L’influence de traitements thermiques de revenu sur la corrosion localisée ainsi que sur la résistance mécanique en traction de l’alliage d’aluminium 2024 a été étudiée. Cet alliage est utilisé en construction aéronautique, à l’état T351 (mise en solution, trempe, écrouissage et maturation) grâce aux ses propriétés mécaniques élevées ; à l’état T6 (mise en solution, trempe, revenu au pic de dureté) il présente un bon compromis résistance/ductilité. Par contre, la présence d’hétérogénéités microstructurales le rend sensible à la corrosion localisée. Le traitement T7 (mise en solution, trempe, revenu après pic de dureté) peut améliorer la tenue à la corrosion au détriment des propriétés mécaniques. Dans un premier temps, il s’est agit de déterminer les conditions d’obtention des états métallurgiques T6 et T7 à étudier, à partir des courbes de dureté Vickers en fonction du temps de traitement. Les états métallurgiques obtenus, la microstructure et les propriétés mécaniques à l’échelle macroscopique et locale, ont été analysés. Un point important de cette étude a consisté en la recherche d’une méthode optimale pour la détermination de la distribution des particules intermétalliques grossières, paramètre de premier ordre pour les couplages galvaniques mis en jeu lors de la dissolution des particules. Dans un second temps, le comportement en corrosion, à différentes échelles a été suivi. Des techniques électrochimiques tel que le tracé de courbes de polarisation potentiocinétique et le suivi de potentiel libre, ont permis d’évaluer l’influence du traitement de revenu sur comportement globale en corrosion. A l’échelle locale, la dissolution des particules intermétalliques grossières a été suivie par l’évolution du potentiel de surface en fonction des différents traitements thermiques. Cela a pu être déterminé par microscopie à force atomique, couplée à l’analyse chimique des phases obtenue par spectroscopie à sélection d’énergie. Le taux de corrosion ainsi que l’abattement des propriétés mécaniques à différentes échelles, ont clairement montré l’importance du traitement T7 par rapport au traitement T6. L’ensemble des résultats présente un intérêt industriel dans la mesure où la résistance à la corrosion associée aux propriétés mécaniques peuvent indiquer la probabilité de l’endommagement du matériau. / Nr

The nature of surface-enhanced Raman scattering (SERS) on nanostructured surfaces is explored using both inorganic and organic-based systems and a variety of environmental perturbation mechanisms. Experimental optical characterisation systems are developed and existing systems extended to facilitate this exploration. SERS of inorganic semiconducting quantum dots (QDs) is observed for the first time, paving the way for their use as spatially well-defined SERS markers. Tuning of the Raman excitation wavelength allows comparison between resonance and nonresonance QD SERS and identifies enhancement due to the plasmonic nanostructure. A gentle mechano-chemical process (carbon dioxide snow jet) is used to rearrange adsorbed organic thiol monolayers on a gold plasmonic nanostructure. The necessity of nanoscale roughness to the large SERS enhancement on pit-like plasmonic nanostructures is shown and demonstrates a new method to boost SERS signals (> 500 %) on plasmonic nanostructures. A multiplexed time-varied exposure technique is developed to track this molecular movement over time and highlights the different origins of the SERS peak and its accompanying background continuum. Using low-temperature cryogenics (down to 10 K) the SERS peak and background continuum intensity are shown to increase as the plasmonic metal damping reduces with temperature. Temperature dependent measurements of QD (resonance) SERS are shown to have strong wavelength dependence due to the excitonic transitions in QDs. Changes to the QD fluorescence at low temperature allows striking comparison between the Raman and fluorescence processes. The role of charge transfer and electromagnetic enhancement in the SERS intensity of p-aminothiophenol (pATP) is investigated on nanostructured plasmonic surfaces coupled to metallic nanoparticles. The results support the importance of charge transfer effects to the SERS of pATP, and highlight the difference between those of electromagnetic origin. Addition of nanoparticles to the nanostructured surface was seen to enhance SERS signals by up to 100×.

