This thesis examines how the rheological properties change depending on the composition of hyaluronan, HA and sodium hydroxide, NaOH. This was performed to see if there was any relationship between the rheological properties of a sample depending on different compositions of HA and NaOH. Moreover, the fluidity of the samples was studied by investigating . Five concentrations of HA (11, 18, 20, 25, 33 wt%) were investigated with six concentrations of NaOH (0, 1, 2, 4, 6, 8 wt%). Rheology was used to determine rheological properties of the composition and the rheometric data was obtained from three different measurements: time sweep, frequency sweep and amplitude sweep. G', G'' andwere investigated but no clear correlation was found. However, some patterns were detected for frequency sweep and amplitude sweep. The graphs generally followed the same shape and the compositions with 11% HA generally had the lowest G' and G'' values. Additionally, the majority of the samples, that could be measured, could be defined as fluids, due to  being higher than 1.

Biomechanical imaging (BMI) is the process of non-invasively measuring the spatial distribution of mechanical properties of biological tissues. The most common approach uses ultrasound to non-invasively measure soft tissue deformations. The measured deformations are then used in an inverse problem to infer local tissue mechanical properties. Thus quantifying local tissue mechanical properties can enable better medical diagnosis, treatment, and understanding of various diseases. A major difficulty with ultrasound biomechanical imaging is getting accurate measurements of all components of the tissue displacement vector field. One component of the displacement field, that parallel to the direction of sound propagation, is typically measured accurately and precisely; the others are available at such low precision that they may be disregarded in the first instance. If all components were available at high precision, the inverse problem for mechanical properties could be solved directly, and very efficiently. When only one component is available, the inverse problem solution is necessarily iterative, and relatively speaking, computationally inefficient. The goal of this thesis, therefore, is to develop a processing method that can be used to recover the missing displacement data with sufficient precision to allow the direct reconstruction of the linear elastic modulus distribution in tissue. This goal was achieved by using a novel spatial regularization to adaptively enforce and locally relax a special form of momentum conservation on the measured deformation field. The new processing method was implemented with the Finite Element Method (FEM). The processing method was tested with simulated data, measured data from a tissue mimicking phantom, and in-vivo clinical data of breast masses, and in all cases it was able to recover precise estimates the full 2D displacement and strain fields. The recovered strains were then used to calculate the material property distribution directly.

Submitted by Daniela Cascadan null (dcascadan@fc.unesp.br) on 2016-07-14T02:12:57Z No. of bitstreams: 1 tese_final dani_full_12072016.pdf: 13516173 bytes, checksum: 1379fb1f089ab39be04b8b6a43d7a547 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-07-18T16:21:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cascadan_d_dr_bauru.pdf: 13516173 bytes, checksum: 1379fb1f089ab39be04b8b6a43d7a547 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-18T16:21:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cascadan_d_dr_bauru.pdf: 13516173 bytes, checksum: 1379fb1f089ab39be04b8b6a43d7a547 (MD5) Previous issue date: 2016-05-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Ligas de titânio apresentam grande potencial para uso como biomateriais devido à boa biocompatibilidade e propriedades mecânicas. A adição do níquel ao titânio melhora a resistência ao desgaste, à corrosão e propriedades mecânicas deste elemento. O objetivo deste trabalho foi investigar os efeitos da dopagem de oxigênio na estrutura, microestrutura e em algumas propriedades mecânicas selecionadas de ligas do sistema Ti-xNi%p, x= 10, 15 e 20. Neste trabalho as ligas foram preparadas pela fusão dos metais comercialmente puros em forno a arco voltaico. Para comprovar a composição das ligas obtidas foram feitas análises químicas por emissão óptica por plasma induzido e EDS, que forneceu também o mapeamento dos elementos titânio e níquel para verificar a