Ab initio valence-bond cluster model for ionic solids: Alkaline-earth oxides

A linear M-O-M (M=metal, O=oxygen) cluster embedded in a Madelung field, and also including the quantum effects of the neighboring ions, is used to represent the alkaline-earth oxides. For this model an ab initio wave function is constructed as a linear combination of Slater determinants written in an atomic orbital basis set, i.e., a valence-bond wave function. Each valence-bond determinant (or group of determinants) corresponds to a resonating valence-bond structure. We have obtained ab initio valence-bond cluster-model wave functions for the electronic ground state and the excited states involved in the optical-gap transitions. Numerical results are reasonably close to the experimental values. Moreover, the model contains the ionic model as a limiting case and can be readily extended and improved.

Electronic structure and properties of AlN

The electronic structure of the wurtzite-type phase of aluminum nitride has been investigated by means of periodic ab initio Hartree-Fock calculations. The binding energy, lattice parameters (a,c), and the internal coordinate (u) have been calculated. All structural parameters are in excellent agreement with the experimental data. The electronic structure and bonding in AlN are analyzed by means of density-of-states projections and electron-density maps. The calculated values of the bulk modulus, its pressure derivative, the optical-phonon frequencies at the center of the Brillouin zone, and the full set of elastic constants are in good agreement with the experimental data.

Neutral atoms in ionic lattices: Excited states of KCl:Ag(0)

The optical-absorption spectrum of a cationic Ag0 atom in a KCl crystal has been studied theoretically by means of a series of cluster models of increasing size. Excitation energies have been determined by means of a multiconfigurational self-consistent field procedure followed by a second-order perturbation correlation treatment. Moreover results obtained within the density-functional framework are also reported. The calculations confirm the assignment of bands I and IV to transitions of the Ag-5s electron into delocalized states with mainly K-4s,4p character. Bands II and III have been assigned to internal transitions on the Ag atom, which correspond to the atomic Ag-4d to Ag-5s transition. We also determine the lowest charge transfer (CT) excitation energy and confirm the assignment of band VI to such a transition. The study of the variation of the CT excitation energy with the Ag-Cl distance R gives additional support to a large displacement of the Cl ions due to the presence of the Ag0 impurity. Moreover, from the present results, it is predicted that on passing to NaCl:Ag0 the CT onset would be out of the optical range while the 5s-5p transition would undergo a redshift of 0.3 eV. These conclusions, which underline the different character of involved orbitals, are consistent with experimental findings. The existence of a CT transition in the optical range for an atom inside an ionic host is explained by a simple model, which also accounts for the differences with the more common 3d systems. The present study sheds also some light on the R dependence of the s2-sp transitions due to s2 ions like Tl+.

Electronic structure and properties of AlN

The electronic structure of the wurtzite-type phase of aluminum nitride has been investigated by means of periodic ab initio Hartree-Fock calculations. The binding energy, lattice parameters (a,c), and the internal coordinate (u) have been calculated. All structural parameters are in excellent agreement with the experimental data. The electronic structure and bonding in AlN are analyzed by means of density-of-states projections and electron-density maps. The calculated values of the bulk modulus, its pressure derivative, the optical-phonon frequencies at the center of the Brillouin zone, and the full set of elastic constants are in good agreement with the experimental data.

Crystallization and properties of poly(ethylene terephtalate) copolymers containing 5-tert-butyl isophtalic units

The influence of incorporating 5-tert-butyl isophthalic units (tBI) in the polymer chain of poly(ethylene terephthalate) (PET) on the crystallization behavior, crystal structure, and tensile and gas transport properties of this polyester was evaluated. Random poly(ethyleneterephthalate-co-5-tert-butyl isophthalate) copolyesters (PETtBI) containing between 5 and 40 mol% of tBI units were examined. Isothermal crystallization studies were performed on amorphous glassy films at 120 8C and on molten samples at 200 8C by means of differential scanning calorimetry. Furthermore, the non-isothermal crystallization behavior of the copolyesters was investigated. It was observed that both crystallinity and crystallization rate of the PETtBI copolyesters tend to decrease largely with the comonomeric content, except for the copolymer containing 5 mol% of tBI units, which crystallized faster than PET. Fiber X-ray diffraction patterns of the semicrystalline PETtBI copolyesters proved that they adopt the same triclinic crystal structure as PET with the comonomeric units being excluded from the crystalline phase. Although PETtBI copolyesters became brittle for higher contents in tBI, the tensile modulus and strength of PET were barely affected by copolymerization. The ncorporation of tBI units slightly increased the permeability of PET, but copolymers containing up to 20 mol% of the comonomeric units were still able to present barrier properties.