Micro/Nanostructuring of polymers by femtosecond pulses is of extreme importance because it drives applications in photonics and biomedicine. A femtosecond pulse, with an intensity of ∼ 10^13 W/cm^2, is capable of causing an optical breakdown and inducing permanent modification in the material. With such high intensity, and considering the fact that polymers possess high band gaps, the interaction nature is completely nonlinear, and the material can be modified locally on the surface and in bulk. The irradiated regions exhibit fluorescence, and they display new wetting properties as a consequence of the optical breakdown of a material. The optical breakdown can be investigated by studying the nonlinear absorption. In this thesis, we discuss the nonlinear absorption of fs-laser pulses inside polymers using transmission measurements. We show a step– function–like behaviour of the transmission, dropping abruptly to ∼ 20% at the optical breakdown threshold with a ∼ 40 % reduction in the band gap. Utilizing spectroscopy, we show that the laser-modified regions contain randomly distributed nanoclusters. The presence of localized nanoclusters is responsible for exhibiting fluorescence, within ∼ 10 µm3 for a single pulse. This feature was exploited to demonstrate high-density data storage in Polymethyl methacrylate (PMMA) without any special material preparation. We demonstrate up to 20 layers of embedded data that can be stored in a standard 120 mm disc. Storage capacity of 0.2 TBytes/disc can be achieved by adjusting read laser parameters. Besides the fluorescence capability induced in the bulk of polymers, the hydrophilicity shown by the fs–laser modified surface is utilized to study selective cell growth on the micro-structured Polydimethylsiloxane (PDMS) surface. We show that the C2C12 cells and rabbit anti-mouse protein attach preferentially to the modified regions when the surface is modified with low pulse energies. However, in the high pulse energy regime, the laser-modified regions exhibit superhydrophobicity inhibiting cell adhesion.

Continuous processing in the pharmaceutical and fine chemical industries, particularly in micro/milli-scale reactors, has been a topic of interest in literature in recent years due to the advantages offered over batch reactions. One such advantage is the enhanced transport properties of operating at smaller scales, although the quantification of the transport phenomena is not straightforward when wall and entrance effects cannot be neglected. In the first study presented, various micro-mixer geometries and scales were considered to increase the mixing efficiency in liquid-liquid systems of diverse interfacial tensions for fast reactions. The conditions were varied over different flow regimes; including slug flow, parallel flow, and drop flow. A mass-transfer-limited test reaction was used to evaluate the overall volumetric mass transfer coefficients (Korga) as a function of the average rate of energy dissipation (ε) for each mixer design. The onset of drop flow occurred at a lower ε for the LL-Triangle mixer when compared with the Sickle or LL-Rhombus mixers for low interfacial-tension systems (i.e., n-butanol-water). In the drop flow regime for energy dissipation rates of around 20 to 500 W/kg, Korga values ranged from approximatively 0.14 to 0.35 s-1 and 0.004 to 0.015 s-1 for the relatively low and high interfacial-tension (i.e., toluene-water) systems, respectively. The second investigation explored the heat transfer properties of a FlowPlate® system by Ehrfeld Mikrotechnik BTS. First, in a non-reactive system with rectangular serpentine channels (d_h<1mm, 400<Re<2000), a Gnielinski-type model was fit to the internal Nusselt number. Using a silver-based thermal paste between the reactor and heat transfer fluid plates proved to reduce the external resistance to heat transfer by ~70%, yielding overall heat transfer coefficients of ~2200 [W/(m^2 K)]. Secondly, a Grignard reaction was highlighted as a test reaction to compare different reactors’ localized heat transfer characteristics (i.e., hotspot formation) with various micro-mixer geometries, materials, injection ports, and channel scales. Lastly, a case study of four reactions utilized the fourth Damköhler number to determine a maximum channel diameter that would remove sufficient heat to avoid hotspot formation. Each of these studies provides insight to aid in the proper selection of a reactor for a given set of physical properties and reaction kinetics/enthalpies.

Les Structures Localisées (SL) se forment dans les milieux non-linéaires dissipatifs à large rapport d'aspect où une ou plusieurs solutions peuvent coexister dans l'espace des paramètres. Bien que la formation des SL est un phénomène général, leur mise en œuvre dans les lasers à semi-conducteur se montre très intéressante due au potentiel qu'offre les SL pour le traitement tout optique de l'information. En effet, l'idée de base est d'utiliser les SL comme des bits d'information en exploitant leur propriété d'addressabilité dans un milieu laser rapide et miniaturisé. Dans ce travail, je décrirai les résultats théoriques et expérimentaux obtenus dans les lasers à semi-conducteur à cavité vertical (VCSEL). Après une courte introduction sur les SL spatiales déjà observées dans la section transverse des VCSELs, j'expliquerai comment nous sommes parvenus à générer des SL temporelles à partir d'un régime de Mode-Locking passif obtenu quand le laser est couplé à une longue cavité externe fermée par un absorbant saturable rapide. Nous avons également observé l'émergence d'un autre type de SL, les SL temporelles vectorielles, dont le mécanisme de formation exploite le degré de liberté de polarisation de la lumière émise par le VCSEL alors que celui-ci est soumis à de la rétro-action optique sélective en polarisation (PSF) et de la réinjection de polarisation croisée (XPR). / Localized Structures (LS) appear in nonlinear dissipative media with large aspect-ratios where one or several solutions coexist in the parameters space. Although LS formation is a general phenomenon, their implementation in semiconductor lasers is of great interest due to the potential of LS for all-optical data processing. In fact, the basic idea consists in using LS as bits of information exploiting their property of addressability in a fast and small-sized medium. In this contribution, I will show the experimental and theoretical results obtained in Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs). After a brief historical introduction on spatial LS emerging in the transverse profile of VCSELs, I will describe our method for the generation of temporal LS, that we observed in the frame of passive mode-locking when the VCSEL is coupled to a long external cavity closed by a fast saturable absorber, and vectorial LS, whose formation exploits the polarization degree of freedom of the VCSEL, which is submitted to the actions of a polarization-selective feedback (PSF) and a crossed-polarization reinjection (XPR).

