In dieser Arbeit wurde die Ausgangsverbindung der eisenbasierten Supraleiter, LaFeAsO, durch die Synthese und Charakterisierung von poly- und einkristallinen Proben untersucht. Supraleitung kann in den eisenbasierten Supraleitern durch Elektronen- oder Lochdotierung hervorgerufen werden. Die Substitution von Eisen durch Mangan, formal eine Lochdotierung, hat hingegen einen destruktiven Effekt auf die Supraleitung. Dieser ist bei optimal fluordotiertem LaFeAs(O,F) um Größenordnungen stärker ausgeprägt als bei Nd- oder Sm-FeAs(O,F). Indem Lanthan partiell durch das kleinere Yttrium substituiert wurde, konnte gezeigt werden, dass diese unterschiedlich starke Mangantoleranz durch die Unterschiede im Seltenerdmetall-Ionenradius bedingt ist. Weiterhin finden sich Anzeichen, dass die Unterdrückung der Supraleitung durch Mangan mit Elektronenlokalisierung korreliert ist. Das Fehlen von großen dreidimensionalen Einkristallen der SEFeAsO-Verbindungsklasse stellt ein großes Hindernis in der Erforschung der elektronischen Eigenschaften der eisenbasierten Supraleiter dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der Festkörper-Einkristallzüchtung ein geeignetes Mittel darstellt, um große, facettierte SEFeAsO-Einkristalle mit ausgeprägtem Wachstum in c-Richtung zu erhalten. Mit diesem neu entwickelten Einkristallzüchtungsverfahren konnte ein aktualisiertes Phasendiagramm von La(Fe,Co)AsO erstellt werden. Die Substitution von Eisen durch Cobalt entspricht einer Elektronendotierung und führt zu Supraleitung mit einer maximalen Sprungtemperatur von 12 K. Die Ausgangsverbindung LaFeAsO zeigt bei etwa 156 K einen strukturellen Phasenübergang von einer tetragonalen zu einer orthorhombischen Struktur, weiterhin tritt unterhalb von etwa 138 K eine Spindichtewelle auf. In Einklang mit dem bekannten Phasendiagramm werden mit Cobaltdotierung die beiden Übergänge unterdrückt, mit höheren Cobaltkonzentrationen kommt es zu Supraleitung. Anders als beim bekannten Phasendiagramm kann eine deutliche Aufspaltung zwischen magnetischem und strukturellen Übergang bei kleinen Cobaltkonzentrationen beobachtet werden. Außerdem findet sich eine Region der Koexistenz zwischen Supraleitung und Spindichtewelle. Bisher konnte ein solcher Zustand im SE(Fe,Co)AsO-System nicht beobachtet werden.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 02233.pdf: 1898081 bytes, checksum: ca8d5eb71d409e24aba2146df83dd874 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 02033.pdf: 7170847 bytes, checksum: 0f6482c59ed081703c64e988f898b301 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

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In dieser Arbeit wurde die Ausgangsverbindung der eisenbasierten Supraleiter, LaFeAsO, durch die Synthese und Charakterisierung von poly- und einkristallinen Proben untersucht. Supraleitung kann in den eisenbasierten Supraleitern durch Elektronen- oder Lochdotierung hervorgerufen werden. Die Substitution von Eisen durch Mangan, formal eine Lochdotierung, hat hingegen einen destruktiven Effekt auf die Supraleitung. Dieser ist bei optimal fluordotiertem LaFeAs(O,F) um Größenordnungen stärker ausgeprägt als bei Nd- oder Sm-FeAs(O,F). Indem Lanthan partiell durch das kleinere Yttrium substituiert wurde, konnte gezeigt werden, dass diese unterschiedlich starke Mangantoleranz durch die Unterschiede im Seltenerdmetall-Ionenradius bedingt ist. Weiterhin finden sich Anzeichen, dass die Unterdrückung der Supraleitung durch Mangan mit Elektronenlokalisierung korreliert ist. Das Fehlen von großen dreidimensionalen Einkristallen der SEFeAsO-Verbindungsklasse stellt ein großes Hindernis in der Erforschung der elektronischen Eigenschaften der eisenbasierten Supraleiter dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der Festkörper-Einkristallzüchtung ein geeignetes Mittel darstellt, um große, facettierte SEFeAsO-Einkristalle mit ausgeprägtem Wachstum in c-Richtung zu erhalten. Mit diesem neu entwickelten Einkristallzüchtungsverfahren konnte ein aktualisiertes Phasendiagramm von La(Fe,Co)AsO erstellt werden. Die Substitution von Eisen durch Cobalt entspricht einer Elektronendotierung und führt zu Supraleitung mit einer maximalen Sprungtemperatur von 12 K. Die Ausgangsverbindung LaFeAsO zeigt bei etwa 156 K einen strukturellen Phasenübergang von einer tetragonalen zu einer orthorhombischen Struktur, weiterhin tritt unterhalb von etwa 138 K eine Spindichtewelle auf. In Einklang mit dem bekannten Phasendiagramm werden mit Cobaltdotierung die beiden Übergänge unterdrückt, mit höheren Cobaltkonzentrationen kommt es zu Supraleitung. Anders als beim bekannten Phasendiagramm kann eine deutliche Aufspaltung zwischen magnetischem und strukturellen Übergang bei kleinen Cobaltkonzentrationen beobachtet werden. Außerdem findet sich eine Region der Koexistenz zwischen Supraleitung und Spindichtewelle. Bisher konnte ein solcher Zustand im SE(Fe,Co)AsO-System nicht beobachtet werden.

