Study of the Adsorption of Fibrinogen on Gold-Coated Silicon Wafer by an Impedance Method

In 0.1 mol/l KH2PO4–Na2HPO4 (pH 7.80) buffer solution, the potential of zero charge (PZC) and the open circuit potential of gold-coated silicon were determined to be about −0.6 and +0.10 V (vs SCE), respectively. The open circuit potential was higher than the PZC, which indicated that the surface of the gold-coated electrode had a positive charge. The ellipsometry experiment showed that the adsorption of fibrinogen onto the gold-coated silicon wafer surface arrived at a saturated state when the adsorption time exceeded 50 min. The percentage of surface without adsorbed protein, θ, was about 63%. This means that the proportion of surface actually occupied by fibrinogen was only about 37% after the adsorption arrived at saturation. The solution/protein capacitance value was determined in an impulse state around −0.59 V (vs SCE) and was stable (4.2×10−5 F) at other potentials.

Two-dimensional Cartesian air-gap element (CAGE) for dynamic finite-element modeling of electrical machines with a flat air gap

This paper extends the air-gap element (AGE) to enable the modeling of flat air gaps. AGE is a macroelement originally proposed by Abdel-Razek et al.for modeling annular air gaps in electrical machines. The paper presents the theory of the new macroelement and explains its implementation within a time-stepped finite-element (FE) code. It validates the solution produced by the new macroelement by comparing it with that obtained by using an FE mesh with a discretized air gap. It then applies the model to determine the open-circuit electromotive force of an axial-flux permanent-magnet machine and compares the results with measurements.

The influence of corrosion on the erosion of aluminium by aqueous silica slurries

The slurry erosion-corrosion behaviour of aluminium in aqueous silica slurries containing 0.5 M NaCl, acetic acid and 0.1 M Na2CO3 at open circuit has been investigated using a modified slurry erosion rig. The erosion rates of aluminium in the NaCl and acetic acid slurries were much higher than those in an aqueous slurry without electrolyte additives even though the pure corrosion component was very small. Eroded specimens were examined by scanning electron and optical microscopy. In pure aqueous slurry erosion, the basic mechanism leading to mass loss was the ductile fracture of flakes formed on the eroded surface. In corrosive slurries, however, the mass loss was enhanced by cracking of the flakes induced by stress and corrosion. © 1995.

Adsorption of human serum albumin onto gold: a combined electrochemical and ellipsometric study

Human serum albumin adsorption onto gold surfaces was investigated by electrochemical and ellipsometric methods. Albumin adsorption onto gold was confirmed by the change of the open circuit potential of gold and by the ellipsometric parameter variation during albumin immobilization. In both experiments the parameters reached stable values within 10-15 min. The albumin adsorption layer thickness measured with the ellipsometer was about 1.5 nm. The adsorption of albumin Under applied potential was also investigated and it was found that both positive and negative applied potential promote albumin adsorption. Changes in the optical parameters of bare gold and albumin adsorbed onto gold surface under applied potential were investigated with in Situ ellipsometry. The similarity and reversibility of the optical changes showed that adsorbed albumin was stable on the gold surface Under the applied potential range (-200-600 mV). The cyclic voltammograms of K3Fe(CN)(6) on the modified gold surface showed that albumin Could partly block the oxidation and reduction reaction. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Wire array photovoltaics

Over the past five years, the cost of solar panels has dropped drastically and, in concert, the number of installed modules has risen exponentially. However, solar electricity is still more than twice as expensive as electricity from a natural gas plant. Fortunately, wire array solar cells have emerged as a promising technology for further lowering the cost of solar.

Si wire array solar cells are formed with a unique, low cost growth method and use 100 times less material than conventional Si cells. The wires can be embedded in a transparent, flexible polymer to create a free-standing array that can be rolled up for easy installation in a variety of form factors. Furthermore, by incorporating multijunctions into the wire morphology, higher efficiencies can be achieved while taking advantage of the unique defect relaxation pathways afforded by the 3D wire geometry.

