Integrated analysis and design of optimization and up-scaling of inductively coupled plasma synthesis of nanoparticles

This study is focused on radio-frequency inductively coupled thermal plasma (ICP) synthesis of nanoparticles, combining experimental and modelling approaches towards process optimization and industrial scale-up, in the framework of the FP7-NMP SIMBA European project (Scaling-up of ICP technology for continuous production of Metallic nanopowders for Battery Applications). First the state of the art of nanoparticle production through conventional and plasma routes is summarized, then results for the characterization of the plasma source and on the investigation of the nanoparticle synthesis phenomenon, aiming at highlighting fundamental process parameters while adopting a design oriented modelling approach, are presented. In particular, an energy balance of the torch and of the reaction chamber, employing a calorimetric method, is presented, while results for three- and two-dimensional modelling of an ICP system are compared with calorimetric and enthalpy probe measurements to validate the temperature field predicted by the model and used to characterize the ICP system under powder-free conditions. Moreover, results from the modeling of critical phases of ICP synthesis process, such as precursor evaporation, vapour conversion in nanoparticles and nanoparticle growth, are presented, with the aim of providing useful insights both for the design and optimization of the process and on the underlying physical phenomena. Indeed, precursor evaporation, one of the phases holding the highest impact on industrial feasibility of the process, is discussed; by employing models to describe particle trajectories and thermal histories, adapted from the ones originally developed for other plasma technologies or applications, such as DC non-transferred arc torches and powder spherodization, the evaporation of micro-sized Si solid precursor in a laboratory scale ICP system is investigated. Finally, a discussion on the role of thermo-fluid dynamic fields on nano-particle formation is presented, as well as a study on the effect of the reaction chamber geometry on produced nanoparticle characteristics and process yield.

Low-temperature thermochronological evolution of the Menderes and Alanya massifs (Turkey)

The application of two low-temperature thermochronometers [fission-track analysis and (U-Th)/He analyses, both on apatite] to various tectonostratigraphic units of the Menderes and Alanya Massifs of Turkey has provided significant new constraints to the understanding of their structural evolution. The Menderes Massif of western Anatolia is one of the largest metamorphic core complexes on Earth. The integration of the geochronometric dataset presented in this dissertation with preexisting ones from the literature delineates three groups of samples within the Menderes Massif. In the northern and southern region the massif experienced a Late Oligocene-Early Miocene tectonic denudation and surface uplift; whereas data from the central region are younger, with most ages ranging between the Middle-Late Miocene. The results of this study are consistent with the interpretation for a symmetric exhumation of the Menderes Massif. The Alanya Massif of SW Anatolia presents a typical nappe pile consisting of thrust sheets with contrasting metamorphic histories. Petrological and geochronological data clearly indicate that the tectonometamorphic evolution Alanya started from Late Cretaceous with the northward subduction of an ‘Alanya ocean’ under the Tauride plate. As an effect of the closure of the İzmir–Ankara–Erzincan ocean, northward backthrusting during the Paleocene-Early Eocene created the present stacking order. Apatite fission-track ages from this study range from 31.8 to 26.8 Ma (Late Rupelian-Early Chattian) and point to a previously unrecognized mid-Oligocene cooling/exhumation episode. (U-Th)/He analysis on zircon crystals obtained from the island of Cyprus evidentiate that the Late Cretaceous trondhjemites of the Troodos Massif not recorded a significant cooling event. Instead results for the Late Triassic turbiditic sandstones of the Vlambouros Formation show that the Mamonia mélange was never buried enough to reach the closure temperature of the ZHe radiometric system (ca. 200°C), thus retaining the Paleozoic signature of a previous sedimentary cycle.

La produzione ceramica dell'abitato di Mursia (Pantelleria). Interazioni tra comunità costiere della Sicilia e del Mediterraneo centrale tra Bronzo Antico e Bronzo Medio

