1,720,973 research outputs found
Interface studies on BT-coatings on Ti-alloys using Atom Probe Tomography
No full textDenne Master oppgaven tar for seg interfase studier av interfasen mellom laser teksturerte Ti6Al4V substrat og piezoelektriske tynnfilmer ved bruk av atom probe tomografi. Materialprøvene som blir brukt i denne oppgaven ble produsert av Markus Solum som en del av hans master prosjekt i 2020. hovedmotivasjonen for å bruke disse prøvene er å evaluere hvorvidt atom probe er en gunstig analysemetode for denne typen prøver, som ikke er laget med tanke på atom probe, samt å evaluere hvilken informasjon som er mulig å hente fra disse analysene.
Hovedfokuset i oppgaven ligger på analysemetoden og prøveprepareringen og hvliken hensyn som må tas når denne prossesen anvendes på relativt skjøre prøver, som ikke i utgangspunktet er ergnet for analyse med atom probe. Hovedtrekkene og prinsippene rundt analysemetoden og prøver prepareringen er beskrevet og diskuter med et mål om at det skal være mulig å anvende eller å adoptere metoden til lignende materialer og utfordringer uten særskilt stor erfaring fra atom probe analyser fra før.
Prøvene produsert av Markus Solum iste seg å være rimelig porøse, og relativt dårlig egnet til analyse med atom probe. Dette førte til utfordringer under analyse og forberedelse av prøvene. Av 36 forberedte prøver ble bare 4 av analysene vellyket, hvorav en av de ga et så komplett datasett at den kan ansees å gi en komplett beskrivelse av komposisjonsutviklingen i interfase regionen. ved analyse av denne prøven ble det funnet at Nitrogenet som ble introdusert som en del av produksjonsprosessen har ansamlet seg nærme metall-subsratet i form av titan nitrid.
Resten av interfase regionen ble funnet å hovedsakelig bestå av titandioksid med en synkende konsentrasjon mot metallsubstratet. Vanadium fra substratet ble også funnet til å diffusere uhindret gjennom hele interfase regionen og danne en egen fase i det øvre sjiktet av interfase regionen. Ulike tiltak for å hindre brudd i prøvene ble utforsket og diskutert, blant annet utprøving av ulike beskyttelsesfilmer, forsterking av porøse områder med deposisjon og justeringer av analyseparametere
Development of piezoelectric coatings on metal substrates for biomedical applications - The effect of substrate surface texturing on coating properties
Get PDFFormålet med denne mastergradsavhandlinga var å undersøke korleis overflateteksturen til Ti6Al4V-substrat påverkar eigenskapane til spinnbelagte, piezoelektiske tynnfilmar av BaTiO3. Dette er viktig frå eit biomedisinsk synspunkt, der desse belegga kan nyttast til å forbetre dei eksisterande beinimplantata som til dømes er nytta i hofter. I dag er desse implantatmateriala ofte basert på metall som rustfrie stål og titanlegeringar. Desse metalla har god mekanisk kompatiblitet med kroppen, og er også inerte, med gode korrosjons- og slitasjeeigenskapar, noko som er viktig for biomedisinsk bruk. Trass i dette, er ikkje dei nytta metalla bioaktive, og kan dermed ikkje skape gunstige interaksjonar mellom implantatet og beinvevet i kroppen. Ein konsekvens av dette er at festet mellom implantatet og beinet vert svakare enn det bør vere, og levetida til implantatet vert såleis kortare enn ønskt.