Doctor of Philosophy / Department of Chemical Engineering / James H. Edgar / The sublimation recondensation crystal growth of aluminum nitride, titanium nitride, and yttrium nitride were explored experimentally and theoretically. Single crystals of these nitrides are potentially suitable as substrates for AlGaInN epitaxial layers, which are employed in ultraviolet optoelectronics including UV light-emitting diodes and laser diodes, and high power high frequency electronic device applications. A thermodynamic analysis was applied to the sublimation crystal growth of aluminum nitride to predict impurities transport (oxygen, carbon, and hydrogen) and to study the aspects of impurities incorporation for different growth conditions. A source purification procedure was established to minimize the impurity concentration and avoid degradation of the crystal’s properties. More than 98% of the oxygen, 99.9% of hydrogen and 90% of carbon originally in the source was removed. The AlN crystal growth process was explored in two ways: self-seeded growth with spontaneous nucleation directly on the crucible lid or foil, and seeded growth on SiC and AlN. The oxygen concentration was 2 ~ 4 x 1018cm-3, as measured by secondary ion mass spectroscopy in the crystals produced by self-seeded growth. Crystals grown from AlN seeds have visible grain size expansion. The initial AlN growth on SiC at a low temperature range (1400°C ~1600°C) was examined to understand the factors controlling nucleation. Crystals were obtained from c-plane on-axis and off-axis, Si-face and C-face, as well as m-plane SiC seeds. In all cases, crystal growth was fastest perpendicular to the c-axis. The growth rate dependence on temperature and pressure was determined for TiN and YN crystals, and their activation energies were 775.8±29.8kJ/mol and 467.1±21.7kJ/mol respectively. The orientation relationship of TiN (001) || W (001) with TiN [100] || W [110], a 45o angle between TiN [100] and W [100], was seen for TiN crystals deposited on both (001) textured tungsten and randomly orientated tungsten. Xray diffraction confirmed that the YN crystals were rock-salt structure, with a lattice constant of 4.88Å. Cubic yttria was detected in YN sample from the oxidation upon its exposed to air for limited time by XRD, while non-cubic yttria was detected in YN sample for exposures more than one hour by Raman spectra.

Thesis (MSc (Chemistry and Polymer Science))--University of Stellenbosch, 2006. / Inclusion and porosity properties of the following supramolecular solid-state hosts were investigated: • 2,7-dimethylocta-3,5-diyne-2,7-diol • 2-methyl-6-phenylhexa-3,5-diyn-2-ol • Dianin’s compound • p-tert-butyl-calix[4]arene • 5,11,17,23-tetra-tert-butyl-25,26,27,28-tetramethoxy-2,8,14,20- tetrathiacalix[4]arene • Two discrete coordination metallocycles, [Ag2IMID2](BF4)2 and [Cu2(BITMB)2(Cl)4] All of these compounds form well-defined crystalline host structures. Inclusion phenomena involving encapsulation of liquids were studied using single-crystal x-ray diffraction methods. Several guest-free host structures (α phases) were structurally elucidated and their gas sorption properties were investigated. Studies of the sorption properties of seemingly nonporous materials were carried out to provide insight into this rare phenomenon. Water and iodine sorption by a polymorph of 5,11,17,23-tetra-tert-butyl-25,26,27,28-tetramethoxy-2,8,14,20- tetrathiacalix[4]arene shows that the conventional perception of sorption through the solid-state requires reassessment. Gas sorption studies were carried out using apparatus devised and presented here. These include sorption apparatus and a device to determine single-crystal structures under controlled gas atmospheres.