homogeneidade das ligas. Tratamentos térmicos de homogeneização foram realizados como preparação para a conformação mecânica, no caso a laminação a quente, e após para obter uma microestrutura mais estável, livre de tensões. A seguir foram realizadas dopagens com oxigênio, variando a pressão deste gás e a temperatura, originando amostras com quantidades diferentes de oxigênio. A estrutura foi analisada por difração de raios-X e a microestrutura por microscopia óptica, eletrônica de varredura e EDS para analisar a distribuição dos elementos titânio e níquel nas fases. A quantificação de oxigênio e nitrogênio foi feita por fusão sob gás inerte. As propriedades mecânicas mensuradas foram dureza e módulo elástico dinâmico. Os resultados mostraram que as amostras apresentam a concentração adequada de níquel e boa homogeneidade dos elementos. As ligas apresentam predominantemente as fases alfa e intermetálica Ti2Ni e a quantidade desta aumenta de acordo com a concentração de níquel. Nas amostras Ti15Ni e Ti20Ni este intermetálico reagiu com oxigênio formando o trióxido Ti4Ni2O. As microestruturas variaram de acordo com o processamento, assim como os valores de microdureza. Os valores de módulo elástico estão um pouco acima do titânio devido â formação de uma nova fase intermetálica, mas não variaram significativamente com os processamentos e a dopagem com oxigênio. / Titanium alloys have great potential for use as biomaterials due to the good biocompatibility and mechanical properties. The nickel addition to titanium improves the wear, corrosion and mechanical resistance of this element. The objective of this work was to investigate the effects of oxygen doping on structure, microstructure and on some selected mechanical properties of Ti-xNi wt% (x = 10, 15 and 20) alloys system. In this work, the alloys were prepared by melting of commercially pure metals in arc furnace. To establish the composition of the obtained alloys chemical analyses were made by induced plasma optical emission and EDS, which also provided the titanium and nickel elements mapping to check the homogeneity of alloys. Homogenization heat treatment was performed in preparation for conformation, in the case hot-rolling, and after, to get a more stable microstructure, free of stress. Oxygen doping were made, by varying the pressure of this gas and temperature, resulting in samples with different quantity of oxygen. The structure was analyzed by x-ray diffraction and the microstructure by optical and scanning electron microscopy, and EDS, to analyze the distribution of the elements titanium and nickel in phases. Quantification of oxygen and nitrogen was made by melting under inert gas. The mechanical properties measured were hardness and elastic modulus. The results showed that the samples have the proper concentration of nickel and titanium, and good homogeneity of the elements. The alloys present predominantly alpha and Ti2Ni intermetallic phases and its amount increases according to the nickel concentration. In Ti15Ni Ti20Ni samples this intermetallic reacts with oxygen forming trioxide Ti4Ni2O. The microstructures varied according to the processing, as well as the values of microhardness. The values of elastic modulus are a little above the titanium due to the formation of new intermetallic phase,but not varied significantly with the processing and oxygen doping.

O módulo de elasticidade do concreto é uma propriedade muito importante para o projeto estrutural. Apesar do comportamento tensão-deformação não linear do concreto, uma estimativa adequada desta propriedade é fundamental para a análise estrutural, avaliação de efeitos de segunda ordem e verificações de deslocamentos. Em especial, o módulo de elasticidade dinâmico é uma propriedade muito importante na análise de vibrações excessivas. Todavia, sua determinação é tipicamente feita a partir do módulo de elasticidade estático. Os códigos normativos usualmente apresentam equações para estimativas do módulo de elasticidade estático a partir da resistência do concreto à compressão, densidade e tipo de agregado utilizado. Logo, outra limitação de tais estimativas é a não consideração de características da zona de transição além do tipo, fração volumétrica e dimensão dos agregados empregados na mistura. Por outro lado, a teoria dos materiais compósitos multifásicos permitiu, nos últimos tempos, o avanço dos modelos de previsão das propriedades do material. Portanto, o entendimento isolado do comportamento da pasta, areia, brita, argamassa