Orientador: Rogerio Custodio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T14:18:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paschoal_JulianadeLima_M.pdf: 914971 bytes, checksum: 5a3a529f3c0006227e418c9e1629e6a5 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Uma estratégia recente denominada Monte Carlo Quântico (MCQ) permite acessar a função de onda exata de um sistema resolvendo a equação de Schrödinger. Dentre as alternativas de MCQ destacam-se o Monte Carlo Quântico Variacional (MCQV) e o Monte Carlo Quântico de Difusão (MCQD). O MCQV determina o valor médio de qualquer propriedade atômica ou molecular associada a uma função de onda arbitrária empregando o algoritmo de Metropolis. O MCQD, por sua vez, baseia-se na solução da equação de Schrödinger dependente do tempo através de um processo de difusão em equilíbrio com um processo cinético de primeira ordem. Neste trabalho os objetivos são: a) comparar os efeitos de funções de base de Slater com diferentes expoentes nos níveis de teoria do MCQV e MCQD; b) testar funções de onda baseadas no modelo Hartree e Hartree-Fock no MCQV e MCQD e c) avaliar o efeito da localização de orbitais nestes métodos. Esses objetivos foram avaliados em átomos, moléculas diatômicas e alguns hidretos poliatômicos contendo elementos do segundo período da tabela periódica. Inicialmente, usou-se de uma função de onda representada por um determinante de Slater com orbitais obtidos através da combinação linear de funções de Slater através do método Hartree-Fock. Os expoentes do conjunto de base utilizado foram determinados através das Regras de Slater, otimização Hartree-Fock em ambiente molecular e otimizaçãoHartree-Fock em ambiente atômico. O MCQV e o MCQD foram empregados para a obtenção da energia média do sistema. Posteriormente, substituíram-se as funções de Slater por funções STO-6G. Os mesmos expoentes do conjunto de base utilizados nos cálculos com funções de Slater foram empregados para os cálculos STO-6G. Finalmente, utilizou-se o produto de Hartree como função de onda para os cálculos MCQV e MCQD com as funções de base já mencionadas. As principais conclusões desse trabalho são: a) o MCQD, conforme esperado, apresenta menores energias quando comparado ao MCQV; b) Cálculos MCQD usando determinante de Slater, conjunto de base com otimização de expoente para a molécula e átomo e nehum fator de correção forneceu energias comparadas a Gaussianas do tipo double-zeta no método coupled cluster incluindo excitações simples e duplas; c) Funções de base STO-6G devem ser utilizadas com cautela para representar funções STO; d) as energias calculadas através do produto de Hartree apresentam um comportamento que se distancia das funções Hartree-Fock quando orbitais localizados são usados; e) resultados melhores são esperados quando orbitais são auto-consistentes com respeito ao método de Hartree. / Abstract: A recent strategy called Quantum Monte Carlo (QMC) allows to access the exact wave function of a system solving Schrödinger¿s equation. Among the alternatives of QMC, Variational Quantum Monte Carlo (VQMC) and Diffusion Quantum Monte Carlo (DQMC) are distinguished. VQMC determines the average value of any atomic or molecular property associated to an arbitrary wave function using Metropolis algorithm. DQMC, on the other hand, is based on the solution of the time-dependent Schrödinger equation from a diffusion process in equilibrium with a first-order kinetic process. In this work the objectives were: a) to compare the effect of the Slater basis set with exponents adjusted in different environments at the VQMC and DQMC levels of theory; b) to test wave functions based on the Hartree and Hartree-Fock models along with VQMC and DQMC; c) to evaluate the effect of orbital localization within these methods. These objectives are evaluated in atoms, diatomic molecules and some polyatomic hydrates containing elements from the second period of the Periodic Table. Initially, a conventional wave function represented by a single Slater determinant is used with orbitals from the linear combination of Slater¿s functions from the Hartree- Fock method. The basis set exponents are determined from the Slater rules, Hartree-Fock atom optimized and Hartree-Fock molecule optimized. VQMC and DQMC yielded the average energy of each system. Later, Slater¿s functions are changed to the STO-6G basis functions. The same basis set exponents are applied for the STO-6G calculations. Finally, the Hartree product is used as a wave function for the VQMC and DQMC calculations with the same basis functions already mentioned. The main conclusions fro this work are: a) DQMC, as expected, presents lower energies when compared to VQMC; b) DQMC calculations using single Slater determinant