Level Structure and Properties of Open f-Shell Elements

Open f-shell elements still constitute a great challenge for atomic theory owing to their (very) rich fine-structure and strong correlations among the valence-shell electrons. For these medium and heavy elements, many atomic properties are sensitive to the correlated motion of electrons and, hence, require large-scale computations in order to deal consistently with all relativistic, correlation and rearrangement contributions to the electron density. Often, different concepts and notations need to be combined for just classifying the low-lying level structure of these elements. With Jac, the Jena Atomic Calculator, we here provide a toolbox that helps to explore and deal with such elements with open d- and f-shell structures. Based on Dirac’s equation, Jac is suitable for almost all atoms and ions across the periodic table. As an example, we demonstrate how reasonably accurate computations can be performed for the low-lying level structure, transition probabilities and lifetimes for Th2+ ions with a 5f6d ground configuration. Other, and more complex, shell structures are supported as well, though often for a trade-off between the size and accuracy of the computations. Owing to its simple use, however, Jac supports both quick estimates and detailed case studies on open d- or f-shell elements.

Microfluidic Synthesis and Analysis of Bioinspired Structures Based on CaCO3 for Potential Applications as Drug Delivery Carriers

Naturally inspired biomaterials such as calcium carbonate, produced in biological systems under specific conditions, exhibit superior properties that are difficult to reproduce in a laboratory. The emergence of microfluidic technologies provides an effective approach for the synthesis of such materials, which increases the interest of researchers in the creation and investigation of crystallization processes. Besides accurate tuning of the synthesis parameters, microfluidic technologies also enable an analysis of the process in situ with a range of methods. Understanding the mechanisms behind the microfluidic biomineralization processes could open a venue for new strategies in the development of advanced materials. In this review, we summarize recent advances in microfluidic synthesis and analysis of CaCO3-based bioinspired nano- and microparticles as well as core-shell structures on its basis. Particular attention is given to the application of calcium carbonate particles for drug delivery.

Single Step Laser-Induced Deposition of Plasmonic Au, Ag, Pt Mono-, Bi- and Tri-Metallic Nanoparticles

Multimetallic plasmonic systems usually have distinct advantages over monometallic nanoparticles due to the peculiarity of the electronic structure appearing in advanced functionality systems, which is of great importance in a variety of applications including catalysis and sensing. Despite several reported techniques, the controllable synthesis of multimetallic plasmonic nanoparticles in soft conditions is still a challenge. Here, mono-, bi- and tri-metallic nanoparticles were successfully obtained as a result of a single step laser-induced deposition approach from monometallic commercially available precursors. The process of nanoparticles formation is starting with photodecomposition of the metal precursor resulting in nucleation and the following growth of the metal phase. The deposited nanoparticles were studied comprehensively with various experimental techniques such as SEM, TEM, EDX, XPS, and UV-VIS absorption spectroscopy. The size of monometallic nanoparticles is strongly dependent on the type of metal: 140–200 nm for Au, 40–60 nm for Ag, 2–3 nm for Pt. Bi- and trimetallic nanoparticles were core-shell structures representing monometallic crystallites surrounded by an alloy of respective metals. The formation of an alloy phase took place between monometallic nanocrystallites of different metals in course of their growth and agglomeration stage.

Effectiveness Analysis of Spline Surfaces Creating Methods for Shell Structures Modelling

