Ecology and physical condition of red deer in the Iberian Peninsula: implications for management

The red deer (Cervus elaphus) is currently one of the most widespread and abundant wild ungulates in the Iberian Peninsula and is extremely important both ecologically, as a key species for the functioning of the ecosystems, and economically, as a major game species. In Iberia, red deer populations are subjected to different management systems that may affect the physical condition of the individuals, with further consequences for population dynamics. Studies investigating the effects of management practices and environmental conditions on the performance of red deer are still rare regarding Mediterranean ecosystems. Much of the knowledge concerning the ecology of red deer and the impact of management on its physical condition is based on studies conducted in northern and central regions of Europe, where climatological features and management practices differ from those observed in the Mediterranean areas of Iberia. Studies on a biogeographical scale can provide important insights into the relationships between species and a particular environment and contribute to the development of more targeted and appropriate management practices. The optimisation of sampling procedures and the fine-tuning of pre-existing analytical techniques are also fundamental to a more cost-effective monitoring and, therefore, are of enormous value to wildlife managers. In this context, the main aims of this thesis were: 1) to optimise the procedures used to assess the physical condition of red deer; and 2) to identify relevant management and environmental factors affecting the nutritional condition and stress physiology of red deer in the Mediterranean ecosystems of Iberia, as well as any potential interactions between those factors. Two studies with a methodological focus, presented in the first part of the thesis, demonstrated that the physical condition of red deer can be evaluated more simply, using more cost- and time-effective procedures than those traditionally used: i) it was shown that only one kidney and its associated fat is enough to assess nutritional condition in red deer; and ii) the feasibility of using near infrared spectroscopy to predict the concentrations of stress hormone metabolites was demonstrated using faeces of red deer for the first time. Subsequently, two large-scale observational studies, conducted in representative red deer populations found in Mediterranean Iberia, highlighted the importance of considering seasonal environmental variations and variables related to hunting management practices to better understand the nutritional and physiological ecology of red deer. High population densities had adverse effects on the nutritional condition of the deer and were associated with increased stress levels in natural populations without supplementary feeding. Massive hunting events involving the use of hounds were also identified as a potential source of chronic stress in red deer. The research presented in this thesis has clear implications regarding the management and monitoring of red deer populations in Mediterranean environments and is intended to help wildlife managers to implement more effective monitoring programmes and sustainable management practices.

New tools for cognitive and motor rehabilitation: development and clinical validation

Nervous system disorders are associated with cognitive and motor deficits, and are responsible for the highest disability rates and global burden of disease. Their recovery paths are vulnerable and dependent on the effective combination of plastic brain tissue properties, with complex, lengthy and expensive neurorehabilitation programs. This work explores two lines of research, envisioning sustainable solutions to improve treatment of cognitive and motor deficits. Both projects were developed in parallel and shared a new sensible approach, where low-cost technologies were integrated with common clinical operative procedures. The aim was to achieve more intensive treatments under specialized monitoring, improve clinical decision-making and increase access to healthcare. The first project (articles I – III) concerned the development and evaluation of a web-based cognitive training platform (COGWEB), suitable for intensive use, either at home or at institutions, and across a wide spectrum of ages and diseases that impair cognitive functioning. It was tested for usability in a memory clinic setting and implemented in a collaborative network, comprising 41 centers and 60 professionals. An adherence and intensity study revealed a compliance of 82.8% at six months and an average of six hours/week of continued online cognitive training activities. The second project (articles IV – VI) was designed to create and validate an intelligent rehabilitation device to administer proprioceptive stimuli on the hemiparetic side of stroke patients while performing ambulatory movement characterization (SWORD). Targeted vibratory stimulation was found to be well tolerated and an automatic motor characterization system retrieved results comparable to the first items of the Wolf Motor Function Test. The global system was tested in a randomized placebo controlled trial to assess its impact on a common motor rehabilitation task in a relevant clinical environment (early post-stroke). The number of correct movements on a hand-to-mouth task was increased by an average of 7.2/minute while the probability to perform an error decreased from 1:3 to 1:9. Neurorehabilitation and neuroplasticity are shifting to more neuroscience driven approaches. Simultaneously, their final utility for patients and society is largely dependent on the development of more effective technologies that facilitate the dissemination of knowledge produced during the process. The results attained through this work represent a step forward in that direction. Their impact on the quality of rehabilitation services and public health is discussed according to clinical, technological and organizational perspectives. Such a process of thinking and oriented speculation has led to the debate of subsequent hypotheses, already being explored in novel research paths.

Impact of node mobility in user-centric routing

Recent paradigms in wireless communication architectures describe environments where nodes present a highly dynamic behavior (e.g., User Centric Networks). In such environments, routing is still performed based on the regular packet-switched behavior of store-and-forward. Albeit sufficient to compute at least an adequate path between a source and a destination, such routing behavior cannot adequately sustain the highly nomadic lifestyle that Internet users are today experiencing. This thesis aims to analyse the impact of the nodes’ mobility on routing scenarios. It also aims at the development of forwarding concepts that help in message forwarding across graphs where nodes exhibit human mobility patterns, as is the case of most of the user-centric wireless networks today. The first part of the work involved the analysis of the mobility impact on routing, and we found that node mobility significance can affect routing performance, and it depends on the link length, distance, and mobility patterns of nodes. The study of current mobility parameters showed that they capture mobility partially. The routing protocol robustness to node mobility depends on the routing metric sensitivity to node mobility. As such, mobility-aware routing metrics were devised to increase routing robustness to node mobility. Two categories of routing metrics proposed are the time-based and spatial correlation-based. For the validation of the metrics, several mobility models were used, which include the ones that mimic human mobility patterns. The metrics were implemented using the Network Simulator tool using two widely used multi-hop routing protocols of Optimized Link State Routing (OLSR) and Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV). Using the proposed metrics, we reduced the path re-computation frequency compared to the benchmark metric. This means that more stable nodes were used to route data. The time-based routing metrics generally performed well across the different node mobility scenarios used. We also noted a variation on the performance of the metrics, including the benchmark metric, under different mobility models, due to the differences in the node mobility governing rules of the models.