The work in this thesis shepherded Si wires from undoped arrays to flexible, functional large area devices and laid the groundwork for multijunction wire array cells. Fabrication techniques were developed to turn intrinsic Si wires into full p-n junctions and the wires were passivated with a-Si:H and a-SiNx:H. Single wire devices yielded open circuit voltages of 600 mV and efficiencies of 9%. The arrays were then embedded in a polymer and contacted with a transparent, flexible, Ni nanoparticle and Ag nanowire top contact. The contact connected >99% of the wires in parallel and yielded flexible, substrate free solar cells featuring hundreds of thousands of wires.

Building on the success of the Si wire arrays, GaP was epitaxially grown on the material to create heterostructures for photoelectrochemistry. These cells were limited by low absorption in the GaP due to its indirect bandgap, and poor current collection due to a diffusion length of only 80 nm. However, GaAsP on SiGe offers a superior combination of materials, and wire architectures based on these semiconductors were investigated for multijunction arrays. These devices offer potential efficiencies of 34%, as demonstrated through an analytical model and optoelectronic simulations. SiGe and Ge wires were fabricated via chemical-vapor deposition and reactive ion etching. GaAs was then grown on these substrates at the National Renewable Energy Lab and yielded ns lifetime components, as required for achieving high efficiency devices.

Cu2O substrates and epitaxial Cu2O/ZnO thin film hetero-structures for solar energy conversion

Future fossil fuel scarcity and environmental degradation have demonstrated the need for renewable, low-carbon sources of energy to power an increasingly industrialized world. Solar energy with its infinite supply makes it an extraordinary resource that should not go unused. However with current materials, adoption is limited by cost and so a paradigm shift must occur to get everyone on the same page embracing solar technology. Cuprous Oxide (Cu2O) is a promising earth abundant material that can be a great alternative to traditional thin-film photovoltaic materials like CIGS, CdTe, etc. We have prepared Cu2O bulk substrates by the thermal oxidation of copper foils as well Cu2O thin films deposited via plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy. From preliminary Hall measurements it was determined that Cu2O would need to be doped extrinsically. This was further confirmed by simulations of ZnO/Cu2O heterojunctions. A cyclic interdependence between, defect concentration, minority carrier lifetime, film thickness, and carrier concentration manifests itself a primary reason for why efficiencies greater than 4% has yet to be realized. Our growth methodology for our thin-film heterostructures allow precise control of the number of defects that incorporate into our film during both equilibrium and nonequilibrium growth. We also report process flow/device design/fabrication techniques in order to create a device. A typical device without any optimizations exhibited open-circuit voltages Voc, values in excess 500mV; nearly 18% greater than previous solid state devices.

Caracterização metalúrgica de juntas de aço inoxidável superduplex soldadas por processo TIG autógeno

Os aços inoxidáveis do tipo duplex possuem grande importância na indústria, principalmente na do petróleo e gás natural, por apresentarem elevada resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. Caracterizam-se por apresentar estrutura bifásica, constituída de proporções praticamente iguais de ferrita e austenita. O presente trabalho caracterizou juntas soldadas por TIG autógeno de aço inoxidável duplex UNS S32760. Foram confeccionados quatro grupos de amostras, provenientes da variação da corrente de soldagem e consequentemente do aporte térmico (corrente de pico: 25A e 40A - aporte térmico: 0,12KJ/mm e 0,19KJ/mm) e da composição do gás de proteção (argônio puro ou argônio contendo 2,5% nitrogênio). Foram utilizadas técnicas de caracterização por metalografia colorida, análise e processamento digital de imagens, ensaios de microdureza Vickers. Para avaliar a resistência à corrosão foram realizados ensaios de potencial em circuito aberto com solução de cloreto férrico (FeCl3) e eletrodo de referência de calomelano saturado. A análise quantitativa das fases ferrita e austenita presentes nas juntas soldadas mostrou que a adição de nitrogênio no gás de proteção favoreceu a formação da fase austenita, variando de 11% (sem nitrogênio) para 26% (com nitrogênio) a quantidade desta fase. Em uma análise qualitativa a variação do aporte térmico: 0,12KJ/mm para 0,19KJ/mm resultou no aumento do tamanho de grãos da fase ferrita.