and basis set with molecule and atom optimized exponents and no correlation factor provided energies compared to a Gaussian double zeta basis set at the coupled cluster including singles and doubles excitations level of theory; c) STO-6G must be used with caution in order to represent STO functions; d) the energies calculated with the Hartree product presented a behavior not far from the Hartree-Fock wave functions when localized orbitals were used; e) better results are expected if orbitals are self-consistent with respect to the Hartree method. / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Purpose: To enhance prognostic information of protein biomarkers for clear cell renal cell carcinomas (ccRCCs), we analyzed them within prognostic groups of ccRCC harboring different tumor characteristics of this clinically and molecularly heterogeneous tumor entity. Methods: Tissue microarrays from 145 patients with primary ccRCC were immunohistochemically analyzed for VHL (von Hippel-Lindau tumor suppressor), Ki67 (marker of proliferation 1), p53 (tumor protein p53), p21 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A), survivin (baculoviral IAP repeat containing 5), and UEA-1 (ulex europaeus agglutinin I) to assess microvessel-density. Results: When analyzing all patients, nuclear staining of Ki67 (hazard ratio [HR] 1.08, 95% confidence interval [CI] 1.04–1.12) and nuclear survivin (nS; HR 1.04, 95% CI 1.01–1.08) were significantly associated with disease-specific survival (DSS). In the cohort of patients with advanced localized or metastasized ccRCC, high staining of Ki67, p53 and nS predicted shorter DSS (Ki67: HR 1.07, 95% CI 1.02–1.11; p53: HR 1.05, 95% CI 1.01–1.09; nS: HR 1.08, 95% CI 1.02–1.14). In organ-confined ccRCC, patients with high p21-staining had a longer DSS (HR 0.96, 95% CI 0.92–0.99). In a multivariate model with stepwise backward elimination, tumor size and p21-staining showed a significant association with DSS in patients with 'organ-confined' ccRCCs. The p21-staining increased the concordance index of tumor size from 0.75 to 0.78. In patients with 'organ-confined' ccRCC, no disease-related deaths occurred in the group with p21-expression below the threshold of 32.5% p21-positive cells (log rank test: P=0.002). Conclusion: The prognostic information of the studied protein biomarkers depended on anatomic tumor stages, which displayed different acquired biological tumor characteristics. Analysis of prognostic factors within different clinical ccRCC groups could help to enhance their prognostic power. The p21-staining was an independent prognostic factor and increased prognostic accuracy in a predictive model in 'organ-confined' ccRCC.

Porézní anodická alumina (PAA) je oxidová vrstva vytvořená anodickou oxidací hliníku, která má široké průmyslné využití. Její popularita zaznamenala exponenciální nárůst zejména v oblasti nanotechnologií, k čemu přispělo objevení jejího samouspořádání do struktury o nanorozměrech připomínající včelí plástev. Její jednoduchá příprava a laditelné vlastnosti z ní tvoří levný způsob výroby nanostruktur. Ve stejném duchu se tato disertační práce zabývá metodami přípravy funkčních nanostruktur za využití PAA. První část je zaměřena na výrobu pole nanosloupců z oxidu titaničitého (TiO2) a jejich možné použití jako fotoanody pro štěpení vody. TiO2 nanostloupce jsou tvořeny anodizací hliníkové vrstvy na titanovém substrátu, také nazývanou PAA-asistovaná anodizace. Táto studie demonstruje elektrochemické vlastnosti a fotoelektrochemickou aktivitu nano sloupců vytvořených z dusíkem obohacených substrátů, které byly následně různě termálně modifikovány. Hlavním poznatkem studie je, že špatné vlastnosti jsou způsobeny dutou morfologií nanosloupců. Tento poznatek vedl k rozsáhle studii zabývající se dopadem anodizačných podmínek na morfologii ale i stabilitu vytvořených nanosloupců, jejímž výsledkem byla nová strategie anodizace. Druhá část prezentuje výrobní proces přípravy uspořádané vrstvy zlatých nanočástic na transparentním substrátu pro jejich použití jako optického senzoru využívající efekt rezonance lokalizovaných povrchových plasmonů. Základem této multidisciplinární metody je využití kombinace samouspořádání PAA k výrobě šablony a následného procesu řízeného smáčení v pevné fázi tenké vrstvy zlata. Táto práce detailně popisuje technologické aspekty přípravy; od samotné výroby šablon z hliníku, přes vytváření zlatých nanočástic, až po jejich přenos na transparentní substrát. Na závěr této práce jsou kompozity z nanočástic charakterizovány, přičemž je porovnána jejich citlivost na změnu indexu lomu okolí a jejich stálost. Ze závěrů vyplývá, že tato poměrně velkoplošná a levná metoda je konkurence schopná i v oblasti senzorické citlivosti.