Denne avhandlinga kombinerer to moglege metodar som kan forbetre dette festet, nemleg piezoelektriske belegg og teksturerte substrat. Dersom eit metallimplantat vert belagt med eit piezoelektrisk material, vil elektriske ladningar opparbeide seg på implantatoverflata under belasting. Desse ladningane vil interagere med celler og vev i nærleiken av overflata, og oppmuntre beinceller til å feste seg til implantatet og vekse. På denne måten kan dei mekaniske eigenskapane til metallet kombinerast med dei funksjonelle eigenskapane til det piezoelektriske belegget, og samtidig forbetre festet mellom bein og implantat. Dersom i tillegg implantatoverflata er teksturert, vil det nye beinet kunne vekse inn i ujamnskapane på overflata, og på denne måten vil det vere vanskelegare å løyse beinet frå implantatet. Ei slik teksturering vil også påverke celler til å binde seg til implantata og gi eit betre feste, då det er kjent at celler heller ønsker å binde seg til rue overflater samanlikna med glatte. Dermed, viss eit piezoelektrisk belegg kan påførast eit implantat med overflatetekstur, der teksturen er intakt sjølv etter belegging, vil festet mellom bein og implantat, og dermed også kvaliteten og levetida til implantatet, forbetrast.
I denne mastergradsavhandlinga vart vassbasert kjemisk løysningsavsetting og spinnbelegging brukt til å avsette tynnfilmar av BaTiO3 på Ti6Al4V-substrat. Då celler bind seg ulikt til ulike strukturar på ulike lengdeskalaar, vart laser-mønstra substrat med store variasjonar i overflatetekstur, frå laser-induserte periodiske overflateteksturar (LIPSS) på nanoskala til makroskopiske rutenettmønster, belagt og undersøkt. Innleiande undersøkingar av polerte substrat vart gjennomført for å optimere temperaturbehandlinga av belegglaga, og det vart funne at varmebehandling av kvart belegglag ved ein maksimumstemperatur på 700 ˚C i luft resulterte i dei beste beleggeigenskapane. Røntgendiffraksjon med låg innfallsvinkel (GI-XRD) vart gjennomført på dei teksturerte prøvene, og viste at både BaTiO3- og rutilfasar vart danna i løpet av varmebehandlinga. Dette vart stadfesta ved undersøking av elektronmikroskopbilete tatt av tverrsnitt laga ved bruk av ein fokusert elektronstråle (FIB). Dei same bileta viste at adhesjonen mellom belegget og overflata var god, men at denne kunne bli svekka av det porøse området ved grensesjiktet mellom oksidlaget og substratet. Vidare avslørte elektronmikroskopbilete av prøveoverflatene ein mikrostruktur som var svært avhengig av beleggtjukkleiken, som i sin tur var avhengig av overflateteksturen. Til slutt indikerte dielektriske målingar av prøvene at belegga var dielektriske, men ikkje ferroelektriske, då belegglaget bestod av svært små krystallittar.
Det eksperimentelle arbeidet var vellykka i å produsere belegg med god adhesjon, og som bevarte overflatetekstureringa til substratet, men meir detaljerte undersøkingar må utførast for å forstå kjemien og interaksjonane ved grensesjiktet mellom belegg og substrat.The aim of this Master's thesis was to investigate how the surface texturing of Ti6Al4V substrates affected the properties of spin-coated piezoelectric BaTiO3 thin films. This is important from a biomedical point of view, where these coatings can be used to improve the existing bone replacement materials used in for example hip implants. Today, the most commonly used implant materials are based on metals such as stainless steels and titanium alloys. These metals have good mechanical compatibility with the body, and are also inert, with good corrosion and wear properties, which is crucial for their biomedical applications. Despite this, these materials are not bioactive, and are thus unable to cause beneficial interactions between the implant and the body tissue. As a consequence of this, the fixation between the implant and the host bone is not as strong as it should be, resulting in an implant lifetime that is shorter than desired.
This thesis work combines two possible methods that can improve this fixation, namely piezoelectric coatings and textured substrates. Firstly, when coating the metal implants with a piezoelectric material, electrical charges will develop on the implant surface when exposed to a pressure. Such charges are known to interact with the surrounding tissue, encouraging amongst other things bone cell adhesion and growth. In that way, the mechanical properties of the metal can be combined with the functional properties of the piezoelectric coating, while at the same time improving the bone fixation. Secondly, if the implant surface is textured, the bone will be able to grow into these rough features on the surface. This results in a mechanical interlocking between bone and implant, which in turn improves bone fixation. Additionally, it is known that cells prefer to attach to rough features compared to smooth surfaces, providing another method for improved fixation. Thus, if a piezoelectric coating can be applied to a textured metal implant, where the texture is retained even after coating, the bone fixation, and thereby also the quality and lifetime of the implant, can be improved.