e zona de transição é importante para a previsão do comportamento do compósito concreto. Desta forma, utilizou-se do ensaio acústico para a caracterização de variadas dosagens de pasta, argamassa, rocha e concreto. Assim, foi possível investigar a correlação entre as propriedades dinâmicas do compósito concreto e sua microestrutura. Variações de parâmetros como o fator água-cimento, maturidade, presença de superplastificante e tipo de agregado graúdo utilizado na mistura impuseram variados padrões microestruturais, e estes foram avaliados frente às propriedades dinâmicas do material, em especial, ao módulo de elasticidade dinâmico. Também foi possível a constatação da interdependência microestrutural entre o módulo de elasticidade dinâmico, módulo de cisalhamento e coeficiente de amortecimento. Já o coeficiente de Poisson apresentou pouca correlação com as outras propriedades supracitadas. Finalmente fez-se a inferência sobre a precisão das estimativas para módulo de elasticidade dinâmico através das equações empíricas contidas em normas e dos modelos teóricos obtidos via formulação para materiais bifásicos. Uma curva que correlaciona o módulo de elasticidade dinâmico e estático foi proposta para a maturidade referente aos 28 dias. / The modulus of elasticity of concrete is a very important property for structural design. Despite the nonlinear stress-strain behavior of concrete, an appropriate estimate of this property is essential for structural analysis, evaluation of second-order effects and excessive deflexions. In particular, the dynamic modulus of elasticity is an important property in analysis of excessive vibration. However, this value is often estimated from the static modulus. Design codes usually contain equations estimating the static modulus based on compressive strength of concrete, density and type of aggregate used. Another limitation of such estimates is neglecting the characteristics of the transition zone, and the type, size and volume fraction of the aggregates used in the mixture. On the other hand, the theory of multiphase composites materials has allowed in recent times, advances of predictive models of material properties. Therefore, the isolated understanding of paste behavior, sand, gravel, mortar and transition zone is important for predicting concrete composite behavior. In this way, the acoustic test it was utilized for characterization of the various mixes of the paste, mortar, rock and concrete. Thus, it was possible to investigate the correlation between the dynamic properties of the composite concrete and its microstructure. Variations in parameters such as the water-cement ratio, maturity, presence of superplasticizer and type of coarse aggregate used in the mix, imposed various microstructural patterns, and these were evaluated face to the material dynamic properties, in particular to the dynamic modulus of elasticity. Detected a microstructural interdependence between the dynamic modulus of elasticity, shear modulus and damping coefficient It was also. On the other hand, the Poisson ratio, presented low correlation with the other properties mentioned. Finally an inference about the accuracy of estimates for dynamic modulus of elasticity through empirical equations contained in standards and theoretical models obtained by the formulation for biphasic materials was made. A curve that correlates the dynamic and static modulus of elasticity was proposed for the age of 28 days.

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T09:57:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_DanielleQuemel_M.pdf: 4992267 bytes, checksum: 0ad011d313cdb53f6adb52d4042ac76e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O titânio é largamente utilizado na fabricação de implantes ortopédicos devido as suas excelentes características como biocompatibilidade, alta resistência à corrosão e baixa densidade. Em alguns casos, o comportamento mecânico do titânio comercialmente puro não é ideal, principalmente quando solicitações mecânicas elevadas estão presentes. Nesse caso, é comum a utilização de ligas de titânio. Em termos de biomaterial estrutural, um sistema bastante interessante é o Ti-Nb, pois além de exibir alta resistência mecânica, ligas desse sistema podem apresentar baixo módulo de elasticidade, o que é necessário em implantes ortopédicos. Entretanto, dependendo da composição e processamento utilizados, tais ligas podem apresentar precipitação da fase metaestável w, o que é indesejável e leva à fragilização das amostras. Uma forma de evitar tal precipitação é a adição controlada de Zr a ligas desse sistema. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência do teor de Zr na estabilidade de fases em ligas Ti-Nb resfriadas rapidamente, obtidas por fundição em molde de cobre. Foram estudadas ligas contendo 15, 25 e 30% em peso de Nb, com teores de 2,5 a 15% em peso de Zr. As amostras obtidas foram caracterizadas através de microscopia óptica e eletrônica de varredura, difração de raios-X, ensaios de dureza Vickers e ensaios acústicos para a determinação do módulo de elasticidade. Para ligas contendo 25 e 30% em peso de Nb, os resultados obtidos indicam que o Zr pode estabilizar a fase b, suprimindo a formação de fase w e de martensita ortorrômbica, À medida que a adição de Zr altera o equilíbrio de fases, também afeta a densidade, o módulo de elasticidade e a dureza das amostras estudadas / Abstract: Titanium is remarkably used in the fabrication of orthopedic prosthesis due to several properties such as biocompatibility, high corrosion resistance and low density. In some cases, commercially pure titanium is not suitable, for instance, when high strength is required, and in these situations titanium alloys are successfully used. When structural biomaterials are concerned the Ti-Nb system is rather interesting, since it may present high strength alloys that may also present low modulus, which is definitely important for orthopedic implants. However, depending on composition and processing, the Ti-Nb alloys undergo precipitation of the metastable w phase that not only enhances the brittle behavior but also enhances the modulus. w precipitation may be suppressed by Zr additions. The purpose of this work is to evaluate the effect of different Zr additions on the stability of quenched Ti-Nb alloys cast in a copper mold. The alloys studied contained 15, 25 and 30% in weight of Nb and 2.5 to 15% in weight of Zr. The characterization of the samples involved optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Vickers hardness and determination of the elastic modulus utilizing an acoustic method. The results obtained with the alloys containing 25 and 30% in weight of Nb show that Zr stabilizes the b phase and suppresses the formation of both w and the orthorhombic martensite (a¿). It was observed that addition of Zr modifies the balance of phases and hence, affects the density, the modulus of elasticity and the hardness of the studied samples / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho avaliou in vitro a dureza e módulo de elasticidade de uma resina composta nanohíbrida (Tetric N-Ceram/Ivoclair-Vivadent) com diferentes cores, fotoativada por duas unidades com diferentes comprimentos de onda em 3 espessuras (1, 2 e 3mm) comparadas à partir da superfície irradiada (0mm). Os espécimes foram divididos em grupos (n=5): microdureza Knoop-KHN, ultramicrodureza-DUH e módulo de elasticidade-ME, cor (A2 e Bleach-M(BM), fotoativador LEDazul (Elipar Freeligth2/3M(750mW/25s/430-480nm(FL) e LEDazul/violeta Bluephase/Ivoclar/Vivadent (1200mW/cm²/15s/380-515nm(B15) e 30s(B30). Os espécimes foram armazenados por 24h/37ºC. Os ensaios de KHN foram realizados no HMV-2000/Shimadzu, com carga de 25gf/40s, e de DUH e ME no DUH 211S/Shimadzu com força de 10mN e tempo de espera de 0s. Foram realizadas 5 endentações na superfície irradiada (0mm) e na base das amostras (1, 2 e 3mm). A análise estatística foi realizada por ANOVA, Tukey e correlação de Pearson (p<0,01%). O teste de Pearson mostrou haver correlação direta entre a KHN e a DUH. A fonte FL promoveu maiores valores de KHN e de DUH para as duas resinas testadas; enquanto que a fonte B15, promoveu o maior valor de ME. Quanto às espessuras, 0 e 1mm apresentaram maiores valores de KHN e de DUH, e menores de ME que as espessuras de 2 e 3mm. A cor A2 apresentou maior valor de KHN e DUH e menor ME que a cor Bleach-M. Assim, de acordo com a metodologia proposta e os resultados apresentados pode-se concluir que apesar de a luz LEDazul/violeta propor uma maior eficácia na polimerização de resinas de cor clara, no tocante às propriedades avaliadas isso não foi verificado. / This study evaluated in vitro the hardness (micro and ultramicro) and elastic modulus of a nanohybrid composite resin (Tetric N-Ceram/Ivoclar-Vivadent) with different colors, light sources and thickness. The specimens were divided into groups (n=5): KHN-Knoop microhardness, DUH-nanohardness and ME-elastic modulus; colors: A2 and Bleach-M (BM); light sources: LEDblue Elipar Free light 2/3M-ESPE (750mW/cm²/ 25s/430-480nm- (FL)), LEDblue/violet Bluephase/Ivoclar-Vivadent (1.200mw/cm²/15s/380-515nm) (B15) and 30s (B30); thickness: 1mm, 2mm and 3mm, compared to the irradiated surface (0mm). Specimens were stored dry for 24hours at 37ºC after photo curing. Assays were performed at KHN in HMV-2000/ Shimadzu with load of 25gf at 40s and DUH/ME in DUH 211S/Shimadzu with force of 10mN and no hold time (0s). 