La ricerca di dottorato affronta lo studio della cultura materiale dell’abitato dell’età del Bronzo di Mursia (isola di Pantelleria) attraverso l’analisi della produzione ceramica. In particolare, sono analizzati gli aspetti che permettono di ampliare l’inquadramento culturale del sito, sia nella sua articolazione interna che nei rapporti con le coeve comunità del Mediterraneo centrale nella prima metà del II millennio a.C. La ricerca inizia con l’illustrazione delle recenti prospettive di studio della Preistoria del Mediterraneo, un tema al centro di un intenso dibattito incentrato sul riconoscimento delle identità culturali e sul ruolo delle reciproche interazioni, con particolare attenzione all’età del Bronzo. Al complesso archeologico di Mursia viene riconosciuto un carattere di eccezionalità per la spettacolare conservazione dei resti archeologici dell’abitato e della necropoli monumentale, oggetto di indagine negli ultimi decenni da parte dell’Università di Bologna e dell’Università Suor Orsola Benincasa di Napoli. Le ricerche hanno consentito di mettere in luce ampie porzioni dell’abitato e di poter esaminare con elevato dettaglio la cultura materiale in rapporto alle modalità insediative diversificate nello spazio e nel tempo. L’approfondimento della ricerca del dottorato verte sullo studio dei manufatti ceramici come strumento privilegiato per definire l’identità culturale della comunità di Mursia, attraverso gli aspetti della produzione artigianale, le abitudini di preparazione e consumo dei cibi e il significato funzionale o simbolico/estetico di alcune categorie vascolari. Rispetto a precedenti presentazioni del contesto di Mursia, la ricerca di dottorato ha enfatizzato, all’interno dell’abbondante produzione ceramica, la presenza di alcune classi con decorazioni incise e impresse che per quantità e caratteri di originalità divengono un elemento aggiuntivo nella definizione della facies di Mursia. Le stesse ceramiche incise e impresse presentano elementi di affinità con una serie di produzioni vascolari coeve nell’area del Mediterraneo centrale, consentendo di affrontare il tema delle interazioni tra diversi contesti insulari

Development of numerical tools for the simulation, design and optimization of a Helicon Plasma Thruster

This work thesis focuses on the Helicon Plasma Thruster (HPT) as a candidate for generating thrust for small satellites and CubeSats. Two main topics are addressed: the development of a Global Model (GM) and a 3D self-consistent numerical tool. The GM is suitable for preliminary analysis of HPTs with noble gases such as argon, neon, krypton, and xenon, and alternative propellants such as air and iodine. A lumping methodology is developed to reduce the computational cost when modelling the excited species in the plasma chemistry. A 3D self-consistent numerical tool is also developed that can treat discharges with a generic 3D geometry and model the actual plasma-antenna coupling. The tool consists of two main modules, an EM module and a FLUID module, which run iteratively until a steady state solution is converged. A third module is available for solving the plume with a simplified semi-analytical approach, a PIC code, or directly by integration of the fluid equations. Results obtained from both the numerical tools are benchmarked against experimental measures of HPTs or Helicon reactors, obtaining very good qualitative agreement with the experimental trend for what concerns the GM, and an excellent agreement of the physical trends predicted against the measured data for the 3D numerical strategy.

Predizione degli outcome del rivolgimento per manovre esterne nelle gravidanze con presentazione podalica del feto con l'utilizzo dell'angolo di progressione della parte presentata

Introduzione: La presentazione podalica complica il 3-4% delle gravidanze singole a termine. Sebbene il parto vaginale sia possibile, gli studi in letteratura hanno riportato un aumento del rischio di mortalità e morbilità fetale. Di conseguenza nel mondo il numero di tagli cesarei eseguiti per presentazione podalica è alto. Il rivolgimento per manovre esterne (RME) è una procedura ostetrica sicura che permette il passaggio del feto dalla presentazione podalica a quella cefalica, riducendo il numero dei tagli cesarei. L’angolo di progressione della parte presentata (AoP) è un parametro ecografico descritto in letteratura per la valutazione della progressione della parte presentata attraverso il canale del parto ed è stato recentemente studiato nelle gravidanze con presentazione podalica del feto. Obiettivi: L’obiettivo primario è valutare la correlazione tra l’AoP e il successo del RME. L’obiettivo secondario è verificare se esiste correlazione tra parametri anamnestici ed ecografici e la riuscita del RME. Materiali e metodi: È stato condotto uno studio osservazione prospettico monocentrico, sono state reclutate previo consenso informato 54 pazienti afferenti presso l’Ospedale Maggiore di Bologna con gravidanza singola dopo le 36 settimane e feto in presentazione podalica tra gennaio 2020 e giugno 2023. Risultati: La percentuale di RME riusciti è stata del 48,2%, il 53,7% delle donne ha partorito mediante taglio cesareo. Non abbiamo trovato una correlazione tra AoP e successo del rivolgimento. Tra le altre variabili analizzate l’unica correlata al successo del RME è la quantità di liquido amniotico Conclusioni: Non abbiamo trovato una correlazione tra AOP e successo del RME. Come descritto in letteratura l’unico parametro ecografico che è risultato associato al successo del RME è la quantità di liquido amniotico. Dato il disegno dello studio e la scarsa numerosità del campione sono necessari ulteriori studi per confermare i risultati.