In this Master's thesis, aqueous chemical solution deposition and spin-coating was used to deposit BaTiO3 thin films on Ti6Al4V substrates. As cells are known to adhere differently to different structures on different length scales, laser-patterned substrates with a large variation in surface texture, ranging from nanosized laser-induced periodic surface structures (LIPSS) to macroscale grid-patterns, were coated and investigated. Preliminary investigations of polished substrates were made to optimize the temperature treatment of the coating layers, and it was found that heating of each ceramic layer to a maximum temperature of 700 ˚C in air resulted in the best coating properties. Grazing incidence X-ray diffraction was carried out on the samples, and revealed both a BaTiO3 phase and a rutile phase, which was confirmed upon investigation of electron microscopy images of cross-sections made by a focused ion beam. The same images revealed a good coating adhesion, which might be weakened by the presence of a highly porous oxide-substrate interface region. Additionally, electron microscopy images of the sample surfaces revealed a highly thickness-dependent microstructure, in which the surface texture of the substrates played a crucial role. Finally, dielectric measurements of the samples indicated that the coatings were dielectric, but not ferroelectric, explained by the small crystallite size of the coating layer.
The experimental work was successful in producing coatings with good adhesion that retained the surface texture of the substrate, but more investigations must be done to understand the chemistry and interactions at the coating-substrate interface
Interface studies on BT-coatings on Ti-alloys using Atom Probe Tomography
No full textDenne Master oppgaven tar for seg interfase studier av interfasen mellom laser teksturerte Ti6Al4V substrat og piezoelektriske tynnfilmer ved bruk av atom probe tomografi. Materialprøvene som blir brukt i denne oppgaven ble produsert av Markus Solum som en del av hans master prosjekt i 2020. hovedmotivasjonen for å bruke disse prøvene er å evaluere hvorvidt atom probe er en gunstig analysemetode for denne typen prøver, som ikke er laget med tanke på atom probe, samt å evaluere hvilken informasjon som er mulig å hente fra disse analysene.
Hovedfokuset i oppgaven ligger på analysemetoden og prøveprepareringen og hvliken hensyn som må tas når denne prossesen anvendes på relativt skjøre prøver, som ikke i utgangspunktet er ergnet for analyse med atom probe. Hovedtrekkene og prinsippene rundt analysemetoden og prøver prepareringen er beskrevet og diskuter med et mål om at det skal være mulig å anvende eller å adoptere metoden til lignende materialer og utfordringer uten særskilt stor erfaring fra atom probe analyser fra før.
Prøvene produsert av Markus Solum iste seg å være rimelig porøse, og relativt dårlig egnet til analyse med atom probe. Dette førte til utfordringer under analyse og forberedelse av prøvene. Av 36 forberedte prøver ble bare 4 av analysene vellyket, hvorav en av de ga et så komplett datasett at den kan ansees å gi en komplett beskrivelse av komposisjonsutviklingen i interfase regionen. ved analyse av denne prøven ble det funnet at Nitrogenet som ble introdusert som en del av produksjonsprosessen har ansamlet seg nærme metall-subsratet i form av titan nitrid.