Corrosão dos aços UNS S30400 e 31600 em meios simuladores de poros de concreto

Com o objetivo de investigar a influência que o molibdênio exerce nas propriedades das camadas passivas das armaduras de aços austeníticos, barras redondas dos aços UNS S30400 e 31600 foram submetidas à ação de soluções que simulam as que são encontradas nos poros de concreto. Para caracterizar o efeito do molibdênio na resistência daqueles aços à corrosão por pites, foram conduzidos ensaios de circuito aberto, polarização anódica, espectroscopia de impedância eletroquímica, análise de Mott-Schottky, tração em baixa taxa de deformação e análise das superfícies por microscopias óptica e eletrônica de varredura. Os resultados obtidos demonstram que, de uma forma geral, o aço UNS S30400 (sem molibdênio) apresentou maior resistência à corrosão localizada que o UNS S31600 (2% de Mo) nas soluções alcalinas cloretadas naturalmente aeradas, comportamento este inverso ao que se observa nos mesmos materiais quando submetidos a soluções cloretadas neutras ou ácidas.

Um esquema de Fourier local para análise tempo-frequência de sinais não-estacionários aplicado a ruído eletroquímico

Sinais diversos estão presentes em nosso cotidiano, assim como nas medidas realizadas nas atividades de ciência e tecnologia. Dentre estes sinais, tem grande importância tecnológica aqueles associados à corrosão de estruturas metálicas. Assim, esta tese propõe o estudo de um esquema local de transformada de Fourier janelada, com a janela variando em função da curtose, aplicada a sinais de ruído eletroquímico. A curtose foi avaliada nos domínios do tempo e da frequência e processada pelo programa desenvolvido para esse fim. O esquema foi aplicado a sinais de ruído eletroquímico dos aços UNS S31600, UNS G10200 e UNS S32750 imersos em três soluções: FeCl3 0,1 mol=L (cloreto férrico), H2SO4 5%(ácido sulfúrico) e NaOH 0,1%(hidróxido de sódio). Para os aços inoxidáveis, estas soluções promovem corrosão localizada, uniforme e passivação, respectivamente. Visando testar o desempenho do esquema de Fourier desenvolvido, testes foram realizados utilizando-se inicialmente sinais sintéticos e em seguida sinais de ruído eletroquímico. Notou-se que os sinais têm características de não-estacionaridade e a maior parte da energia está presente em baixa frequência. Os intervalos de tempo e de frequência onde se concentra a maior parte da energia do sinal foram correlacionados. Para os picos máximos dos sinais de potencial e corrente obtidos de amperimetria de resistência nula, a correlação entre eles foi baixa, independente da forma de corrosão presente. Conclui-se que o método se adaptou bastante bem às características locais do sinal eletroquímico permitindo o monitoramento dos espectros tempo-frequência. O fato de ser sensível às características locais do sinal permite analisar aspectos dos sinais que do modo clássico não podem ser diretamente processados. O método da transformada de Fourier janelada variável (Variable Short-Time Fourier Transform - VSTFT) adaptou-se muito bem no monitoramento dos sinais originados de potencial de circuito aberto e amperimetria de resistência nula.

