Moisture and potential vorticity in medicanes: theoretical approach and case studies

Da poco più di 30 anni la comunità scientifica è a conoscenza dell’occasionale presenza di strutture cicloniche con alcune caratteristiche tropicali sul Mar Mediterraneo, i cosiddetti medicane. A differenza dei cicloni baroclini delle medie latitudini, essi posseggono una spiccata simmetria termica centrale che si estende per gran parte della troposfera, un occhio, talvolta privo di nubi, e una struttura nuvolosa a bande spiraleggianti. Ad oggi non esiste ancora una teoria completa che spieghi la loro formazione ed evoluzione. La trattazione di questa tesi, incentrata sull’analisi dei campi di vorticità potenziale e di umidità relativa, è sviluppata nell’ottica di una miglior comprensione delle dinamiche alla mesoscala più rilevanti per la nascita dei medicane. Lo sviluppo di tecniche avanzate di visualizzazione dei campi generati dal modello WRF, quali l’animazione tridimensionale delle masse d’aria aventi determinate caratteristiche, ha permesso l’individuazione di due zone di forti anomalie di due campi derivati dalla vorticità potenziale in avvicinamento reciproco, intensificazione e mutua interazione nelle ore precedenti la formazione dei medicane. Tramite la prima anomalia che è stata chiamata vorticità potenziale secca (DPV), viene proposta una nuova definizione di tropopausa dinamica, che non presenta i problemi riscontrati nella definizione classica. La seconda anomalia, chiamata vorticità potenziale umida (WPV), individua le aree di forte convezione e permette di avere una visione dinamica dello sviluppo dei medicane alle quote medio-basse. La creazione di pseudo immagini di vapore acqueo tramite la teoria del trasferimento radiativo e la comparazione di queste mappe con quelle effettivamente misurate nei canali nella banda del vapore acqueo dai sensori MVIRI e SEVIRI dei satelliti Meteosat hanno da un lato confermato l’analisi modellistica, dall’altro consentito di stimare gli errori spazio-temporali delle simulazioni. L’utilizzo dei dati di radianza nelle microonde, acquisiti dai sensori AMSU-B e MHS dei satelliti NOAA, ha aggiunto ulteriori informazioni sia sulle intrusioni di vorticità potenziale che sulla struttura degli elementi convettivi presenti sul dominio, in modo particolare sulla presenza di ghiaccio in nube. L’analisi dettagliata di tre casi di medicane avvenuti nel passato sul Mar Mediterraneo ha infine consentito di combinare gli elementi innovativi sviluppati in questo lavoro, apportando nuove basi teoriche e proponendo nuovi metodi di indagine non solo per lo studio di questi fenomeni ma anche per un’accurata ricerca scientifica su ciclogenesi di altro tipo.

Synthesis, characterization and formulation of a cathode active material: Copper nitroprusside

Nowadays, rechargeable Li-ion batteries play an important role in portable consumer devices. Formulation of such batteries is improvable by researching new cathodic materials that present higher performances of cyclability and negligible efficiency loss over cycles. Goal of this work was to investigate a new cathodic material, copper nitroprusside, which presents a porous 3D framework. Synthesis was carried out by a low-cost and scalable co-precipitation method. Subsequently, the product was characterized by means of different techniques, such as TGA, XRF, CHN elemental analysis, XRD, Mössbauer spectroscopy and cyclic voltammetry. Electrochemical tests were finally performed both in coin cells and by using in situ cells: on one hand, coin cells allowed different formulations to be easily tested, on the other operando cycling led a deeper insight to insertion process and both chemical and physical changes. Results of several tests highlighted a non-reversible electrochemical behavior of the material and a rapid capacity fading over time. Moreover, operando techniques report that amorphisation occurs during the discharge.

Formulation of ionogel, hydrogel and films using a cellulose rich solid obtained from Pinus radiata

The purpose of my internship, carried out during my Erasmus period at the Complutense University of Madrid, was focused on the formulation of ionogels and hydrogels for the obtainment of films with high lignin content, and on their characterization measuring their antibacterial properties. For biomass formulation I used lignocellulosic biomass (Pinus Radiata) as raw material and ionic liquid as solvent. The two ionic liquids proposed were: 1-ethyl-3-methylimidazoliumdimethylphosphate [Emim][DMP] and 1-ethyl-3-methylimidazoliumdiethylphosphate [Emim][DEP]. The two-starting cellulose-rich solids were obtained from Pinus radiata wood that had been submitted to an organosolv process, to reduce its lignin content to fifteen (ORG15) and twenty per cent (ORG20). Having two ionic liquids and two solids available, the first phase of the project was devoted to the screening of both solids in both ionic liquids. Through this, it was possible to identify that only the [Emim][DMP] ionic liquid fulfils the purpose. It was also possible to discard the cellulose-rich solid ORG20 because its dissolution in the ionic liquid was not possible (after the time fixed) and, additionally, a Pinus radiata cellulose-rich solid bleached with hydrogen peroxide and containing ten per cent of lignin (ORG10B) was included in the screening. After screening, a total of five ionogels were subsequently formulated: two gels were formulated with the starting raw material ORG15 (with 1% and 1.75% cellulose, respectively) and three with ORG10B (with 1%, 1.75% and 3% cellulose, respectively). Five hydrogels were obtained from the ionogels. Rheological tests were performed on each ionogel and hydrogel. Finally, films were formulated from hydrogels and they were analysed by antibacterial testing to see if they could be applied as food packaging. In addition, antioxidant and properties such as opacity and transparency were also studied.