Resten av interfase regionen ble funnet å hovedsakelig bestå av titandioksid med en synkende konsentrasjon mot metallsubstratet. Vanadium fra substratet ble også funnet til å diffusere uhindret gjennom hele interfase regionen og danne en egen fase i det øvre sjiktet av interfase regionen. Ulike tiltak for å hindre brudd i prøvene ble utforsket og diskutert, blant annet utprøving av ulike beskyttelsesfilmer, forsterking av porøse områder med deposisjon og justeringer av analyseparametere.This master thesis aims to study the interface of laser textured Ti6Al4V substrates spin coated with a BaTiO3 piezoelectric coating, using Atom Probe Tomography. The coated samples was previously produced by Marcus Solum for the purpose of developing a piezo-electric coating for orthopedic implants. This thesis will be a continuation of his work where the interface will be studied as Solum was not able to do that successfully in his work. The primary motivation for this continuation is to evaluate if the use of atom probe tomography is a valid approach for interface analysis for these materials and determine what information is possible to obtain from these analyses.
The main focus of the thesis is put on the analysis and sample preparation method and the considerations that needs to be made when these are applied to sub optimal and fragile samples. The working principles and theory behind atom probe as an analysis method are described and discussed with the aim of giving an understandable and sufficient insight to the method to be able to make apply the method to a similar material system, with equal challenges with little prior experience.
The material samples prepared by Solum proved to be highly porous around the interface. This resulted in fragile atom probe samples which proved challenging to prepare, analyze and reconstruct. Out of the 36 samples prepared only 4 was successfully analyzed where one of them can be considered to provide a complete picture of the evolution in composition across the interface. The BaTO3 coating layer was not conclusively found in the analysis.
By analysis of the interface it was determined that the nitrogen introduced in the production of the sample has accumulated close to the Ti6Al4V substrate in the form of TiN the remaining interface region primarily consist of TiO2 that rapidly decreased in concentration towards the Ti6Al4V substrate. The vanadium has diffused from the substrate throughout the entire interface region and accumulated as a separate phase in the upper part of the interface region. Different measures to reduce sample failure and overcome the challenges that arises from the high porosity in the samples have been explored and discussed, among these are experimentation with different protection layers, deposition soldering and adjustments in the analysis parameters
Development of piezoelectric coatings on metal substrates for biomedical applications - The effect of substrate surface texturing on coating properties
No full textFormålet med denne mastergradsavhandlinga var å undersøke korleis overflateteksturen til Ti6Al4V-substrat påverkar eigenskapane til spinnbelagte, piezoelektiske tynnfilmar av BaTiO3. Dette er viktig frå eit biomedisinsk synspunkt, der desse belegga kan nyttast til å forbetre dei eksisterande beinimplantata som til dømes er nytta i hofter. I dag er desse implantatmateriala ofte basert på metall som rustfrie stål og titanlegeringar. Desse metalla har god mekanisk kompatiblitet med kroppen, og er også inerte, med gode korrosjons- og slitasjeeigenskapar, noko som er viktig for biomedisinsk bruk. Trass i dette, er ikkje dei nytta metalla bioaktive, og kan dermed ikkje skape gunstige interaksjonar mellom implantatet og beinvevet i kroppen. Ein konsekvens av dette er at festet mellom implantatet og beinet vert svakare enn det bør vere, og levetida til implantatet vert såleis kortare enn ønskt.
Denne avhandlinga kombinerer to moglege metodar som kan forbetre dette festet, nemleg piezoelektriske belegg og teksturerte substrat. Dersom eit metallimplantat vert belagt med eit piezoelektrisk material, vil elektriske ladningar opparbeide seg på implantatoverflata under belasting. Desse ladningane vil interagere med celler og vev i nærleiken av overflata, og oppmuntre beinceller til å feste seg til implantatet og vekse. På denne måten kan dei mekaniske eigenskapane til metallet kombinerast med dei funksjonelle eigenskapane til det piezoelektriske belegget, og samtidig forbetre festet mellom bein og implantat. Dersom i tillegg implantatoverflata er teksturert, vil det nye beinet kunne vekse inn i ujamnskapane på overflata, og på denne måten vil det vere vanskelegare å løyse beinet frå implantatet. Ei slik teksturering vil også påverke celler til å binde seg til implantata og gi eit betre feste, då det er kjent at celler heller ønsker å binde seg til rue overflater samanlikna med glatte. Dermed, viss eit piezoelektrisk belegg kan påførast eit implantat med overflatetekstur, der teksturen er intakt sjølv etter belegging, vil festet mellom bein og implantat, og dermed også kvaliteten og levetida til implantatet, forbetrast.