Comportamento tribocorrosivo do aço inoxidável e de ligas de titânio em meio salino

No presente trabalho, foram realizados ensaios de tribocorrosão no aço inoxidável AISI 304L, no titânio comercialmente puro (CPTi) e na liga de titânio Ti6Al4V em solução aquosa de 0,90% m/v NaCl. Amostras de ligas de titânio com tratamento térmico superficial de refusão a laser também foram utilizadas. Um tribômetro do tipo pino-no-disco com contracorpo de alumina foi usado. Técnicas eletroquímicas in situ de monitoramento em circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, curvas de polarização e amperimetria de resistência nula foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que o desgaste tribocorrosivo das ligas de titânio é mais intenso do que o observado no aço inoxidável, apresentando perfis de superfície mais irregulares. A análise da impedância eletroquímica mostrou que todos os materiais utilizados apresentam uma rápida recuperação da camada passiva, exibindo módulos e fases um pouco menores do que os medidos antes do desgaste. Sob atrito, os diagramas de impedância apresentam uma forte redução do módulo. Sob desgaste, o expoente α do elemento de fase constante (CPE) atinge seu valor mais baixo, enquanto o parâmetro γ é máximo. As curvas de polarização exibem potenciais menores e densidades de corrente de corrosão maiores durante o desgaste. O tratamento de refusão a laser, embora mude a microestrutura e a dureza superficial das amostras, não indica uma mudança aparente nos parâmetros eletroquímicos sob tribocorrosão, bem como do coeficiente de atrito. Nos ensaios de amperimetria de resistência nula, foi possível estimar a corrente mensurada no ARN por meio do emprego de um circuito elétrico equivalente. A densidade espectral de potência dos sinais de potencial e de corrente exibe a frequência de rotação (1,25 Hz) e seus harmônicos. Para baixas frequências (abaixo de 10 mHz), o decaimento obedece à relação 1 ⁄ e 1⁄ para os sinais de potencial e corrente, respectivamente.

Análise tribológica na interface aço carbono SAE 1020 e poliamida 11 em sistemas de deslizamento automotivos

Sistemas deslizantes com interface formada com aços baixa liga e polímeros variados são vastamente utilizados na indústria automotiva em sistemas de transmissão de torque submetidas à carregamento axial. Geralmente esses sistemas são acoplados aos sistemas de direção e interagem quase diretamente com o usuário final do veículo. Para conhecer as condições de desgaste mais severas as quais esses sistemas são submetidos e tentar minimiza-las, foi proposta a análise tribológica, em tribômetro do tipo pino-no-disco, da interface aço SAE 1020 com poliamida 11 em água destilada, solução aquosa com 5% em massa de cloreto de sódio e solução aquosa com 184,21 g/l. de areia natural, de acordo com as normas técnicas automotivas VW PV1210:2010-02 e VW PV2982:2013-07. Os ensaios foram realizados em frequências de 3,0 Hz e 1,5 Hz com quantidade fixada em 10.000 ciclos de rotação. O potencial de corrosão em circuito aberto foi monitorado ao longo dos ensaios e a taxa de desgaste foi calculada. Foram evidenciados maiores coeficientes de atrito, maiores taxas de desgaste e maiores amplitudes de potencial de corrosão nas amostras ensaiadas em solução de areia; com valores mais brandos para as amostras ensaiadas em água destilada e valores intermediários para as amostras ensaiadas em solução de cloreto de sódio.

Desenvolvimento de revestimentos de óxidos mistos nanoestruturados de TiO2/Al2O3 em substratos metálicos de aço AISI 1020 e estudo das propriedades anticorrosivas