5 indentations of each test were made in the surfaces opposites to the photo curing. A statistical analysis was performed by ANOVA, Tukey and Pearson correlation (p<0.01%). Pearsons Test showed a direct correlation between KHN and DUH. Comparison between KHN and ME in the studied resins indicated that the light source FL promoted higher values of KHN and DUH to both resins tested, whereas the B15 light source promoted the higher ME value. Regarding thickness 0mm and 1mm showed higher KHN and DUH and lower ME than 2 and 3mm thickness. A2 color showed higher KHN and DUH and lower ME than BM. Thus, according to the proposed methods and the presented results, the LEDblue/violet was not better for curing the light color of the nanohybrid resin, than LEDblue.

O presente estudo teve como objetivo avaliar o desempenho de quatro resinas bulk fill (Filtek Bulk Fill (FBF), Opus Bulk Fill (OBF), Sonicfill (SF) e Tetric N-Ceram Bulk Fill (TNBF)) e uma resina convencional (Charisma Diamond (CD)) quanto às seguintes propriedades: resistência à flexão (RF), módulo de elasticidade (ME) e dureza Knoop (KHN) em função da profundidade e após a realização de um envelhecimento acelerado. Corpos de prova em formato de barra foram confeccionados simultaneamente em diferentes profundidades (1, 2, 3, 4 e 5 mm) para realização dos testes de resistência à flexão (n=10), módulo de elasticidade (n=10) e dureza Knoop (n=3). Os testes foram realizados em dois momentos, previamente e após a realização de um envelhecimento acelerado, que consistiu na realização de uma termociclagem com banhos alternados em água a 5 e 55ºC, com 1 min de imersão em cada, por 2000 ciclos. Os resultados para o teste de RF e ME mostraram que os valores para estas duas propriedades diminuíram em função da profundidade e após a realização da termociclagem para todas as resinas estudadas. Apenas a resina TNBF não apresentou diferença estatística para valores de ME após o envelhecimento acelerado. Quanto à dureza, os valores também diminuíram em função da profundidade, porém aumentaram após a realização do envelhecimento acelerado. Apenas a resina SF não apresentou diferença estatística entre os valores de dureza antes e após o envelhecimento. A resina convencional CD após a ciclagem térmica foi a única que apresentou relação base/topo (2 mm) acima de 80%. Nenhuma das resinas do tipo bulk fill apresentou uma relação base/topo acima de 80% para a dureza quando avaliadas na espessura máxima recomendada. Com base nos resultados obtidos, pode-se afirmar que, quando fotoativadas na espessura máxima recomendada, apenas a resina convencional CD apresentou resultados condizentes com a homogeneidade esperada em todas as condições deste estudo. Entretanto, para as resinas do tipo bulk fill, pode-se observar que as propriedades estudadas, de modo geral, sofreram uma diminuição significativa em função da profundidade. Para o envelhecimento, a dureza, diferentemente dos outros parâmetros, mostrou uma tendência de aumento. / The purpose of this study was to evaluate the performance of four bulk fill resins (Filtek Bulk Fill (FBF), Opus Bulk Fill (OBF), Sonicfill (SF) and Tetric N-Ceram Bulk Fill (TNBF)) and a conventional resin (Charisma Diamond (CD)) for the following properties: flexural strength (FS), flexural modulus (FM) and Knoop hardness (KHN) as a function of depth and after accelerated aging. Specimens were made simultaneously with different depths (1, 2, 3, 4 and 5 mm) for flexural strength tests (n = 10), flexural modulus (n = 10) and Knoop hardness (n = 3). The tests were carried out in two moments, before and after the accelerated aging process, which consisted of thermocycling with alternating baths in water at 5 and 55ºC, with 1 min immersion in each, for 2000 cycles. The results for the FS and FM tests showed that the values for these two properties decreased as a function of depth and after the thermocycling for all the studied resins. Only TNBF resin showed no statistical significant differences in FM values after accelerated