I denne mastergradsavhandlinga vart vassbasert kjemisk løysningsavsetting og spinnbelegging brukt til å avsette tynnfilmar av BaTiO3 på Ti6Al4V-substrat. Då celler bind seg ulikt til ulike strukturar på ulike lengdeskalaar, vart laser-mønstra substrat med store variasjonar i overflatetekstur, frå laser-induserte periodiske overflateteksturar (LIPSS) på nanoskala til makroskopiske rutenettmønster, belagt og undersøkt. Innleiande undersøkingar av polerte substrat vart gjennomført for å optimere temperaturbehandlinga av belegglaga, og det vart funne at varmebehandling av kvart belegglag ved ein maksimumstemperatur på 700 ˚C i luft resulterte i dei beste beleggeigenskapane. Røntgendiffraksjon med låg innfallsvinkel (GI-XRD) vart gjennomført på dei teksturerte prøvene, og viste at både BaTiO3- og rutilfasar vart danna i løpet av varmebehandlinga. Dette vart stadfesta ved undersøking av elektronmikroskopbilete tatt av tverrsnitt laga ved bruk av ein fokusert elektronstråle (FIB). Dei same bileta viste at adhesjonen mellom belegget og overflata var god, men at denne kunne bli svekka av det porøse området ved grensesjiktet mellom oksidlaget og substratet. Vidare avslørte elektronmikroskopbilete av prøveoverflatene ein mikrostruktur som var svært avhengig av beleggtjukkleiken, som i sin tur var avhengig av overflateteksturen. Til slutt indikerte dielektriske målingar av prøvene at belegga var dielektriske, men ikkje ferroelektriske, då belegglaget bestod av svært små krystallittar.
Det eksperimentelle arbeidet var vellykka i å produsere belegg med god adhesjon, og som bevarte overflatetekstureringa til substratet, men meir detaljerte undersøkingar må utførast for å forstå kjemien og interaksjonane ved grensesjiktet mellom belegg og substrat
Internal temperature measurements in Phase Change Material based thermal energy storage systems using Fiber Bragg Grating sensors
Get PDFDenne oppgaven har som mål å gjennomføre en detaljert kartlegging av temperaturfordelingen i et termisk energilagringssystem (TES) basert på faseendringsmateriale (PCM). Målet er å nøyaktig bestemme ladetilstanden (SoC) til PCM-baserte termiske batterier, og dermed forbedre kontroll- og overvåkningsmulighetene.
Overgangen til bærekraftige energiløsninger krever effektive energilagringsteknologier. PCM-baserte TES-løsninger, med sin evne til å lagre og frigjøre energi effektivt, er godt egnet til å møte utfordringene med varierende energibehov og fluktuerende fornybar energi. Disse systemene har et bredt spekter av bruksområder, blant annet passiv temperaturstabilisering og aktiv støtte for varmepumper i varme- eller kjølekretser i perioder med stort varme- eller kjølebehov.
Effektive kontroll- og overvåkningsmekanismer er avgjørende for å maksimere ytelsen og levetiden til PCM-baserte TES-systemer, og er et kritisk forsknings- og utviklingsområde innen dette feltet. På grunn av den konstante temperaturen forbundet med faseendringsprosessen, er presise måleteknikker avgjørende. Dette studiet benytter Fiber Bragg Grating (FBG)-sensorer for å gjennomføre distribuerte temperaturmålinger i et PCM-system, som er nedsenket i et temperaturkontrollert silikonbad for å indusere faseendring. Den resulterende temperaturkartleggingen gir et todimensjonalt rutenett av den horisontale temperaturfordelingen i systemet.
