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Four donor-acceptor boron difluoride complexes based on the carbazole electron donor and the [1,3,5,2]oxadiazaborinino[3,4-a][1,8]naphthyridine acceptor were designed, synthesized, and systematically spectroscopically investigated in solutions, in the solid states, and dye-doped polymer films. The dyes exhibit an intense blue to red solid-state emission with photoluminescence quantum yields of up to 56% in pure dye samples and 86% in poly(methyl methacrylate) films. All boron complexes show aggregation-induced emission and reversible mechanofluorochromism. The optical properties of these dyes and their solid state luminescence can be tuned by substitution pattern, i.e., the substituents at the naphthyridine unit. Exchange of CH3- for CF3-groups does not only increase the intramolecular charge transfer character, but also provides a crystallization-induced emission enhancement.
Die additive Fertigung (AM) metallischer Werkstoffe ist eine Technologie, die zunehmend Gegenstand von Forschungsaktivitäten und industrieller Anwendung ist. Dennoch steht sie noch vor Herausforderungen, um eine breite Nutzung in sicherheitsrelevanten Anwendungen zu erreichen. Die Hauptgründe für die Verzögerung des technologischen Durchbruchs zugunsten von AM-Metallen gegenüber konventionell hergestellten Varianten sind das Fehlen eines tieferen Verständnisses der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und die begrenzte Verfügbarkeit von Daten zu den Materialeigenschaften. In diesem Kontext stellt diese Arbeit einen Beitrag sowohl zum Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen als auch zur Verbesserung der Datenlage von 316L dar, einem häufig als Konstruktionswerkstoff in verschiedenen Hochtemperaturbauteilen verwendeten Werkstoff. Die Arbeit legt den Fokus auf die mittels Laser-Pulverbettschmelzen hergestellte Werkstoffvariante, PBF-LB/M/316L. Eine konventionell hergestellte Variante, HR/316L, wurde auch untersucht. Bei PBF-LB/M/316L wurde zusätzlich der Effekt ausgewählter Wärmebehandlungen ausgewertet. Die Untersuchung umfasste die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften und der Verformungs- und Schädigungsmechanismen bei erhöhten Prüftemperaturen bei LCF und Kriechen, wo die Daten und Wissenslage am spärlichsten ist. Außerdem hat die untersuchte PBF-LB/M/316L-Wersktoffvariante einen geringen Porositätsgrad. Somit hat diese Arbeit die Mikrostruktur stärker in den Fokus genommen als die meisten bisher in der Literatur verfügbaren Studien.
Die mechanische Prüfkampagne umfasste Zugversuche zwischen Raumtemperatur und 650 °C, LCF-Versuche zwischen Raumtemperatur und 600 °C sowie Kriechversuche bei 600 °C und 650 °C. In Ermangelung konkreter Richtlinien und Normen wurde die Charakterisierung zumeist anhand der bestehenden internationalen Prüfnormen und Probengeometrien durchgeführt. Aus jedem dieser Prüfverfahren wurden die entsprechenden Festigkeits- und Verformungskennwerte ermittelt. Darüber hinaus wurde mit Hilfe gezielter mikrostruktureller Untersuchungen ein Beitrag zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften in Bezug auf die Verformungs- und Schädigungsmechanismen geleistet.
Die Dehngrenze von PBF-LB/M/316L ist etwa doppelt so hoch wie die von HR/316L und dieser Trend setzt sich mit ansteigender Prüftemperatur fort. Die Bruchdehnung ist bei allen Prüftemperaturen geringer. PBF-LB/M/316L weist über den größten Teil der Ermüdungslebensdauer vor allem bei Raumtemperatur höhere zyklische Spannungen als HR/316L auf. Ausschließlich bei den kleinsten Dehnungs-schwingbreiten sind die Ermüdungslebensdauer ausgeprägt kürzer. Das Wechselverformungsverhalten von PBF-LB/M/316L ist durch eine Anfangsverfestigung gefolgt von einer kontinuierlichen Entfestigung charakterisiert, welche bis zum Auftreten der zum Versagen führenden Entfestigung stattfindet. Die Kriechbruchzeiten und die Dauer jeder Kriechphase sind bei allen Kombinationen von Prüfparametern bei PBF-LB/M/316 kürzer als bei HR/316L. Die Spannungsabhängigkeit von PBF-LB/M/316L ist im Vergleich zu HR/316L geringer und die Duktilität beim Kriechen kleiner. Die minimale Kriechrate wird bei allen geprüften Parameterkombinationen bei deutlich geringeren Kriechdehnungen erreicht. Eine Wärmebehandlung bei 450 °C / 4 h bewirkt keine wesentliche Änderungen der Mikrostruktur und Zugversuchseigenschaften. Eine zusätzliche Wärmebehandlung bei 900 °C / 1 h verursacht eine Abnahme der Dehngrenze des PBF-LB/M/316L. Diese blieb aber immer noch um den Faktor 1,5x höher als bei HR/316L. Die Verformungsmerkmale wurden kaum davon beeinflusst. Bezüglich des Kriechverhaltens hat die Wärmebehandlung bei 900 °C / 1 h längere sekundäre und tertiäre Kriechstadien bewirkt und die Kriechdehnung hat sich signifikant erhöht. Die Bruchbilder unterscheiden sich generell nicht nur aber vor allem mit ansteigender Prüftemperatur, bei der bei PBF-LB/M/316L oft interkristalline Rissbildung beobachtet wurde. Die Zellstruktur trägt als der Hauptfaktor zu den unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften im Vergleich zur HR/316L-Variante bei. Darüber hinaus spielen mutmaßlich die Kornmorphologie, die Stapelfehlerenergie und der Stickstoffgehalt eine Rolle.
