Research concerning the formation and removal of black crusts on various historical objects is approached from many different angles. The so-called “yellowing effect”, observed after laser treatment for cleaning purposes, has also received a lot of attention. Evidence regarding this phenomenon differs considerably and the actual mechanisms are still speculated on by researchers. In an attempt to elucidate the processes involved in the yellowing effect associated with laser cleaning, a new analytical technique has been used to investigate the black crust, a region of the sample cleaned by laser irradiation at 1064 nm and another region of the same sample subjected to further laser irradiation at 355 nm, on a limestone sample from the cathedral of Seville in Spain. Micro-Raman spectrometry offers the advantage of spatial chemical characterization of the stone, based upon its molecular makeup and was performed on the bulk body of the stone. Raman and scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray spectrometry (SEM/EDXS) results indicate that the surfaces cleaned by irradiation at 1064 nm and by double irradiation at 1064 and 355 nm differed in terms of their calcium sulphate, calcium oxalate and iron oxide content, and that this could contribute to the difference in colour observed.

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abstract: HgCdTe is currently the dominant material for infrared sensing and imaging, and is usually grown on lattice-matched bulk CdZnTe (CZT) substrates. There have been significant recent efforts to identify alternative substrates to CZT as well as alternative detector materials to HgCdTe. In this dissertation research, a wide range of transmission electron microscopy (TEM) imaging and analytical techniques was used in the characterization of epitaxial HgCdTe and related materials and substrates for third generation IR detectors. ZnTe layers grown on Si substrates are considered to be promising candidates for lattice-matched, large-area, and low-cost composite substrates for deposition of II-VI and III-V compound semiconductors with lattice constants near 6.1 Å. After optimizing MBE growth conditions including substrate pretreatment prior to film growth, as well as nucleation and growth temperatures, thick ZnTe/Si films with high crystallinity, low defect density, and excellent surface morphology were achieved. Changes in the Zn/Te flux ratio used during growth were also investigated. Small-probe microanalysis confirmed that a small amount of As was present at the ZnTe/Si interface. A microstructural study of HgCdTe/CdTe/GaAs (211)B and CdTe/GaAs (211)B heterostructures grown using MBE was carried out. High quality MBE-grown CdTe on GaAs(211)B substrates was demonstrated to be a viable composite substrate platform for HgCdTe growth. In addition, analysis of interfacial misfit dislocations and residual strain showed that the CdTe/GaAs interface was fully relaxed. In the case of HgCdTe/CdTe/ GaAs(211)B, thin HgTe buffer layers between HgCdTe and CdTe were also investigated for improving the HgCdTe crystal quality. A set of ZnTe layers epitaxially grown on GaSb(211)B substrates using MBE was studied using high resolution X-ray diffraction (HRXRD) measurements and TEM characterization in order to investigate conditions for defect-free growth. HRXRD results gave critical thickness estimates between 350 nm and 375 nm, in good agreement with theoretical predictions. Moreover, TEM results confirmed that ZnTe layers with thicknesses of 350 nm had highly coherent interfaces and very low dislocation densities, unlike samples with the thicker ZnTe layers. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Materials Science and Engineering 2012

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Les implants utilises comme biomateriaux sont fonctionnels, biocompatibles et certains bio-actifs. Il existe quatre familles de biomateriaux : les metaux et alliages, les ceramiques, les polymeres et les materiaux naturels. Des phenomenes d'usures (corrosion, frottement) generent des debris dans l'organisme. Ces debris engendrent differents problemes: toxicite, reactions inflammatoires, descellements prothetiques par lyse osseuse. Nature, taille, morphologie, quantite des debris sont des parametres qui influencent les reactions biologiques susceptibles de se produire. Nous avons caracterise la contamination metallique (migration, comportement in vivo, quantite, taille et nature des debris) provenant des protheses de genou au niveau du tissu capsulaire voisin. Les methodes PIXE-RBS et STEM-EDXS, principalement employees, sont des outils complementaires. Les debris sont repartis de facon heterogene dans l'articulation du genou. Ils migrent sur plusieurs milliers de micro m en profondeur. Pour les echantillons fortement pollues, les debris sont des grains d'alliages de dimension de l'ordre du micro m (PIXE). Les rapports massiques in vivo confirment la stabilite chimique des grains de TA6V et l'evolution des grains de CrCoMo. Une etude a l'echelle nanometrique (STEM-EDXS) montre une dissolution de grains de TA6V (micro m) en de plus petits (nm). Localement la presence de grains de phase αlpha indiquerait une dissolution preferentielle de la phase beta (joint de grain) avec largage de Al et de V elements carcinogenes et toxiques. Le developpement d'un protocole PIXE-histologie en cible mince, correle une analyse PIXE et histologique sur une meme zone. Ce protocole informe sur les pathologies liees aux contaminations metalliques, meme si leur teneur est de l'ordre du micro g/g, grace a la sensibilite de la methode PIXE. De plus l'innocuite vis a vis de la radioactivite de plusieurs biomateriaux naturels ou synthetiques est etablie, a l'aide de systeme de detection gamma ultra bas bruit de fond.

Les biomatériaux à usage orthopédique posent le problème de leur devenir dans l'organisme. Lorsqu'ils sont métalliques, ils posent le problème du relargage de métaux dans les tissus voisins. L'alliage de titane Ti6A14V est utilisé pour ses bonnes propriété mécaniques et pour sa résistance à la corrosion. L'usage d'un revêtement permet d'améliorer encore ses performances. J'ai étudié deux revêtements en verre référencés BVA et BVH. La caractérisation in vivo et in vitro a été menée grâce à plusieurs techniques complémentaires d'analyse : microscopies électroniques et méthodes nucléaires (PIRE, ...).<br> Le verre BVA s'est révélé être bioactif. Il se transforme en un gel de silicium avec incorporation de protéines et d'oligo-éléments (Zn et Sr), et ce, dés 3 mois après implantation. Ce gel disparaît peu à peu et est remplacé par un os néoformé. Cet os a été analysé comme mature après un an d'implantation; il assure une meilleure ostéointégration de l'implant. Quant au verre BVH, il est bioinerte. Sa composition est constante au cours du tempe. Cependant, la formation d'une interface de 2 µm d'épaisseur, induite par le processus de dépôt du revêtement, fragilise les liaisons intergranulaires. Cela se traduit par la fragmentation du revêtement et la migration de grains de verre à travers le réseau lacunaire de l'as environnant. Les deux verres sont une barrière efficace contre la corrasion de l'alliage, tant qu'ils restent en place.<br> J'ai proposé les bases d'une nouvelle méthodologie d'analyse : la combinaison de la cartographie PIXE et de l'histopathologie. Le principal intérêt est de corréler une éventuelle réponse tissulaire à la présence de certains éléments atomiques.<br> J'ai introduit pour la première fais la théorie de la percolation pour essayer de modéliser la résorption de biomatériaux poreux tel que le corail et les hydroxyapatites. Les premières simulations sont très prometteuses et rendent bien compte de plusieurs résultats expérimentaux observés.