aging. For the hardness test, values also decreased as a function of depth, but increased after accelerated aging. SF resin was the only one that showed no statistical significant differences between hardness values before and after aging. CD, after thermal cycling, was the exclusive resin to show a bottom/top ratio above 80%. None of the bulk fill resins had a bottom/top ratio above 80% for hardness when evaluated at the maximum recommended thickness. Based on the results obtained, it can be stated that, when photoactivated at the maximum recommended thickness, only the conventional resin CD presented results consistent with the expected homogeneity in all the conditions of this study. However, for bulk fill resins, it can be observed that the studied properties, in general, suffered a significant decrease as a function of depth. For aging, the hardness, unlike the other parameters, showed a tendency to increase.

Orientador: Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T05:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_SandraAndreiaStwartdeAraujo_D.pdf: 29406912 bytes, checksum: 599ca950936f4d1a34c07ae03af24fb6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Freqüentemente, os implantes femorais falham devido à transferência insuficiente de carregamento a partir da haste metálica para o osso adjacente. Este problema está relacionado à diferença de rigidez entre osso e prótese, que depende em parte de seus módulos de elasticidade. Dessa forma, ligas com módulos de elasticidade menores são desejáveis, a fim de melhorar a distribuição de tensões nos tecidos ósseos adjacentes. Adições de Nb e Ta ao titânio propiciam a redução do módulo de elasticidade, além de não provocarem reação alérgica nos tecidos ao redor do implante. Como as propriedades das ligas de titânio são fortemente dependentes de suas fases constituintes, este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da taxa de resfriamento sobre as transformações de fases das ligas Ti-(25; 30; 35)%Nb-(0; 2,5; 5; 7,5)%Ta (% em peso), com ênfase na identificação das relações entre propriedades e microestrutura. Assim, foi verificado que as adições desses elementos promoveram a formação das fases a", ß-metaestável e ? em uma ampla faixa de taxas de resfriamento e que a dureza e o módulo de elasticidade das ligas foram fortemente influenciados pela precipitação da fase ?. Em geral, as ligas submetidas a altas taxas de resfriamento apresentaram limite de escoamento variando de 303 a 457 MPa e alongamento variando de 6 a 38%. As ligas Ti-35Nb e Ti-35Nb-7,5Ta foram também envelhecidas e os resultados obtidos mostraram que a liga Ti-35Nb-7,5Ta apresenta a melhor combinação entre alta resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade. / Abstract: Life time of femoral implants is usually shortened by insufficient transfer of load from implant to adjacent bone; this problem is attributed to the different stiffness of bone and implant that partially depends on their elastic moduli. Therefore, alloys exhibiting lower values of elastic modulus are desirable in order to improve the distribution of stress in the adjacent bone tissue. On this purpose, additions of Nb and Ta to titanium permit to reduce the elastic modulus, not provoking allergic reactions. Since properties of titanium alloys are strongly dependent on their constituent phases, this study aims to evaluate the effect of cooling rates on the phase transformations of the Ti-(25; 30; 35)%Nb-(0; 2.5; 5; 7.5)%Ta (wt. %) alloys; the work is focused on identifying the microstructure-property relationship. Thus, it was observed that additions of the alloying elements led to the formation of a", ß-metastable and ? phases in a wide range of cooling rates. Moreover, ? phase precipitation strongly influences hardness and elastic modulus. When cooled at high cooling rates the alloys presented yield strength ranging from 303 to 457 MPa and elongation ranging from 6 to 38%. Aging treatments were also applied to the Ti- 35Nb and Ti-35Nb-7.5Ta alloys and the results show that the Ti-35Nb-7.5Ta alloy presents the best combination between high strength and low modulus. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Friction between nanoscale objects has been a subject of great interest and intense research effort for the last two decades. However, the vast majority of the work done in this area has focused upon the sliding friction between two rigid, atomically smooth surfaces. Thus the parameter most explored has been the corrugation in the atomic potentials and how this affects the force required to slide one object across another. In truth, many nanoscale objects whose translation force is of practical interest are more spherical in nature. We hypothesize that the factors that determine the translation force will be related, not only to the interfacial adhesion, but also to the mechanical properties of the translating object and its underlying surface. The dependence on these quantities of the friction is not known. In this dissertation we have utilized Atomic Force Microscopy and Force Spectroscopy to study the tribological properties of submicron scale polymeric particles to explore how the friction between these submicron spherical objects translating over planar substrates is related to interfacial energy and the mechanical properties for these particles. A technique for modifying the mechanical properties was developed and used to provide a set of samples over which we had control of the elastic modulus without corresponding changes in the chemical bonds. The modified mechanical properties were tested against the Flory-Rehner theory. Lateral force microscopy was used to measure the force required to translate asymmetric, nanoscale particles of controlled size, surface chemistry and moduli. Silicon wafers were used as the substrate. The effects of work of adhesion, elastic modulus of polystyrene microspheres, and contact radius between particle and substrate have been studied for the different modes of particle translation under an external force.

Dans le domaine des biomatériaux, les alliages de titane sont parmi les matériaux les plus attractifs pour les implants ostéointégrés grâce à leur forte résistance à la biocorrosion, une meilleure biocompatibilité et de bonnes propriétés mécaniques spécifiques. Parmi ces propriétés, le faible module élastique des alliages de titane a fortement attiré l'attention par rapport à la transmission des contraintes fonctionnelles de l'implant à l'os environnant. L'objectif de ce travail de thèse consiste à obtenir des alliages de titane aux propriétés mécaniques modulables, possibles grâce au contrôle des traitements thermomécaniques. Ceci permet d'obtenir dans un premier temps un gradient d'élasticité au sein des alliages, ainsi qu'un gradient de tailles de grains dans un second temps. L'obtention de ces gradients est rendue possible grâce à la transformation martensitique réversible β ↔ α’’ ainsi qu'à la dissolution de phase ? par traitements thermiques flash. Il est également possible de contrôler les échelles microstructurales pour obtenir des matériaux nanostructurés, homogènes et stables thermiquement, permettant de mettre en évidence un comportement superplastique à basse température. Ces derniers résultats sont susceptibles de présenter une très bonne alternative aux procédés de SPD utilisés couramment. Une caractérisation complète de ces nouveaux matériaux est réalisée en combinant analyses MEB, MET et DRX. Les valeurs de modules élastiques sont obtenues par essais de traction et localement, par mesures de microindentation instrumentée. / In the field of biomaterials, titanium alloys are among the most attractive materials for osseointegrated implants due to their high biocorrosion resistance, increased general biocompatibility and specific mechanical properties. Among these properties, low elastic modulus of titanium alloys has attracted much attention regarding the transmission of functional loads from the implant to the surrounding bone. The aim of this work consists in developing functionally graded materials, with careful attention to the thermomechanical treatments. In one hand, this allows us to obtain a gradient of elasticity in bulk materials and in the other hand, a gradient of grain sizes. This is possible thanks to the reversible martensitic transformation β ↔ α’’ and also to the α phase dissolution during flash treatments. The microstructural scale is also controlled in order to develop homogeneous materials at the nanoscale, thermally stables, and exhibiting superplasticity at low temperatures. These results are thought to be good strategy to avoid the use of SPD processes. A complete characterization of these new materials is performed with the combination of SEM, TEM and XRD analyses to appreciate the modifications of the microstructures and grain sizes. Values of elastic modulus are obtained by tensile tests, and locally determined with the use of instrumented microindentation measurements.