This thesis focuses on a number of aspects governing the transformation of gibbsite, via intermediate phases, to a-alumina. These aspects include the size and morphology of the gibbsite grains, the influence of additions of foreign elements, the effect of a mechanical treatment of the gibbsite prior to calcination, and combinations of these factors. The materials were characterisedb y scanninge lectron microscopy, X-ray diffraction and surfacea rea measurementsF. or someo f the calcined materials an attempt was made to sinter the powders to a dense body to investigate if any of the treatments during calcination had an effect on this process. The literature review covers the current state of understanding of the production of bulk alumina powder by the Bayer process and the phase changes seen on calcination of precursors to the stable a-alumina phase. A detailed description of the phase changes is given and the various routes and conditions necessary for the transformations to occur are considered. The transformations are examined in relation to the morphology of the crystals and the variables controlling the phase transformation route are discussed. Calcination in air showed that the size of the gibbsite grain governs the calcination route taken to reach a-alumina. The standard gibbsites used in this work show a mixed calcination sequence transforming both via the boehmite phase, followed by the y, 8 and 0 phases, and via the x and K phases. The formation of boehmite is attributed to retention of water vapour within the grainDifferences in morphology of the starting materials showed that for the range of materials seen, the morphology of the grain is less important than its size. The super fine material confirmed that a small grain size transforms via the non-boehmite route only, with the other gibbsites taking intermediate routes as for the standard gibbsites. Of the additions made prior to calcination, aluminium fluoride was found to reduce the transformation temperature to a-alumina by approximately 300°C. Other additions had little effect on the transformation temperature although a reduction in grain size was seen with aluminium chloride. It was found that good mixing of the alumina fluoride was essential to obtain reliable and reproducible results. This is due to the small amounts of additive that are needed and the sensitivity of the process to concentration variations. Mineralisation of a range of gibbsites showed that the presence of sodium in the starting material was crucial in reducing the calcination temperature. This led to the conclusion that the sodium and fluoride react to form a liquid phase. The presence of a liquid phase increases the mobility of the aluminium and oxygen atoms resulting in a reduction of the transformation temperature. Fluoride additions to the gibbsites with different morphologies showed that the presence of sodium was the governing factor in reduction of the transformation temperature. Milling of the starting materials showed that there was a small reduction in the transformation temperature between some of the phases. The energy involved in milling leads to activation of the gibbsite. This activation takes the form of a reduction in the grain size and in a reduction of the crystallinity seen in the XRD patternFluoride additions during the calcination of sapphire with a standard gibbsite powder showed preferential grain growth. It was possible to initiate growth of small plate-like crystals on the polished surface of a piece of sapphire parallel to the basal plane. Crystal growth was also seen in scratches on a polished surface perpendicular to the basal plane

The objectives of this work are to characterize and model the solvent-mediated phase transformation process of theophylline anhydrous crystals to the monohydrate crystals in an aqueous system. In order to model the transformation, the following processes are taken into account: (1) the dissolution kinetics of theophylline anhydrous crystals, (2) the kinetics of the formation of theophylline monohydrate nuclei, and (3) the growth kinetics of the monohydrate crystals. The driving forces for the above processes are determined from the concentration of theophylline in the solution and the solubilities of theophylline anhydrous and monohydrate. The solubilities of theophylline anhydrous and the monohydrate, and these three distinct processes along with the overall transformation phenomena were investigated in the present study. By using theophylline as a model compound we have gained some understanding of the kinetics of the solvent-mediated phase transformation between the metastable anhydrous form and the stable hydrated form of an organic compound and we were able to model the transformation process. By identifying the mechanisms for nucleation, growth of the hydrate form and the dissolution of the anhydrous form one can predict and control the transformation process. The growth kinetics of thymine monohydrate crystals at various temperatures are also investigated in the present study.

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