Sóis liofilizados precursores de Al2O3/TiO2, foram preparados via tecnologia sol-gel, com diferentes porcentagens de óxido de titânio (5%, 10%, 15% e 20%, em massa). Os sóis liofilizados foram caracterizados por meio de diversas análises, com o intuito de obter informações sobre o comportamento térmico, fases presentes, tamanho de partícula, composição e uniformidade das amostras. Os resultados obtidos indicam que os sóis apresentam as fases boemita e anatase, com partículas de tamanho nanométrico, tem composições muito similares quando analisadas em pontos distintos, átomos bem dispersos e distribuídos. Após esta etapa, amostras de aço AISI 1020 foram recobertas com estes sóis através do método dip-coating, o comportamento corrosivo foi estudado por meio de ensaios eletroquímicos e a morfologia das camadas, analisadas por meio de microscopias. Observou-se que as camadas eram uniformes e recobriam por completo toda a superfície das amostras, os ensaios de polarização indicaram melhorias no potencial eletroquímico para amostras recobertas, em comparação com amostras de aço sem recobrimento. O monitoramento de circuito aberto apresentou bons ajustes, indicando bom comportamento da camada. Notou-se pelas microscopias a presença de pontos de corrosão em algumas amostras antes dos ensaios, suspeitando-se que os resultados obtidos teriam sido melhores, caso houvesse um maior controle do processo de recobrimento.

Numerical simulation of nc-Si : H/c-Si heterojunction solar cells

AMPS simulator, which was developed by Pennsylvania State University, has been used to simulate photovoltaic performances of nc-Si:H/c-Si solar cells. It is shown that interface states are essential factors prominently influencing open circuit voltages (V-OC) and fill factors (FF) of these structured solar cells. Short circuit current density (J(SC)) or spectral response seems more sensitive to the thickness of intrinsic a-Si:H buffer layers inserted into n(+)-nc-Si:H layer and p-c-Si substrates. Impacts of bandgap offset on solar cell performances have also been analyzed. As DeltaE(C) increases, degradation of VOC and FF owing to interface states are dramatically recovered. This implies that the interface state cannot merely be regarded as carrier recombination centres, and impacts of interfacial layer on devices need further investigation. Theoretical maximum efficiency of up to 31.17% (AM1.5,100mW/cm(2), 0.40-1.1mum) has been obtained with BSF structure, idealized light-trapping effect(R-F=0, R-B=1) and no interface states.

Effect of dopant concentration on photocatalytic activity of TiO2 film doped by Mn non-uniformly

The thin films of TiO2 doped by Mn non-uniformly were prepared by sol-gel method under process control. In our preceding study, we investigated in detail, the effect of doping mode on the photocatalytic activity of TiO2 films showing that Mn non-uniform doping can greatly enhance the activity. In this study we looked at the effect of doping concentration on the photocatalytic activity of the TiO2 films. In this paper, the thin films were characterized by UV-vis spectrophotometer and electrochemical workstation. The activity of the photocatalyst was also evaluated by photocatalytic degradation rate of aqueous methyl orange under UV radiation. The results illustrate that the TiO2 thin film doped by Mn non-uniformly at the optimal dopant concentration (0.7 at %) is of the highest activity, and on the contrary, the activity of those doped uniformly is decreased. As a comparison, in 80 min, the degradation rate of methyl orange is 62 %, 12 % and 34 % for Mn non-uniform doping film (0.7 at %), the uniform doping film (0.7 at %) and pure titanium dioxide film, respectively. We have seen that, for the doping and the pure TiO2 films, the stronger signals of open circuit potential and transient photocurrent, the better photocatalytic activity. We also discusse the effect of dopant concentration on the photocatalytic activity of the TiO2 films in terms of effective separation of the photon-generated carriers in the semiconductor. (C) Versita Warsaw and Springer-Verlag Berlin Heidelberg. All rights reserved.

Analysis of leakage current in GaAs micro-solar cell arrays

The output characteristics of micro-solar cell arrays are analyzed on the basis of a modified model in which the shunt resistance between cell lines results in current leakage. The modification mainly consists of adding a shunt resistor network to the traditional model. The obtained results agree well with the reported experimental results. The calculation results demonstrate that leakage current in substrate affects seriously the performance of GaAs micro- solar cell arrays. The performance of arrays can be improved by reducing the number of cells per line. In addition, at a certain level of integration, an appropriate space occupancy rate of the single cell is recommended for ensuring high open circuit voltages, and it is more appropriate to set the rates at 80%-90% through the calculation.