Functional alkali tantalate 2D structures for microelectronics and related applications

Alkali tantalates and niobates, including K(Ta / Nb)O3, Li(Ta / Nb)O3 and Na(Ta / Nb)O3, are a very promising ferroic family of lead-free compounds with perovskite-like structures. Their versatile properties make them potentially interesting for current and future application in microelectronics, photocatalysis, energy and biomedics. Among them potassium tantalate, KTaO3 (KTO), has been raising interest as an alternative for the well-known strontium titanate, SrTiO3 (STO). KTO is a perovskite oxide with a quantum paraelectric behaviour when electrically stimulated and a highly polarizable lattice, giving opportunity to tailor its properties via external or internal stimuli. However problems related with the fabrication of either bulk or 2D nanostructures makes KTO not yet a viable alternative to STO. Within this context and to contribute scientifically to the leverage tantalate based compounds applications, the main goals of this thesis are: i) to produce and characterise thin films of alkali tantalates by chemical solution deposition on rigid Si based substrates, at reduced temperatures to be compatible with Si technology, ii) to fulfil scientific knowledge gaps in these relevant functional materials related to their energetics and ii) to exploit alternative applications for alkali tantalates, as photocatalysis. In what concerns the synthesis attention was given to the understanding of the phase formation in potassium tantalate synthesized via distinct routes, to control the crystallization of desired perovskite structure and to avoid low temperature pyrochlore or K-deficient phases. The phase formation process in alkali tantalates is far from being deeply analysed, as in the case of Pb-containing perovskites, therefore the work was initially focused on the process-phase relationship to identify the driving forces responsible to regulate the synthesis. Comparison of phase formation paths in conventional solid-state reaction and sol-gel method was conducted. The structural analyses revealed that intermediate pyrochlore K2Ta2O6 structure is not formed at any stage of the reaction using conventional solid-state reaction. On the other hand in the solution based processes, as alkoxide-based route, the crystallization of the perovskite occurs through the intermediate pyrochlore phase; at low temperatures pyrochlore is dominant and it is transformed to perovskite at >800 °C. The kinetic analysis carried out by using Johnson-MehlAvrami-Kolmogorow model and quantitative X-ray diffraction (XRD) demonstrated that in sol-gel derived powders the crystallization occurs in two stages: i) at early stage of the reaction dominated by primary nucleation, the mechanism is phase-boundary controlled, and ii) at the second stage the low value of Avrami exponent, n ~ 0.3, does not follow any reported category, thus not permitting an easy identification of the mechanism. Then, in collaboration with Prof. Alexandra Navrotsky group from the University of California at Davis (USA), thermodynamic studies were conducted, using high temperature oxide melt solution calorimetry. The enthalpies of formation of three structures: pyrochlore, perovskite and tetragonal tungsten bronze K6Ta10.8O30 (TTB) were calculated. The enthalpies of formation from corresponding oxides, ∆Hfox, for KTaO3, KTa2.2O6 and K6Ta10.8O30 are -203.63 ± 2.84 kJ/mol, - 358.02 ± 3.74 kJ/mol, and -1252.34 ± 10.10 kJ/mol, respectively, whereas from elements, ∆Hfel, for KTaO3, KTa2.2O6 and K6Ta10.8O30 are -1408.96 ± 3.73 kJ/mol, -2790.82 ± 6.06 kJ/mol, and -13393.04 ± 31.15 kJ/mol, respectively. The possible decomposition reactions of K-deficient KTa2.2O6 pyrochlore to KTaO3 perovskite and Ta2O5 (reaction 1) or to TTB K6Ta10.8O30 and Ta2O5 (reaction 2) were proposed, and the enthalpies were calculated to be 308.79 ± 4.41 kJ/mol and 895.79 ± 8.64 kJ/mol for reaction 1 and reaction 2, respectively. The reactions are strongly endothermic, indicating that these decompositions are energetically unfavourable, since it is unlikely that any entropy term could override such a large positive enthalpy. The energetic studies prove that pyrochlore is energetically more stable phase than perovskite at low temperature. Thus, the local order of the amorphous precipitates drives the crystallization into the most favourable structure that is the pyrochlore one with similar local organization; the distance between nearest neighbours in the amorphous or short-range ordered phase is very close to that in pyrochlore. Taking into account the stoichiometric deviation in KTO system, the selection of the most appropriate fabrication / deposition technique in thin films technology is a key issue, especially concerning complex ferroelectric oxides. Chemical solution deposition has been widely reported as a processing method to growth KTO thin films, but classical alkoxide route allows to crystallize perovskite phase at temperatures >800 °C, while the temperature endurance of platinized Si wafers is ~700 °C. Therefore, alternative diol-based routes, with distinct potassium carboxylate precursors, was developed aiming to stabilize the precursor solution, to avoid using toxic solvents and to decrease the crystallization temperature of the perovskite phase. Studies on powders revealed that in the case of KTOac (solution based on potassium acetate), a mixture of perovskite and pyrochlore phases is detected at temperature as low as 450 °C, and gradual transformation into monophasic perovskite structure occurs as temperature increases up to 750 °C, however the desired monophasic KTaO3 perovskite phase is not achieved. In the case of KTOacac (solution with potassium acetylacetonate), a broad peak is detected at temperatures <650 °C, characteristic of amorphous structures, while at higher temperatures diffraction lines from pyrochlore and perovskite phases are visible and a monophasic perovskite KTaO3 is formed at >700 °C. Infrared analysis indicated that the differences are due to a strong deformation of the carbonate-based structures upon heating. A series of thin films of alkali tantalates were spin-coated onto Si-based substrates using diol-based routes. Interestingly, monophasic perovskite KTaO3 films deposited using KTOacac solution were obtained at temperature as low as 650 °C; films were annealed in rapid thermal furnace in oxygen atmosphere for 5 min with heating rate 30 °C/sec. Other compositions of the tantalum based system as LiTaO3 (LTO) and NaTaO3 (NTO), were successfully derived as well, onto Si substrates at 650 °C as well. The ferroelectric character of LTO at room temperature was proved. Some of dielectric properties of KTO could not be measured in parallel capacitor configuration due to either substrate-film or filmelectrode interfaces. Thus, further studies have to be conducted to overcome this issue. Application-oriented studies have also been conducted; two case studies: i) photocatalytic activity of alkali tantalates and niobates for decomposition of pollutant, and ii) bioactivity of alkali tantalate ferroelectric films as functional coatings for bone regeneration. Much attention has been recently paid to develop new type of photocatalytic materials, and tantalum and niobium oxide based compositions have demonstrated to be active photocatalysts for water splitting due to high potential of the conduction bands. Thus, various powders of alkali tantalates and niobates families were tested as catalysts for methylene blue degradation. Results showed promising activities for some of the tested compounds, and KNbO3 is the most active among them, reaching over 50 % degradation of the dye after 7 h under UVA exposure. However further modifications of powders can improve the performance. In the context of bone regeneration, it is important to have platforms that with appropriate stimuli can support the attachment and direct the growth, proliferation and differentiation of the cells. In lieu of this here we exploited an alternative strategy for bone implants or repairs, based on charged mediating signals for bone regeneration. This strategy includes coating metallic 316L-type stainless steel (316L-SST) substrates with charged, functionalized via electrical charging or UV-light irradiation, ferroelectric LiTaO3 layers. It was demonstrated that the formation of surface calcium phosphates and protein adsorption is considerably enhanced for 316L-SST functionalized ferroelectric coatings. Our approach can be viewed as a set of guidelines for the development of platforms electrically functionalized that can stimulate tissue regeneration promoting direct integration of the implant in the host tissue by bone ingrowth and, hence contributing ultimately to reduce implant failure.