Role of structural saturation and geometry in the luminescence of silicon-based nanostructured materials

The structural saturation and stability, the energy gap, and the density of states of a series of small, silicon-based clusters have been studied by means of the PM3 and some ab initio (HF/6-31G* and 6-311++G**, CIS/6-31G* and MP2/6-31G*) calculations. It is shown that in order to maintain a stable nanometric and tetrahedral silicon crystallite and remove the gap states, the saturation atom or species such as H, F, Cl, OH, O, or N is necessary, and that both the cluster size and the surface species affect the energetic distribution of the density of states. This research suggests that the visible luminescence in the silicon-based nanostructured material essentially arises from the nanometric and crystalline silicon domains but is affected and protected by the surface species, and we have thus linked most of the proposed mechanisms of luminescence for the porous silicon, e.g., the quantum confinement effect due to the cluster size and the effect of Si-based surface complexes.

Avaluació de l'aptitud de bioestabilitzats com a esmena orgànica per a la rehabilitació de sòls

L’objectiu d’aquest estudi ha estat avaluar l’efecte que té sobre algunes propietats fisicoquímiques del sòl i el creixement de plantes, l’adició del producte compostat obtingut a partir de la fracció orgànica dels residus sòlids urbans de recollida no selectiva, material anomenat bioestabilitzat. S’ha dut a terme un bioassaig amb blat (Triticum aestivum), utilitzant bioestabilitzat procedent de dues plantes de tractament mecànic i biològic, Vacarisses i Mataró, que s’ha aplicat a diferents dosis en un sòl de baixa qualitat. S’ha observat una relació positiva entre el creixement del blat i la dosis de bioestabilitzat aplicada. Pel que fa a la germinació, ha estat lleugerament estimulada per les dosis intermèdies de bioestabilitzat assajades. En quant a les propietats fisicoquímiques del sòl, s’ha observat un increment de la salinitat en funció de la dosis de bioestabilitzat aplicada, que en les més elevades podria ser problemàtica. També, el contingut de matèria orgànica ha augmentat de manera proporcional a la dosis, cosa que ha millorat les propietats físiques del sòl. Per altra banda, s’han trobat continguts d’impropis (vidre, plàstic ...) i concentracions d’alguns metalls pesants bastant elevades, així com una considerable variabilitat entre les partides de bioestabilitzat. Finalment, es conclou que abans de permetre l’aplicació de bioestabilitzat per a la rehabilitació de sòls degradats, cal aprofundir més en l’estudi d’aquest material.

La funció Z de Riemann

El novembre de 1859 Riemann envià un manuscrit de sis fulls a l’Acadèmia de Berlín titulat Sobre el nombre de primers menors que una quantitat donada, el qual seria l’única publicació dedicada a la teoria de nombres de tota la seva producció científica. Aquest treball, sens dubte una de les peces mestres de les matemàtiques de tots els temps, és pioner en l’aplicació de tècniques analítiques per a l’estudi de problemes aritmètics. En ell Riemann introdueix la funció Z i en dóna diverses propietats, de les quals en treu conseqüències sobre l’acumulació dels nombres primers. També hi enuncia la famosa conjectura sobre els seus zeros que ha passat a la història amb el nom d’hipòtesi de Riemann, i que, havent resistit els esforços de molts dels millors matemàtics del segle xx, és considerada avui dia el problema obert més important de les matemàtiques. L’objectiu d’aquestes notes és explicar el contingut del treball de Riemann i el paper fonamental que ha jugat en l’estudi de la distribució dels nombres primers.

Els nous materials s'inspiren en taurons i flors

Els nous materials sintètics, els més revolucionaris, s"inspiraran en la natura, capaç de crear per ella mateixa estructures amb propietats úniques

Ferromagnetic shape memory alloys: structural and thermal properties

The most extensively studied Heusler alloys are those based on the Ni-Mn-Ga system. However, to overcome the high cost of Gallium and the usually low martensitic transformation temperature, the search for Ga-free alloys has been recently attempted, particularly, by introducing In, Sn or Sb. In this work, two alloys (Mn50Ni35.5In14.5 and Ni50Mn35In15) have been obtained by melt spinning. We outline their structural and thermal behaviour. Mn50Ni35.5In14.5 alloy has the transformation above room temperature whereas Ni50Mn35In15 does not have this transformation in the temperature range here analyzed

Efecte sobre la capacitat d'intercanvi catiònic del sòl i la retenció de nutrients de les aplicacions de biochar en sòls agrícoles