The shape of the surface of shell structures, measured by laser scanning, can be modelled using approximating spline functions. Since the 1990s, several modelling techniques have been developed: based on points, meshes, areas outlined on meshes, regions grouping areas with a similar structure. The most effective of them have been used in modern software, but their implementations differ significantly. The most important differences concern the accuracy of modelling, especially places with rapid shape changes, including edges. The differences also affect the mathematical complexity of the created model (the number of unknowns) and the time of its development. These factors contribute to the effectiveness of modelling. Some methods work fully automatically, others allow manual selection of certain parameters, there are also methods that require full manual control. Their selection and application is greatly affected by the user’s intuition and knowledge in the field of creating such surfaces. This study tested the influence of the above factors on the modelling efficiency. A total of six methods of creating spline surfaces were analysed in three software packages of different classes: Geomagic Design X, Solidworks and RhinoResurf. The analyses were carried out on a shell structure of complex shape, consisting of seven patches separated by edges. The created models were assessed in terms of their accuracy of fitting into the point cloud. Additionally, the complexity of the model expressed in the number of control points and the time of its development were determined. The results confirmed the validity of the four methods in terms of model fitting accuracy. The best results were achieved using the semi-automatic method in the most advanced software package and the manual method in the simplest package. This has confirmed the great importance of user experience in terms of theoretical properties of spline functions. However, complexity and development time did not show a direct relationship with the accuracy of the models created. ANALIZA EFEKTYWNOŚCI METOD TWORZENIA POWIERZCHNI SKLEJANYCH DLA MODELOWANIA OBIEKTÓW POWŁOKOWYCH Modelowanie kształtu powierzchni obiektów powłokowych, pomierzonych za pomocą skaningu laserowego, można przeprowadzić za pomocą aproksymacyjnych funkcji sklejanych. Funkcje te dobrze przybliżają kształty o ciągłej krzywiźnie, jakimi są powłoki, jednocześnie wykazując spadki dokładności w miejscach zerwania tej ciągłości. Od lat 90. XX wieku rozwinęło się kilka technik modelowania za ich pomocą, m.in.: wykorzystujących same punkty, siatki mesh, obszary obrysowane na siatkach mesh, regiony grupujące obszary o podobnej strukturze. Najbardziej skuteczne z nich zostały zastosowane we współczesnym oprogramowaniu, ale ich implementacje znacząco się pomiędzy sobą różnią. Najważniejsze różnice dotyczą dokładności modelowania, szczególnie miejsc o szybkich zmianach kształtu, włączając w nie krawędzie. Różnice dotyczą też złożoności matematycznej utworzonego modelu (liczby niewiadomych) oraz czasu jego opracowania. Czynniki te składają się na efektywność modelowania. Część metod działa w pełni automatycznie, inne pozwalają na ręczny dobór pewnych parametrów, są też metody wymagające pełnego sterowania ręcznego. W ich wyborze i stosowaniu duże znaczenie ma intuicja i wiedza użytkownika w zakresie tworzenia tego typu powierzchni. W opracowaniu przetestowano wpływ powyższych czynników na efektywność modelowania. Badaniom poddano łącznie sześć metod tworzenia powierzchni sklejanych w trzech pakietach oprogramowania różnej klasy: Geomagic Design X, Solidworks i RhinoResurf. Analizy przeprowadzono na obiekcie powłokowym o złożonym kształcie, składającym się z siedmiu płatów rozdzielonych krawędziami. Został on pomierzony metodą skaningu laserowego, a scalona chmura punktów stanowiła podstawę do modelowania za pomocą funkcji sklejanych. Utworzone modele oceniono pod względem dokładności wpasowania w chmurę punktów za pomocą wykresów odchyłek punktów od powierzchni, odchyłek średnich oraz maksymalnych. Dodatkowo określono złożoność modelu wyrażoną liczbą punktów kontrolnych oraz czas jego opracowania. Wyniki pozwoliły na potwierdzenie skuteczności czterech metod w zakresie dokładności wpasowania modeli. Najlepsze efekty osiągnięto stosując metodę półautomatyczną w najbardziej zaawansowanym pakiecie oprogramowania oraz metodę ręczną w najprostszym z pakietów. Potwierdza to duże znaczenie doświadczenia użytkownika w zakresie teoretycznych własności funkcji sklejanych. Złożoność i czas opracowania nie wykazywały natomiast bezpośredniego związku z dokładnością tworzonych modeli.