SAPO campus: aprendizagem, ensino e pessoas em rede

As escolas portuguesas do ensino não superior estão dotadas com infraestruturas e equipamentos que permitem trazer o mundo para dentro da sala de aula, tornando o processo de ensino e de aprendizagem mais rico e motivador para os alunos. A adoção institucional de uma plataforma que segue os princípios da web social, o SAPO Campus (SC), definida pela abertura, partilha, integração, inovação e personalização, pode ser catalisadora de processos de mudança e inovação. O presente estudo teve como finalidade acompanhar o processo de adoção do SC em cinco escolas, bem como analisar o impacto no processo de ensino e de aprendizagem e a forma como os alunos e professores se relacionam com esta tecnologia. As escolas envolvidas foram divididas em dois grupos: o primeiro grupo, constituído por três escolas onde o acompanhamento teve uma natureza mais interventiva e presente, enquanto que no segundo grupo, composto por duas escolas, foram apenas observadas as dinâmicas que se desenvolveram no processo de adoção e utilização do SC. No presente estudo, que se assume como um estudo longitudinal de multicasos, foram aplicadas técnicas de tratamento de dados como a estatística descritiva, a análise de conteúdo e a Social Network Analysis (SNA), com o objetivo de, através de uma triangulação permanente, proceder a uma análise dos impactos observados pela utilização do SC. Estes impactos podem ser situados em três níveis diferentes: relativos à instituição, aos professores e aos alunos. Ao nível da adoção institucional de uma tecnologia, verificou-se que essa adoção passa uma mensagem a toda a organização e que, no caso do SC, apela à participação coletiva num ambiente aberto onde as hierarquias se dissipam. Verificou-se ainda que deve implicar o envolvimento dos alunos em atividades significativas e a adoção de estratégias dinâmicas, preferencialmente integradas num projeto mobilizador. A adoção do SC foi ainda catalisadora de dinâmicas que provocaram mudanças nos padrões de consumo e de produção de conteúdos bem como de uma atitude diferente perante o papel da web social no processo de ensino e aprendizagem. As conclusões apontam ainda no sentido da identificação de um conjunto de fatores, observados no estudo, que tiveram impacto no processo de adoção como o papel das lideranças, a importância da formação de professores, a cultura das escolas, a integração num projeto pedagógico e, a um nível mais primário, as questões do acesso à tecnologia. Algumas comunidades construídas à volta do SAPO Campus, envolvendo professores, alunos e a comunidade, evoluíram no sentido da autossustentação, num percurso de reflexão sobre as práticas pedagógicas e partilha de experiências.

Intervenção socioeducativa: investigação-ação participativa com trabalhadoras do sexo de rua e uma equipa de outreach