Maintaining and modulating mechanical anisotropy is essential for biological processes. However, how this is achieved at the microscopic scale in living soft matter is not always clear. Although Brillouin light scattering (BLS) spectroscopy can probe the mechanical properties of materials, spatiotemporal mapping of mechanical anisotropies in living matter with BLS microscopy has been complicated by the need for sequential measurements with tilted excitation and detection angles. Here we introduce Brillouin light scattering anisotropy microscopy (BLAM) for mapping high-frequency viscoelastic anisotropy inside living cells. BLAM employs a radial virtually imaged phased array that enables the collection of angle-resolved dispersion in a single shot, thus enabling us to probe phonon modes in living matter along different directions simultaneously. We demonstrate a precision of 10 MHz in the determination of the Brillouin frequency shift, at a spatial resolution of 2 µm. Following proof-of-principle experiments on muscle myofibres, we apply BLAM to the study of two fundamental biological processes. In plant cell walls, we observe a switch from anisotropic to isotropic wall properties that may lead to asymmetric growth. In mammalian cell nuclei, we uncover a spatiotemporally oscillating elastic anisotropy correlated to chromatin condensation. Our results highlight the role that high-frequency mechanics can play in the regulation of diverse fundamental processes in biological systems. We expect BLAM to find diverse applications in biomedical imaging and material characterization.
Reliable measurement of the size of polydisperse, complex-shaped commercial nanopowders is a difficult but necessary task, e.g., for regulatory requirements and toxicity risk assessment. Suitable methods exist for the accurate characterization of the size of non-aggregated, stabilized, spherical and monodisperse nanoparticles. In contrast, industrial nanoscale powders usually require dedicated sample preparation procedures developed for the analysis method of choice. These nano-powders tend to agglomerate and/or aggregate, a behavior which in combination with an innate broad particle size distribution and irregular shape often significantly alters the achievable accuracy of the measured size parameters. The present study systematically tests two commercially available nanoscale powders using different sample preparation methods for correlative analysis by scanning electron microscopy, dynamic light scattering, Brunauer–Emmet–Teller method and differential mobility analysis. One focus was set on the sample preparation by embedding nanoparticles in carbon-based hot-mounting resin. Literature on this topic is scarce and the accuracy of the data extracted from cross sections of these particles is unclearly stated. In this paper systematic simulations on the deviation of the size parameters of well-defined series of nanoparticles with different shapes from the nominal value were carried out and the contributing factors are discussed.
This contribution reports the development of a polymerizable BODIPY-type fluorescent probe targeting small-molecule carboxylates for incorporation into molecularly imprinted polymers (MIPs). The design of the probe crosslinker includes a urea recognition site p-conjugated to the 3-position of the BODIPY core and two methacrylate moieties. Titration experiments with a carboxylate-expressing antibiotic, levofloxacin (LEVO), showed a blue shift of the absorption band as well as a broadening and decrease in emission, attributed to hydrogen bonding between the probe’s urea group and the carboxylate group of the antibiotic. Using this probe crosslinker, core–shell particles with a silica core and a thin MIP shell were prepared for the detection of LEVO. The MIP exhibited highly selective recognition of LEVO, with an imprinting factor of 18.1 compared to the non-imprinted polymer. Transmission electron microscopy confirmed the core–shell structure and spectroscopic studies revealed that the receptor’s positioning leads to a unique perturbation of the polymethinic character of the BODIPY chromophore, entailing the favourable responses. These features are fully preserved in the MIP, whereas no such response was observed for competitors such as ampicillin. The sensory particles allowed to detect LEVO down to submicromolar concentrations in dioxane. We have developed here for the first time a BODIPY probe for organic carboxylates and incorporated it into polymers using the imprinting technique, paving the way for BODIPY-type fluorescent MIP sensors.
Multi-principal element alloys (MPEAs) are gaining interest in corrosion and electrocatalysis research due to their electrochemical stability across a broad pH range and the design flexibility they offer. Using the equimolar CrCoNi alloy, we observe significant metal dissolution in a corrosive electrolyte (0.1 M NaCl, pH 2) concurrently with the oxygen evolution reaction (OER) in the transpassive region despite the absence of hysteresis in polarization curves or other obvious corrosion indicators. We present a characterization scheme to delineate the contribution of OER and alloy dissolution, using scanning electrochemical microscopy (SECM) for OER-onset detection, and quantitative chemical analysis with inductively coupled-mass spectrometry (ICP-MS) and ultraviolet visible light (UV-Vis) spectroscopy to elucidate metal dissolution processes. In-situ electrochemical atomic force microscopy (EC-AFM) revealed that the transpassive metal dissolution on CrCoNi is dominated by intergranular corrosion. These results have significant implications for the stability of MPEAs in corrosion systems, emphasizing the necessity of analytically determining metal ions released from MPEA electrodes into the electrolyte when evaluating Faradaic efficiencies of OER catalysts. The release of transition metal ions not only reduces the Faradaic efficiency of electrolyzers but may also cause poisoning and degradation of membranes in electrochemical reactors.