Temperaturmålingene avdekket en betydelig påvirkning av spenning på FBG-sensorene, hvor flere tiltak ble gjennomført for å minimere effekten. Hovedfunnet ligger imidlertid i den ikke-uniforme materialoppførselen til systemet, som muliggjør en bestemmelse av ladetilstanden. De posisjonsspesifikke egenskapene innad i systemet er avgjørende for å analysere PCM-oppførselen, og understreker behovet for nøyaktige SoC-estimeringsmetoder. Videre forskning er nødvendig for å forbedre disse metodene for presis overvåkning og kontroll av latente TES-systemer, spesielt ved å betrakte hele volumet av systemet ved SoC-estimering. Fremtidig arbeid bør også sette søkelys på ulike metoder for å redusere spenning på fibrene og tilpasse valget av FBG-fibre til typen og størrelsen av PCM-systemet.This thesis aims to enable a fine mapping of the temperature distribution within a phase change material (PCM)-based thermal energy storage (TES) system. The objective is to accurately determine the state of charge (SoC) of PCM-based TES systems, thereby enhancing monitoring and control capabilities.
The transition to sustainable energy solutions requires efficient energy storage technologies. Phase change material (PCM)-based thermal energy storage (TES) solutions are well-suited to address the challenges of fluctuating energy demand and intermittent renewable energy sources due to their ability to store and release energy effectively. These systems have a wide range of applications, including passive temperature stabilization and active support for heat pumps in heating or cooling circuits during periods of high thermal energy demand.
Effective control and monitoring mechanisms are crucial for maximizing the performance and longevity of PCM-based TES systems, representing a critical aspect of research and development in this field. Due to the constant temperature associated with the phase change process, precise measurement techniques are necessary. This research employs Fiber Bragg Grating (FBG) sensors to conduct distributed temperature measurements within a PCM thermal battery, which is immersed in a temperature-controlled silicone bath to induce phase change. The resulting temperature mapping provides a 2D grid of the horizontal temperature distribution within the system.
The experimental research identified a significant strain effect on the FBG sensors, leading to measures being taken to minimize the impact. However, the key finding lies in the non-uniform material behavior throughout the system, which enables the determination of SoC. Position-specific characteristics in the system are crucial for analyzing PCM behavior, emphasizing the need for accurate SoC estimation methods. Further research is required to refine these methods for precise monitoring and control of latent TES systems, particularly by considering the entire volume of the PCM for SoC estimation. Future work should also focus on different methods for mitigating strain and customizing the selection of FBG arrays to the size and type of PCM system
Aerosol Deposited Piezoelectric Ceramic Coatings for Biomedical Applications
No full textFormålet med denne masteravhandlingen var å utvikle en prosedyre for post-prosessering av
aerosol deponert BaTiO3 på 304SUS rustfritt stål og Ti6Al4V legering substrater med mål om å forbedre biomedisinsk funksjonalitet in-vivo.
Biomaterialer som 304SUS rustfritt stål og Ti6Al4V legering er kjent for å ha høy mekanisk styrke, korrosjonsmotstand og slitasjeegenskaper som til sammen beskytter dem mot degenerasjon i de tøffe kjemiske forholdene i kroppen. Til tross for dette er begge materialene sårbare for kjemiske reaksjoner som kan føre til giftige biprodukter og har en tildens til å løsne fra vertsvevet hvis de er implantert lenge nok. Dette skyldes en mangel på gunstige interaksjoner mellom implantatsmaterialet og nærliggende vev.
Denne masteravhandlingen sikter derfor mot å forbedre de bioaktive egenskapene til bioinerte metallsubstrater ved å utvikle en varmebehandlingsprosedyre for aerosol deponerte keramiske belegg. Aerosol deposisjon metoden produserer vanligvis belegg med krystallitter i nanostørrelse, noe som forverrer de elektriske egenskapene til materialer som bariumtitanat (BaTiO3).