Nos últimos anos, assistimos ao crescimento do conhecimento sobre o trabalho sexual e os seus atores. No entanto, poucos estudos envolvem os/as trabalhadores/as do sexo (TS) como participantes ativos. Esta tese apresenta uma pesquisa de investigação-ação participativa (IAP) composta por dois estudos que, de forma complementar, pretendem contribuir para o desenvolvimento de uma proposta socioeducativa de intervenção centrada nos direitos e necessidades dos/as TS. O estudo preliminar pretende refletir sobre os discursos institucionais produzidos em torno do trabalho sexual e dar a conhecer as práticas socioeducativas empreendidas pelas instituições que dirigem serviços a TS, em Portugal. O segundo estudo apresenta o processo e os resultados de uma IAP, com TS de rua e uma equipa de outreach. O propósito do segundo estudo consistiu em identificar as necessidades e as vontades das TS e de uma equipa de outreach, com a finalidade de encorajar os/as participantes na construção de um modelo socioeducativo de intervenção. O estudo preliminar foi efetuado junto das 23 instituições que, à data deste estudo (de outubro de 2012 a março de 2013), prestavam apoio a TS. Concluímos que os serviços são bastante similares, focados na redução de riscos decorrentes do trabalho sexual, sobretudo a nível da promoção e educação para a saúde, assumindo uma intervenção tradicional centrada na epidemiologia. De forma menos expressiva, encontrámos instituições que se centram no apoio ao abandono da atividade. Todas assumem um papel fundamental no debate social e político sobre a prostituição enquanto trabalho ou opressão. Estes resultados conduziram-nos à formulação das seguintes questões: 1) Os serviços tradicionais centrados na epidemiologia reforçam inadvertidamente o estigma do/a TS?; 2) Quais são as preocupações, necessidades e vontades reais dos/as TS?; 3) O que pensam sobre serem envolvidos/as no desenho, implementação e avaliação de projetos que lhes dizem respeito? Assim, identificámos uma falta de participação dos/as TS em projetos a si dirigidos, corroborada pela literatura científica. O segundo estudo foi desenvolvido, de setembro de 2012 a junho de 2015, através de três ciclos de planificação-ação-reflexão com TS de rua e uma equipa de outreach, em Coimbra, tendo envolvido 28 participantes formais. Através de entrevistas e da reinterpretação conjunta dos resultados das mesmas, verificámos a existência de preocupações comuns, designadamente no que se refere à saúde e segurança ocupacionais, mas pouca coesão entre as TS. As iniciativas de conscientização, desenvolvidas no âmbito da IAP, providenciaram um sentido de controlo, mas a transformação da subjetividade em ação coletiva continua a ser premente. Por tal, propomos um modelo de intervenção socioeducativa com TS, segundo uma abordagem centrada na relação e na prática reflexiva, através do recurso a métodos e à filosofia da IAP. Propomos, ainda, algumas recomendações em torno da educação/formação dos profissionais de proximidade, das/os TS e, a um nível macro, iniciativas educativas centrada na desconstrução social do género.

Interação didática em língua estrangeira: contributos de um estudo baseado na dimensão sócio-afetiva da aprendizagem colaborativa

Pretendeu-se com este projecto de investigação estudar a interação didática co-construída por alunos do ensino superior em moldes de aprendizagem colaborativa na aula de Inglês língua estrangeira, com enfoque na dimensão sócio-afetiva da aprendizagem. Na base do quadro teórico encontra-se o pressuposto de que o conhecimento é algo dinâmico e construído colaborativamente, e que é na interação didática que emergem os comportamentos verbais reveladores do Saber―Ser/Estar/Aprender dos sujeitos, nomeadamente através da coconstrução e negociação de sentidos. Subjacente portanto ao estudo está a convicção de que “o trabalho crítico sobre a interação permite entender os modos relacionais entre os sujeitos pedagógicos, as relações interpessoais que se estabelecem e articular o desenvolvimento linguístico-comunicativo com o desenvolvimento pessoal e social dos alunos” (Araújo e Sá & Andrade, 2002, p. 82). Esta investigação centra-se exclusivamente nos aprendentes, na sequência de indicações provenientes da revisão de literatura, as quais apontam para uma lacuna nas investigações efetuadas até à data, referente ao número insuficiente de estudos dedicado à interação didática interpares, já que a grande maioria dos estudos se dirige para a relação professor-aluno (cf. Baker & Clark, 2010; Hellermann, 2008; O'Donnell & King, 2014). Por outro lado, o estado da arte relativo às investigações focalizadas na interacção entre aprendentes permite concluir que a melhor forma de exponenciar esta interação será através da aprendizagem colaborativa (cf. Johnson, Johnson, & Stanne, 2000; Slavin, 2014; Smith, Sheppard, Johnson, & Johnson, 2005). Circunscrevemos o nosso estudo à dimensão sócio-afetiva das estratégias de aprendizagem que ocorrem nessas interações, já que a revisão da literatura fez evidenciar a correlação positiva da aprendizagem colaborativa com as dimensões social e afetiva da interação (cf. Byun et al., 2012): por um lado, a dinâmica de grupo numa aula de língua estrangeira contribui grandemente para uma perceção afetiva favorável do processo de aprendizagem, incrementando igualmente a quantidade e a qualidade da interação (cf. Felder & Brent, 2007); por outro lado, a existência, na aprendizagem colaborativa, dos fenómenos de correção dos pares e de negociação de sentidos estimula a emergência da dimensão sócio-afetiva da aprendizagem de uma língua estrangeira (cf. Campbell & Kryszewska,1992; Hadfield, 1992; Macaro, 2005). É neste enquadramento teórico que se situam as nossas questões e objetivos de investigação. Em primeiro lugar procurámos saber como é que um grupo de aprendentes de Inglês língua estrangeira do ensino superior perceciona as estratégias de aprendizagem sócio-afetivas que utiliza em contexto de sala de aula, no âmbito da aprendizagem colaborativa e nãocolaborativa. Procurámos igualmente indagar quais as estratégias de aprendizagem sócio-afetivas passíveis de serem identificadas neste grupo de aprendentes, em situação de interação didática, em contexto de aprendizagem colaborativa. Finalmente, questionámo-nos sobre a relação entre a perceção que estes alunos possuem das estratégias de aprendizagem sócio-afetivas que empregam nas aulas de Inglês língua estrangeira e as estratégias sócio-afetivas identificadas em situação de interação didática, em contexto de aprendizagem colaborativa. No que respeita à componente empírica do nosso projecto, norteámo-nos pelo paradigma qualitativo, no contexto do qual efetuámos um estudo de caso, a partir de uma abordagem tendencialmente etnográfica, por tal nos parecer mais consentâneo, quer com a nossa problemática, quer com a natureza complexa dos processos interativos em sala de aula. A metodologia quantitativa está igualmente presente, pretendendo-se que tenha adicionado mais dimensionalidade à investigação, contribuindo para a triangulação dos resultados. A investigação, que se desenvolveu ao longo de 18 semanas, teve a sala de aula como local privilegiado para obter grande parte da informação. Os participantes do estudo de caso foram 24 alunos do primeiro ano de uma turma de Inglês Língua Estrangeira de um Instituto Politécnico, sendo a investigadora a docente da disciplina. A informação proveio primordialmente de um corpus de interações didáticas colaborativas audiogravadas e posteriormente transcritas, constituído por 8 sessões com uma duração aproximada de uma hora, e das respostas a um inquérito por questionário − construído a partir da taxonomia de Oxford (1990) − relativo à dimensão sócio-afetiva das estratégias de aprendizagem do Inglês língua estrangeira. O corpus gravado e transcrito foi analisado através da categorização por indicadores, com o objetivo de se detetarem as marcas sócio-afetivas das estratégias de aprendizagem mobilizadas pelos alunos. As respostas ao questionário foram tratadas quantitativamente numa primeira fase, e os resultados foram posteriormente triangulados com os provenientes da análise do corpus de interações. Este estudo permitiu: i) elencar as estratégias de aprendizagem que os aprendentes referem utilizar em situação de aprendizagem colaborativa e não colaborativa, ii) detetar quais destas estratégias são efetivamente utilizadas na aprendizagem colaborativa, iii) e concluir que existe, na maioria dos casos, um desfasamento entre o autoconceito do aluno relativamente ao seu perfil de aprendente de línguas estrangeiras, mais concretamente às dimensões afetiva e social das estratégias de aprendizagem que mobiliza, e a forma como este aprendente recorre a estas mesma estratégias na sala de aula. Concluímos igualmente que, em termos globais, existem diferenças, por vezes significativas, entre as representações que os sujeitos possuem da aprendizagem colaborativa e aquelas que detêm acerca da aprendizagem não colaborativa.