The introduction of hydrogen as a safe energy carrier needs a robust knowledge base, tools for the design and safety assessment of hydrogen technologies built on it, and an internationally harmonized set of standards and regulations. Many of the innovative technologies imply hydrogen at high pressures and/or cryogenic temperatures, with which private users come into contact for the first time in distributed applications. In order to avoid over-conservative, expensive safety solutions, while at the same time demonstrating the usability and safety of hydrogen applications and maintaining acceptance for the technology, safety research must also keep pace with, or better yet anticipate, trends in technological development. Thus, this overview article describes not only the current state of knowledge and technology regarding hydrogen safety, but also its further development.
Bei der Erhaltung von Stahlbetonbauwerken ist der Chloridgehalt im Beton ein wichtiger Parameter zur Festlegung geeigneter Instandsetzungsmaßnahmen. Die bisher etablierten Verfahren basieren auf der nasschemischen Analyse einer Probe, Bohrmehl oder aufgemahlener Segmente eines Bohrkerns. Das Verfahren liefert einen Chloridgehalt je Tiefensegment, was mit einer starken Homogenisierung der Probe einhergeht, wodurch detaillierte Informationen zu Chloridunterschieden im Millimeterbereich verloren gehen. Eine alternative Methode ist die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS), die nicht nur die quantitative ortsaufgelöste Bestimmung des Chloridgehalts im Bezug zur Zementmasse ermöglicht, sondern auch simultan detaillierte Informationen über die Verteilung vieler anderer chemischer Elemente liefert. Die räumliche Auflösung liegt in der Regel im Bereich von einigen Millimetern, kann aber bei Bedarf auf 0,1 mm oder weniger erhöht werden. Das neue Merkblatt B14 „Quantifizierung von Chlorid in Beton mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS)“ der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfungen (DGZfP) regelt und vereinheitlicht erstmals die zuverlässige und reproduzierbare Ermittlung des Chloridgehalts mit LIBS. In diesem Beitrag wird das Merkblatt vorgestellt und anhand praktischer Anwendungsbeispiele das Potenzial von LIBS für Fragestellungen in der Betonerhaltung verdeutlicht.
The Laser-Induced Slip Casting is an additive manufacturing technology specifically developed for ceramic materials using water-based ceramic slurries. The process takes place layer-by-layer in a similar fashion as top-down vat photopolymerization, selectively consolidating each layer by means of a laser energy source positioned on the top. Contrary to vat photopolymerization, in which the consolidation is achieved by selectively cross-linking a ceramic-filled resin, LIS uses water-based slurries with a low amount of organic additives (typically < 5 wt%) as feedstocks.
In LIS, a green body is formed by local evaporation of water which causes the suspension to collapse forming a cast, following a mechanism similar to slip casting. Only a small content of organic additives is needed to effectively disperse the ceramic particles and to increase the green strength.
The technology is very versatile and can be applied to all ceramic systems that can be dispersed in water. One of the main advantages is that even dark materials such as silicon carbide can be processed without issues related to light scattering and absorption.
The presentation will discuss strengths and limitations of LIS compared to other AM technologies and will highlight the latest results for alumina and for silicon carbide ceramics.
Microbiologically influenced corrosion (MIC) is a crucial issue for industry and infrastructure. Biofilms are known to form on different kinds of surfaces such as metal, concrete, and medical equipment. However, in some cases the effect of microorganisms on the material can be negative for the consistency and integrity of the material. Thus, to overcome the issues raised by MIC on a system, different physical, chemical, and biological strategies have been considered; all having their own advantages, limitations, and sometimes even unwanted disadvantages. Among all the methods, biocide treatments and antifouling coatings are more common for controlling MIC, though they face some challenges. They lack specificity for MIC microorganisms, leading to cross-resistance and requiring higher concentrations. Moreover, they pose environmental risks and harm non-target organisms. Hence, the demand for eco-friendly, long-term solutions is increasing as regulations tighten. Recently, attentions have been directed to the application of nanomaterials to mitigate or control MIC due to their significant antimicrobial efficiency and their potential for lower environmental risk compared to the conventional biocides or coatings. Use of nanomaterials to inhibit MIC is very new and there is a lack of literature review on this topic. To address this issue, we present a review of the nanomaterials examined as a biocide or in a form of a coating on a surface to mitigate MIC. This review will help consolidate the existing knowledge and research on the use of nanomaterials for MIC mitigation. It will further contribute to a better understanding of the potential applications and challenges associated with using nanomaterials for MIC prevention and control.