El biochar, o biocarbó, és un material produït a partir de la piròlisi de biomassa, consistent en la descomposició tèrmica de la matèria orgànica a baixa o nul·la concentració d’oxigen. La seva definició més acceptada és la d’un material pirolitzat destinat a ser utilitzat en el sòl, quedant fora d’aquesta denominació materials produïts per a ser utilitzats com a combustible. La gran varietat de materials pirolitzables i de tecnologies de piròlisi determinen un ampli ventall de biochars amb propietats físiques, químiques i biològiques molt contrastades, i que determinen la seva idoneïtat o no per a ser utilitzat com a esmena orgànica, sent la biomassa de partida un dels factors més determinants. Els processos de piròlisis generen gasos inflamables, gasos condensables inflamables (bioolis) i biochar en proporcions variables segons el tipus de piròlisi. Aquests grans tipus principals de piròlisi per la producció de biochar són: Piròlisi lenta, Piròlisi ràpida, i Gasificació. El producte biochar, totalment en procés d’investigació, es creu que pot tenir grans beneficis ambientals en diferents àmbits: Biochar com a millora de la fertilitat, Biochar com a via de gestió de residus, Biochar per producció d’energia, i Biochar per la mitigació del canvi climàtic. Cal tenir en compte possibles riscos a l’hora d’aplicar biochar en sòls. Ja que el producte final varia segons el material de partida. En especial quan es genera biochar a partir de residus, ja siguin de depuradora, industrials o ramaders, degut que el seu contingut en contaminants pot ser perjudicial pel medi ambient i per la salut de les plantes. Els contaminats presents, sobretot metalls pesats i hidrocarburs aromàtics policíclics (PAH), són difícilment eliminats o es produeixen “de novo” durant el procés de piròlisi, respectivament, de manera que amb les aplicacions de biochar poden causar impactes negatius. En aquest projecte, es centre especial atenció en una única característica del sòl, com es la capacitat d’intercanvi catiònic (CIC). La CIC és la capacitat que té el sòl per retenir i alliberar ions amb càrrega positiva. Per les seves característiques, l’argila i la matèria orgànica són les que condicionen la CIC total d’un sòl, ja que aquestes contenen carregues negatives a la seva superfície. La CIC proporciona als sòls la capacitat de retenir nutrients, necessaris per el creixement de les plantes, per tant una major CIC incrementa la fertilitat dels sòls, així com permet reduir les pèrdues d’aquests nutrients per lixiviació i mitigar possible contaminació de les aigües. L’objectiu principal del projecte doncs, és estudiar el potencial ús d’un biochar de gasificació com esmena orgànica per a sòls agrícoles alcalins mediterranis, i més concretament el seu paper per a millora de la retenció de nutrients en relació al potencial augment de la capacitat d’intercanvi catiònic (CIC) del sòl 18 mesos després de la seva aplicació en parcel·les de camp. Les conclusions finals no han estat del tot satisfactòries, degut que no s’han trobat diferències en la CIC, havent de rebutjar la hipòtesi de partida. Tot i que hi ha diferents factors que poden ser la causa d’aquests resultats. Una possibilitat, probablement la que dona major explicació, és el poc temps transcorregut des de l’aplicació de biochar fins al moment de les anàlisis.

Pintoresco : Evaluación de los procesos de aprendizaje conceptual

El documento recoge los hitos del desarrollo de Pintoresco, una aplicación orientada a la evaluación de los procesos de aprendizaje conceptual que se examinan a partir de su uso por usuario ordinario. La aplicación permite obtener datos del proceso de aprendizaje conceptual en un contexto en que la estructura interna de las clases en que se produce una partición no depende de las propiedades específicas de los patrones de estímulo que son distintos para cada usuario sino de la forma lógica de la propia partición.

Aggregate material formulated with MSWI bottom ash and APC fly ash for use as secondary building material

The main goal of this paper is to obtain a granular material formulated with Municipal Solid Waste Incinerarion (MSWI) bottom ash (BA) and air pollution control (APC) ash to be used as secondary building material. Previously, an optimum concrete mixture using both MSWI residues as aggregates was formulated. A compromise between the environmental behaviour and the economy of the process was considered. Unconfined compressive strength and abrasion resistance values were measured in order to evaluate the mechanical properties. From these results, the granular mixture was not suited for certain applications owing to the high BA/APC content and low cement percentages used to reduce the costs of the final product. Nevertheless, the leaching test performed showed that the concentrations of all heavy metals were below the limits established by the current Catalan legislation for their reutilization. Therefore, the material studied might be mainly used in embankments, where high mechanical properties are not needed and environmental safety is assured.

A Thermokinetic approach to radiative heat transfer at the nanoscale

Radiative heat exchange at the nanoscale presents a challenge for several areas due to its scope and nature. Here, we provide a thermokinetic description of microscale radiative energy transfer including phonon-photon coupling manifested through a non-Debye relaxation behavior. We show that a lognormal-like distribution of modes of relaxation accounts for this non-Debye relaxation behavior leading to the thermal conductance. We also discuss the validity of the fluctuation-dissipation theorem. The general expression for the thermal conductance we obtain fits existing experimental results with remarkable accuracy. Accordingly, our approach offers an overall explanation of radiative energy transfer through micrometric gaps regardless of geometrical configurations and distances.