Ferramentas Web, Web 2.0 e software livre em EVT: estudo sobre a integração de ferramentas digitais no currículo da disciplina de educação visual e tecnológica

A utilização das TIC ocupam um lugar cada vez mais importante nas nossas escolas, marcado sobretudo pela evolução das tecnologias e pela utilização em contexto educativo de muitas ferramentas da Web 2.0. Esse facto é muito notório na disciplina de Educação Visual e Tecnológica, de carácter eminentemente prático, onde é permitido explorar várias ferramentas digitais para abordagem de conteúdos da disciplina e para a criação de produtos gráficos e plásticos. Com o aparecimento da Web 2.0 e a disponibilização de milhares de novas ferramentas digitais aos utilizadores da Internet, estimula-se um interesse cada vez maior na adoção de metodologias e estratégias com recurso a estes media e que suportem uma aprendizagem mais eficaz e motivadora para os alunos, articulando-se os suportes tradicionais de EVT com os novos media digitais. Neste contexto, o presente estudo é o resultado duma investigação-ação realizada no âmbito do Programa Doutoral em Multimédia em Educação da Universidade de Aveiro onde se implementou a integração de ferramentas da Web, Web 2.0 e Software Livre em contexto educativo na disciplina de EVT, na qual poderiam ser utilizadas tanto as técnicas tradicionais de realização mais usuais na disciplina como a integração e articulação com as ferramentas digitais, suportadas por software livre (e outros de utilização gratuita), a Web e a Web 2.0 para suporte ao ensino e aprendizagem dos diversos conteúdos e áreas de exploração da disciplina. Este estudo, desenhado em três ciclos, envolveu num primeiro momento a constituição de uma comunidade de prática de professores alargada, sendo criadas seis turmas de formação que reuniram um total de 112 professores que pretendiam integrar as ferramentas digitais em EVT. Para além da pesquisa, análise, seleção e catalogação destas 430 ferramentas digitais recenseadas, produziram-se 371 manuais de apoio à utilização das mesmas, sendo estes recursos disponibilizados no espaço do EVTdigital. Num segundo ciclo, decorrente da avaliação realizada, foi criada a distribuição EVTux para simplificar o acesso e utilização das ferramentas digitais em contexto de EVT. Finalmente, o terceiro ciclo, decorre da eliminação da disciplina de EVT do currículo do 2º ciclo do ensino básico e a sua substituição por duas novas disciplinas, tendo-se realizada a respetiva análise de conteúdo das metas curriculares e produzido a aplicação As ferramentas digitais do Mundo Visual, concebida para contextualizar e indexar as ferramentas digitais selecionadas para a nova disciplina de Educação Visual.Os resultados deste estudo apontam claramente para a possibilidade de integrar na disciplina de Educação Visual e Tecnológica (ou no presente momento, em Educação Visual) ferramentas digitais para abordagem aos conteúdos e áreas de exploração, bem como a possibilidade de se constituírem facilmente comunidades de prática (como foi o caso) que possam colaborar na catalogação destas ferramentas no contexto específico da disciplina e para a necessidade sentida pelos professores em obter informação e formação que os possa atualizar quanto à integração das TIC no currículo. Apresentam-se, ainda, as limitações deste estudo que passaram sobretudo pelo impacto negativo que a eliminação da disciplina provocou na motivação dos docentes e a sua consequente participação no decorrer de algumas fases do trabalho, e ainda da dificuldade de gestão de uma equipa de professores colaboradores tão numerosa e diversificada. Nesse sentido, são também apresentadas sugestões para estudos futuros.