Denne masteravhandlingen har derfor forsøkt å produsere varmeavhengig konsolidasjon og økning i krystallittstørrelsene for å forbedre de elektriske egenskapene til belegget som generering av overflateladninger under påført stress.
Genereringen av overflateladninger har blitt knyttet til forbedret beinmineralisering og proliferasjon av osteoblaster på biomedisinske implantater, noe som fører til økt biokompatibilitet og fiksering av implantatet. Disse effektene kommer av at elektrisk aktive belegg kan beskytte implantater fra de kjemisk tøffe forholdene i menneskelig kroppsvæske ved å initiere formasjon av kalsiumfosfat på overflaten. Kalsiumfosfat er kjemisk likt bein og fremmer binding med kollagen fibere, noe som forbedrer forbindelsen til vertsvevet. Varmebehandlingene forbedret beleggets elektriske egenskaper. Den beste polariseringsresponsen og utvikling av ferroelektriske egenskaper ble observert etter varmebehandling på 750 °C for BaTiO3 deponert på rustfritt stål. Disse egenskapene ble koblet til mikrostrukturelle endringer observert med elektronmikroskop (SEM) som partikkelvekst på beleggoverflaten og fusjon av partikler ved belegg-substrat interfasen.
De ulike materialkombinasjonene viste en sterk sammenheng mellom valg av substrat og prøvenes mekaniske integritet ettersom ulikheter i termisk ekspansjon førte til at belegget ble revet i stykker på høye temperaturer. Dette ble observert med SEM som en økt forekomst av sprekker og hull samt tap av kontakt i belegg-substrat interfasen etter varmebehandlingene.
Nanoinduksjon målte en økning i konsolidasjon og fortetning i belegget, men de gjennomsnittlige mekaniske egenskapene ble ikke bedre som følge av ulikheter i målingene etter introduksjonen av sprekker. Røntgendiffraksjon, ToF-SIMS og EDS analyse viste at varmebehandlingene var generelt sett ikke høye nok til å skape nye kjemiske biprodukter. Noe diffusjon be observert mellom substratet og belegget i form av legeringselementer i form av utarming ved interfasen og aggregering på overflaten til belegget.
En studie av BaTiO3s effekt i simulert kroppsvæske ble gjennomført ved å introdusere en vedvarende elektrisk ladning til beleggets overflate før prøven ble lagt i kroppsvæsken i syv dager. Dette førte til at belegget gikk i komplett oppløsning basert på styrken til overflateladningen. På grunn av dette kan en anta at aerosol deponert BaTiO3 ikke tilbyr gunstig bioaktivitet til metallsubstrater in-vivo, men mer forskning trengs for å forstå de underliggende kjemiske reaksjonene og kinetikken som førte til at belegget gikk i oppløsning.The objective of this Master thesis was to develop a post-processing procedure for aerosol deposited
BaTiO3 on 304SUS stainless steel and Ti6Al4V alloy substrates with the goal of improving
biomedical in-vivo functionality.
Commonly used biomaterials such as 304SUS stainless steel and Ti6Al4V alloy have high mechanical strength, corrosion resistance, and wear properties, which protect them from degradation within the harsh conditions found in the human body. However, neither of these two materials interact actively or beneficially with the tissue surrounding them in-vivo and as such are left susceptible to loosening and chemical reactions leading to implant failure or toxic effects.
This thesis consequently aims to improve the bioactive properties of ceramic coatings deposited onto bioinert metal substrates with aerosol deposition by developing a post-processing heat-treatment procedure. The aerosol deposition method generally results in coatings containing nano-sized crystallites which are detrimental to the electrical properties of materials such as barium titanate (BaTiO3). Therefore, this thesis attempted to induce temperature-dependent consolidation of the coating and increase the crystallite sizes in order to enhance the coating’s electrical properties such as the generation of surface charge under stress.