Tato práce se zabývá mikroskopickými technikami využívajícími elektronový a iontový svazek pro přípravu a charakterizaci plazmonických nanostruktur. Analytická elektronová mikroskopie je představena se zaměřením na aplikace v oblasti plazmoniky. Důraz je kladen na spektroskopii energiových ztrát elektronů (EELS) a katodoluminiscenci. Dále je diskutována výroba plazmonických vzorků pro transmisní elektronovou mikroskopii, přičemž je kladen důraz na litografii iontovým svazkem a na přípravu vzorků za použití chemicky syntetizovaných částic ve vodném roztoku. Hlavní výzkumné výsledky práce jsou rozděleny do čtyř částí. První část se věnuje komparativní studii plazmonických antén vyrobených elektronovou a iontovou litografií. Přestože obě techniky jsou vhodné pro výrobu plazmonických antén, elektronová litografie by měla být upřednostňována před iontovou litografií díky lepší kvalitě výsledných antén a jejich silnější plazmonické odezvě. Antény vyrobené iontovou litografií mají neostré okraje, vykazují výrazné kolísání tloušťky a jsou také silně kontaminovány nejen organickými kontaminanty, ale také rezidui po iontové litografii včetně implantovaných iontů z iontového svazku a atomů titanové adhezivní vrstvy. Ve druhé části je zkoumán Babinetův princip komplementarity pro plazmonické nanostruktury na sérii zlatých diskových antén a komplementárních apertur ve zlaté vrstvě s různými průměry. Komplementarita je potvrzena pro základní plazmonické vlastnosti jako rezonanční energie, ale rozdíly způsobené omezenou platností Babinetova principu jsou patrné například pro prostorové rozložení blízkého pole plazmonových polaritonů. Třetí část shrnuje studii nanostruktur s funkčními vlastnostmi souvisejícími s lokálním zesílením elektrického a magnetického pole. Obzvlášť silné lokální zesílení pole vykazují plazmonické antény tvaru bowtie a diabolo, a to jak ve formě částic, tak ve formě apertur. Naše studie umožnila identifikovat několik módů lokalizovaných povrchových plazmonů v těchto anténách a charakterizovat jejich vlastnosti včetně energie módu, rozložení elektrické a magnetické složky blízkého pole módu, a kvalitativní rozložení uzlů náboje a proudu souvisejících oscilací elektronového plynu. Dále jsme studovali laditelnost energií módů v blízké infračervené a viditelné spektrální oblasti a zaměřili jsme se na Babinetovskou komplementaritu mezi přímými a invertovanými anténami. Poslední část je zaměřena na stříbrný amalgám, nový a velmi perspektivní plazmonický materiál. Změnou velikosti stříbrných amalgámových nanostruktur může být jejich plazmonová rezonance laděna od oblasti ultrafialového záření přes celou viditelnou až po infračervenou oblast. Jelikož stříbrný amalgám je dobře prozkoumán v oblasti elektrochemie, stříbrné amalgámové nanočástice otevírají možnost kombinovat plazmoniku a elektrochemii dohromady.

The diploma thesis deals with plasmonic nanostructures for visible eventually near-infrared region of electromagnetic spectrum. At first, there are discussed basic terms which are necessary for description of plasmonic nanostructures and their properties. Then the resonant properties of gold nanoantennas on a fused silica substrate and in proximity of nanocrystalline diamond are addressed. FDTD simulations are used for an assesment of resonant properties and local electric field enhancement of these nanostructures. Possible manufacturing methods of the antennas and techniques for the measurement of their properties are mentioned at the end of the thesis.