Aconselhamento de produtos de apoio para alunos com NEE: levantamento das estratégias e modelos utilizados pelos CRTIC

Na senda do contexto legislativo de outros países, também Portugal criou uma conjuntura legislativa, no âmbito da Educação Especial, que consagrou a possibilidade de utilização de produtos de apoio, como um recurso ao serviço dos alunos com Necessidades Educativas Especiais (NEE). Entre outras iniciativas, o Ministério da Educação lançou, em 2007, uma rede constituída por 25 centros, designados por Centro de Recursos TIC para Educação Especial (CRTIC) que, entre outras missões, são responsáveis pela avaliação de alunos com NEE tendo em vista a implementação dos produtos de apoio na intervenção educativa junto deste tipo de discentes. É neste contexto que surge a proposta de, com o estudo aqui apresentado, investigar e compreender as práticas atualmente em curso nos CRTIC, nomeadamente no que respeita às estratégias e os modelos aplicados nas avaliações de alunos com NEE, para efeitos de atribuição de produtos de apoio. O referencial teórico que sustentou este estudo foi analisado considerando o contexto legislativo nacional e internacional, que enquadra a utilização deste tipo de recursos junto destes alunos. Considerámos ainda as classificações existentes que caracterizam a diversidade dos produtos de apoio disponíveis no mercado, tendo a presente investigação sido focada no âmbito do aconselhamento tipicamente realizado pelos CRTIC. Por último, fez-se uma reflexão acerca dos processos implicados na prestação de serviços, analisando alguns indicadores de qualidade de serviço aconselhados pela literatura da especialidade. Do ponto de vista metodológico, e atendendo à finalidade desta investigação, delineou-se uma estratégia que permitiu recolher dados provenientes de diferentes fontes, tendo-se desenvolvido um estudo do tipo survey, sustentado por um paradigma pluri-metodológico, cujo corpus de análise proveio da análise documental de relatórios oficiais e de inquéritos por entrevista e por questionário. Estes últimos foram aplicados a todo o universo dos CRTIC (25 centros), tendo-se obtido uma taxa de resposta de 100%. A análise dos dados obtidos revelou que o processo de avaliação desenvolvido por estes centros já tem em conta alguns dos aspetos destacados na literatura, tais como: equipas multidisciplinares; tomada de decisão colaborativa e observação dos fatores ambientais do aluno. Porém, verifica-se que são escassos os CRTIC que disponibilizam um apoio sistemático e continuo aos intervenientes educativos na fase de implementação/utilização dos produtos atribuídos. Sustentados na constatação deste facto, conceptualizámos e prototipámos uma proposta de uma plataforma de apoio à avaliação e monitorização dos produtos de apoio, designada por “Rede NEE”, que visa facilitar a comunicação entre os intervenientes. Esta proposta revela-se inovadora no modo como os pedidos podem ser realizados, contemplando ainda estratégias que poderão facilitar a monitorização dos produtos de apoio atribuídos.

Análise experimental e numérica do comportamento de estruturas de solo reforçado com geossintéticos : solo granular versus fino

As estruturas de solo reforçado com geossintéticos são normalmente constituídas por solos granulares com boas propriedades físicas e mecânicas. O uso de apenas este tipo de solos pode proporcionar o aumento, por vezes insustentável, do custo da execução das estruturas e o aumento do seu impacto ambiental. Deste modo, as estruturas de solo reforçado perdem a sua vantagem competitiva em relação a outros tipos de estruturas (muros de betão, muros de gravidade, muros de gabiões, etc.). Para resolver este problema podem ser utilizados outros tipos de solos (solos locais, finos, com propriedades físicas e mecânicas piores mas, no entanto, mais baratos) para a execução deste tipo de estruturas. De forma geral, com este estudo pretendeu-se contribuir para o incremento do conhecimento sobre a utilização de solos finos para a construção de estruturas de solo reforçado (muros e taludes). Para tal avaliaram-se as diferenças no comportamento mecânico dos materiais compósitos (solo granular reforçado versus solo fino reforçado) e das estruturas de solo reforçado constituídas com os dois tipos de solos. Assim, os objetivos deste estudo foram avaliar: a influência de vários parâmetros nas propriedades mecânicas e na capacidade de carga dos solos reforçados com geossintéticos; a influência de vários parâmetros no dimensionamento das estruturas de solo reforçado; e o comportamento das estruturas dimensionadas (incluindo a estabilidade global e a influência do processo construtivo) recorrendo a uma ferramenta numérica (PLAXIS). Para cumprir os objetivos propostos foram realizadas análises experimentais em laboratório (análise do comportamento do solo reforçado através de ensaios triaxiais e de California Bearing Ratio) e análises numéricas (dimensionamento de estruturas de solo reforçado; modelação numérica do comportamento através de uma ferramenta numérica comercial com o método dos elementos finitos). Os resultados dos ensaios experimentais mostraram que o comportamento mecânico e a capacidade de carga do solo foram incrementados com a inclusão das camadas de geossintético. Este efeito variou com os diversos parâmetros analisados mas, de forma geral, foi mais importante no solo fino (solo com propriedades mecânicas piores). As análises numéricas mostraram que as estruturas de solo fino precisaram de maior densidade de reforços para serem estáveis. Além disso, as estruturas de solo fino foram mais deformáveis e o efeito do seu processo construtivo foi mais importante (principalmente para estruturas de solo fino saturado).