The generation of surface charge has been linked with enhanced bone-mineralization and proliferation of osteoblasts on biomedical implant surfaces and, as a result, increasing biocompatibility and implant fixation. This is achieved through shielding the implant from its chemically harsh surroundings by the formation of bone-like calcium phosphates on electrically active surfaces and bonding it to surrounding tissues through the formation of collagen fibers in the calcium phosphate layer.
Heat-treatments were found to improve electrical properties with the best polarization behavior and emergence of ferroelectric character occurring at applied temperatures of 750 °C for BaTiO3 deposited on stainless steel. These changes were linked to temperature-induced microstructural changes observed by scanning electron microscopy (SEM), such as grain growth on the coating surface and fusing of coating particles observed at the coating-substrate interface.
However, different material combinations revealed a strong dependence of sample mechanical integrity on the choice of substrate as thermal expansion mismatch between the coating and substrate lead to the degradation of the coating at elevated temperatures. This was apparent through the loss of contact at the coating-substrate interface and the introduction of cracks and voids. These defects were observed both in the SEM and when subjecting the samples to nanoindentation.
Nano-indentation showed that coating consolidation and densification was achieved, but the average mechanical properties did not improve much due to the introduction of defect and inhomogeneities causing large variations in the measurement. XRD, ToF-SIMS and EDS analysis revealed that the heat-treatment temperatures were generally insufficient to create new chemical products. However, some diffusion of elements from the metal substrate into the ceramic coatings was observed in the form of depletion regions at the interface and aggregation at the coating surface.
A subsequent soaking study, where heat-treated and charged BaTiO3 samples were submerged into simulated body fluid (SBF) for seven days, revealed complete dissolution of the coatings depending on the degree of surface charge. These findings suggest that aerosol deposited BaTiO3 does not provide beneficial bioactivity to metal substrates in-vivo, but more research is needed to understand the chemistry and kinetics of the coating dissolution
Freeze casting of piezoelectric BCZT for biomedical applications
No full textBruken av piezoelektriske keramer som beinimplantat gir muligheten til å forsterke heling av
skadet bein gjennom elektrisk stimulering in vivo. På denne måten kan rekonvalesenstiden
og sannsynligheten for revisjonsutskiftninger senkes. I de siste årene har frysestøping kommet
frem som en mulig prosseseringsmetode til dannelsen av slike implantater, da det kan produsere
porøse nettverksstrukturer som er lik strukturen til bein.
I denne masteroppgaven har porøst ferroelectrisk kalsium og zirkonium dopet barium titanat
(BCZT) blitt fremstilt ved frysestøping. En slikker til frysestøping, bestående primært
av BCZT pulver og vann, ble fryst ved å kjøle ned med flytende nitrogen. Avstøting av
pulverpartiklene fra isen førte til segregering av keramen og isen i den fryste strukturen. De
faste iskrystallene ble fjernet ved sublimasjon, slik at det gjensto en struktur med rettede,
koblede og lamellære porer, som gjensto i strukturen etter sintring.
Tillegg av et bindemiddel i slikkeren var nødvendig for å oppnå en mekanisk stabil grønnkropp
etter sublimering av isen. Det var også behov for å tilsette et dispergeringsmiddel, for å
sikre at pulverpartiklene ikke sedimenterte i løpet av fryseprosessen. Frysetøping produserte
porøse strukturer med en porøsitet på opp til 45%, og en maksimum porebredde på 50
µm. Partikkelstørrelsen på BCZT pulveret påvirket i stor grad dannelsen av den lamellære
strukturen. I følget dette arbeidet kreves en partikkelstørrelse på 100 nm for å unngå at
partiklene blir fanget av isen.
Den piezoelektriske koeffisienten til de porøse prøvene nådde opptil 77% av verdien til den
tette referanseverdien, noe som viser at den frysestøpede strukturen kunne poles.
Arbeidet gjennomført i denne masteroppgaven viser at frysestøping kan være en mulig
metode til å produsere BCZT til biomedisinske applikasjoner
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
- …
