group VIIIB-IB Transition Metal FCC Nanowires

Atomistic simulation of Ag, Al, Au, Cu, Ni, Pd, and Pt FCC metallic nanowires show a universal FCC -> HCP phase transformation below a critical cross-sectional size, which is reported for the first time in this paper. The newly observed HCP structure is also confirmed from previous experimental results. Above the critical cross-sectional size, initial < 100 >/{100} FCC metallic nanowires are found to be metastable. External thermal heating shows the transformation of metastable < 100 >/{100} FCC nanowires into < 110 >/{111} stable configuration. Size dependent metastability/instability is also correlated with initial residual stresses of the nanowire by use of molecular static simulation using the conjugant gradient method at a temperature of 0 K. It is found that a smaller cross-sectional dimension of an initial FCC nanowire shows instability due to higher initial residual stresses, and the nanowire is transformed into the novel HCP structure. The initial residual stress shows reduction with an increase in the cross-sectional size of the nanowires. A size dependent critical temperature is also reported for metastable FCC nanowires using molecular dynamic, to capture the < 110 >/{111} to < 100 >/{100} shape memory and pseudoelasticity.

Diffusion mechanism in the gold-copper system

Interdiffusion study is conducted in the Au-Cu system, which has complete solid solution in the higher temperature range and ordered phases in the lower temperature range. First experiments are conducted at higher temperatures, where atoms can diffuse randomly. Higher values of interdiffusion coefficients are found in the range of 40-50 at.% Cu. This trend is explained with the help of thermodynamic factor and possible concentration of vacancies. Following an experiment is conducted at 623 K (350 degrees C), where the ordered phases are grown. The interdiffusion coefficients at this temperature are compared after extrapolating the data calculated at higher temperatures.