Exergetic, energetic, economic and environmental evaluation of concentrated solar power plants in Libya

The PhD project addresses the potential of using concentrating solar power (CSP) plants as a viable alternative energy producing system in Libya. Exergetic, energetic, economic and environmental analyses are carried out for a particular type of CSP plants. The study, although it aims a particular type of CSP plant – 50 MW parabolic trough-CSP plant, it is sufficiently general to be applied to other configurations. The novelty of the study, in addition to modeling and analyzing the selected configuration, lies in the use of a state-of-the-art exergetic analysis combined with the Life Cycle Assessment (LCA). The modeling and simulation of the plant is carried out in chapter three and they are conducted into two parts, namely: power cycle and solar field. The computer model developed for the analysis of the plant is based on algebraic equations describing the power cycle and the solar field. The model was solved using the Engineering Equation Solver (EES) software; and is designed to define the properties at each state point of the plant and then, sequentially, to determine energy, efficiency and irreversibility for each component. The developed model has the potential of using in the preliminary design of CSPs and, in particular, for the configuration of the solar field based on existing commercial plants. Moreover, it has the ability of analyzing the energetic, economic and environmental feasibility of using CSPs in different regions of the world, which is illustrated for the Libyan region in this study. The overall feasibility scenario is completed through an hourly analysis on an annual basis in chapter Four. This analysis allows the comparison of different systems and, eventually, a particular selection, and it includes both the economic and energetic components using the “greenius” software. The analysis also examined the impact of project financing and incentives on the cost of energy. The main technological finding of this analysis is higher performance and lower levelized cost of electricity (LCE) for Libya as compared to Southern Europe (Spain). Therefore, Libya has the potential of becoming attractive for the establishment of CSPs in its territory and, in this way, to facilitate the target of several European initiatives that aim to import electricity generated by renewable sources from North African and Middle East countries. The analysis is presented a brief review of the current cost of energy and the potential of reducing the cost from parabolic trough- CSP plant. Exergetic and environmental life cycle assessment analyses are conducted for the selected plant in chapter Five; the objectives are 1) to assess the environmental impact and cost, in terms of exergy of the life cycle of the plant; 2) to find out the points of weakness in terms of irreversibility of the process; and 3) to verify whether solar power plants can reduce environmental impact and the cost of electricity generation by comparing them with fossil fuel plants, in particular, Natural Gas Combined Cycle (NGCC) plant and oil thermal power plant. The analysis also targets a thermoeconomic analysis using the specific exergy costing (SPECO) method to evaluate the level of the cost caused by exergy destruction. The main technological findings are that the most important contribution impact lies with the solar field, which reports a value of 79%; and the materials with the vi highest impact are: steel (47%), molten salt (25%) and synthetic oil (21%). The “Human Health” damage category presents the highest impact (69%) followed by the “Resource” damage category (24%). In addition, the highest exergy demand is linked to the steel (47%); and there is a considerable exergetic demand related to the molten salt and synthetic oil with values of 25% and 19%, respectively. Finally, in the comparison with fossil fuel power plants (NGCC and Oil), the CSP plant presents the lowest environmental impact, while the worst environmental performance is reported to the oil power plant followed by NGCC plant. The solar field presents the largest value of cost rate, where the boiler is a component with the highest cost rate among the power cycle components. The thermal storage allows the CSP plants to overcome solar irradiation transients, to respond to electricity demand independent of weather conditions, and to extend electricity production beyond the availability of daylight. Numerical analysis of the thermal transient response of a thermocline storage tank is carried out for the charging phase. The system of equations describing the numerical model is solved by using time-implicit and space-backward finite differences and which encoded within the Matlab environment. The analysis presented the following findings: the predictions agree well with the experiments for the time evolution of the thermocline region, particularly for the regions away from the top-inlet. The deviations observed in the near-region of the inlet are most likely due to the high-level of turbulence in this region due to the localized level of mixing resulting; a simple analytical model to take into consideration this increased turbulence level was developed and it leads to some improvement of the predictions; this approach requires practically no additional computational effort and it relates the effective thermal diffusivity to the mean effective velocity of the fluid at each particular height of the system. Altogether the study indicates that the selected parabolic trough-CSP plant has the edge over alternative competing technologies for locations where DNI is high and where land usage is not an issue, such as the shoreline of Libya.

Electrolytes for ceramic oxide fuel cells

The main objective of this dissertation is the development and processing of novel ionic conducting ceramic materials for use as electrolytes in proton or oxide-ion conducting solid oxide fuel cells. The research aims to develop new processing routes and/or materials offering superior electrochemical behavior, based on nanometric ceramic oxide powders prepared by mechanochemical processes. Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) require electrolyte materials with high proton conductivity at intermediate temperatures, 500-700ºC, such as reported for perovskite zirconate oxides containing alkaline earth metal cations. In the current work, BaZrO3 containing 15 mol% of Y (BZY) was chosen as the base material for further study. Despite offering high bulk proton conductivity the widespread application of this material is limited by its poor sinterability and grain growth. Thus, minor additions of oxides of zinc, phosphorous and boron were studied as possible sintering additives. The introduction of ZnO can produce substantially enhanced densification, compared to the un-doped material, lowering the sintering temperature from 1600ºC to 1300ºC. Thus, the current work discusses the best solid solution mechanism to accommodate this sintering additive. Maximum proton conductivity was shown to be obtained in materials where the Zn additive is intentionally adopted into the base perovskite composition. P2O5 additions were shown to be less effective as a sintering additive. The presence of P2O5 was shown to impair grain growth, despite improving densification of BZY for intermediate concentrations in the range 4 – 8 mol%. Interreaction of BZY with P was also shown to have a highly detrimental effect on its electrical transport properties, decreasing both bulk and grain boundary conductivities. The densification behavior of H3BO3 added BaZrO3 (BZO) shows boron to be a very effective sintering aid. Nonetheless, in the yttrium containing analogue, BaZr0.85Y0.15O3- (BZY) the densification behavior with boron additives was shown to be less successful, yielding impaired levels of densification compared to the plain BZY. This phenomenon was shown to be related to the undesirable formation of barium borate compositions of high melting temperatures. In the last section of the work, the emerging oxide-ion conducting materials, (Ba,Sr)GeO3 doped with K, were studied. Work assessed if these materials could be formed by mechanochemical process and the role of the ionic radius of the alkaline earth metal cation on the crystallographic structure, compositional homogeneity and ionic transport. An abrupt jump in oxide-ion conductivity was shown on increasing operation temperature in both the Sr and Ba analogues.

Development of Zirconia based phosphors for application in lighting and as luminescent bioprobes

The strong progress evidenced in photonic and optoelectronic areas, accompanied by an exponential development in the nanoscience and nanotechnology, gave rise to an increasing demand for efficient luminescent materials with more and more exigent characteristics. In this field, wide band gap hosts doped with lanthanide ions represent a class of luminescent materials with a strong technological importance. Within wide band gap material, zirconia owns a combination of physical and chemical properties that potentiate it as an excellent host for the aforementioned ions, envisaging its use in different areas, including in lighting and optical sensors applications, such as pressure sensors and biosensors. Following the demand for outstanding luminescent materials, there is also a request for fast, economic and an easy scale-up process for their production. Regarding these demands, laser floating zone, solution combustion synthesis and pulsed laser ablation in liquid techniques are explored in this thesis for the production of single crystals, nanopowders and nanoparticles of lanthanides doped zirconia based hosts. Simultaneously, a detailed study of the morphological, structural and optical properties of the produced materials is made. The luminescent characteristics of zirconia and yttria stabilized zirconia (YSZ) doped with different lanthanide ions (Ce3+ (4f1), Pr3+ (4f2), Sm3+ (4f5), Eu3+ (4f6), Tb3+ (4f8), Dy3+ (4f9), Er3+ (4f11), Tm3+ (4f12), Yb3+ (4f13)) and co-doped with Er3+,Yb3+ and Tm3+,Yb3+ are analysed. Besides the Stokes luminescence, the anti- Stokes emission upon infrared excitation (upconversion and black body radiation) is also analysed and discussed. The comparison of the luminescence characteristics in materials with different dimensions allowed to analyse the effect of size in the luminescent properties of the dopant lanthanide ions. The potentialities of application of the produced luminescent materials in solid state light, biosensors and pressure sensors are explored taking into account their studied characteristics.

Cimentos injetáveis à base de fosfatos de cálcio para vertebroplastia

O principal objectivo desta investigação foi o desenvolvimento cimentos de fosfatos de cálcio com injetabilidade melhorada e propriedades mecânicas adequadas para aplicação em vertebroplastia. Os pós de fosfato de tricálcico (TCP) não dopados e dopados (Mg, Sr e Mn) usados neste estudo foram obtidos pelo processo de precipitação em meio aquoso, seguidos de tratamento térmico de forma a obter as fases pretendidas, α− e β−TCP. A substituição parcial de iões Ca por iões dopantes mostrou ter implicações em termos de estabilidade térmica da fase β−TCP. Os resultados demonstraram que as transformações de fase alotrópicas β↔α−TCP são fortemente influenciadas por variáveis experimentais como a taxa de arrefecimento, a presença de impurezas de pirofosfato de cálcio e a extensão do grau de dopagem com Mg. Os cimentos foram preparados através da mistura de pós, β−TCP (não dopados e dopados) e fosfato monocálcico monidratado (MCPM), com meios líquidos diferentes usando ácido cítrico e açucares (sucrose e frutose) como agentes retardadores de presa, e o polietilenoglicol, a hidroxipropilmetilcelulose e a polivinilpirrolidona como agentes gelificantes. Estes aditivos, principalmente o ácido cítrico, e o MCPM aumentam significativamente a força iónica do meio, influenciando a injetabilidade das pastas. Os resultados também mostraram que a distribuição de tamanho de partícula dos pós é um factor determinante na injetabilidade das pastas cimentícias. A combinação da co-dopagem de Mn e Sr com a adição de sucrose no líquido de presa e com uma distribuição de tamanho de partícula dos pós adequada resultou em cimentos de brushite com propriedades bastante melhoradas em termos de manuseamento, microestrutura, comportamento mecânico e biológico: (i) o tempo inicial de presa passou de ~3 min to ~9 min; (ii) as pastas cimentícias foram totalmente injectadas para uma razão liquido/pó de 0.28 mL g−1 com ausência do efeito de “filter-pressing” (separação de fases líquida e sólida); (iii) após imersão numa solução durante 48 h, as amostras de cimento molhadas apresentam uma porosidade total de ~32% e uma resistência a compressão de ~17 MPa, valor muito superior ao obtido para os cimentos sem açúcar não dopados (5 MPa) ou dopados só com Sr (10 MPa); e (iv) o desempenho biológico, incluindo a adesão e crescimento de células osteoblásticas na superfície do cimento, foi muito melhorado. Este conjunto de propriedades torna os cimentos excelentes para regeneração óssea e engenharia de tecidos, e muito promissores para aplicação em vertebroplastia.

Study and development of UV photodetectors envisaging COMPASS RICH-1 upgrade and applications

COMPASS is an experiment at CERN’s SPS whose goal is to study hadron structure and spectroscopy. The experiment includes a wide acceptance RICH detector, operating since 2001 and subject to a major upgrade of the central region of its photodetectors in 2006. The remaining 75% of the photodetection area are still using MWPCs from the original design, who suffer from limitations in gain due to aging of the photocathodes from ion bombardment and due to ion-induced instabilities. Besides the mentioned limitations, the increased luminosity conditions expected for the upcoming years of the experiment make an upgrade to the remaining detectors pertinent. This upgrade should be accomplished in 2016, using hybrid detectors composed of ThGEMs and MICROMEGAS. This work presents the study, development and characterization of gaseous photon detectors envisaging the foreseen upgrade, and the progress in production and evaluation techniques necessary to reach increasingly larger area detectors with the performances required. It includes reports on the studies performed under particle beam environment of such detectors. MPGD structures can also be used in a variety of other applications, of which nuclear medical imaging is a notorious example. This work includes, additionally, the initial steps in simulating, assembling and characterizing a prototype of a gaseous detector for application as a Compton Camera.