Gas concentration and temperature excited Delft turbulent jet in acoustically flames

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

P-type semiconducting gas sensing behavior of nanoporous rf sputtered CaCu3Ti4O12 thin films

The fabrication of nanoporous sputtered CaCu3Ti4O12 thin films with high gas sensitivity is reported in this work. The porous microstructure and the nanocrystalline nature of the material promoted the diffusion of the atmosphere into the film, shortening the response time of the samples. Behaving as p-type semiconductor, the material presents enhanced sensitivity even at low working temperatures. Impedance spectroscopy measurements were performed in order to investigate the mechanisms responsible for the performance of the devices. (C) 2008 American Institute of Physics.

Prediction of voltage over electrodes' filaments of fluorescent lamps during dimming operation

This paper presents an investigation concerning the use of fundamental approximation analysis and a new lamp model for the prediction of the voltage over electrodes' filaments during dimming operation. The lamp model employed in this paper is based on equivalent resistances, which represent the electrodes' filaments and the gas column of a F32T8 lamp. Experimental results are presented in this paper, indicating the validity of the proposed analysis and confirming its potential to serve as an effective tool for the design of dimming electronic ballasts. © 2005 IEEE.

Development of microvalves for gas flow control in micronozzles using PVDF piezoelectric polymer

This work describes a fabrication and test sequence of microvalves installed on micronozzles. The technique used to fabricate the micronozzles was powder blasting. The microvalves are actuators made from PVDF (polivinylidene fluoride), that is a piezoelectric polymer. The micronozzles have convergent-divergent shape with external diameter of 1mm and throat around 230μm. The polymer have low piezoelectric coefficient, for this reason a bimorph structure with dimensions of 2mm width and 4mm of length was build (two piezoelectric sheets were glued together with opposite polarization). Both sheets are recovered with a conductor thin film used as electrodes. Applying a voltage between the electrodes one sheet expands while the other contracts and this generate a vertical movement to the entire actuator. Appling +300V DC between the electrodes the volume flux rate, for a pressure ratio of 0.5, was 0.36 sccm. Applying -200V DC between the electrodes (that means it closed) the volume flux rate was 0.32 sccm, defining a possible range of flow between 0.32 and 0.36 sccm. The third measurement was performed using AC voltage (200V AC with frequency of 1Hz), where the actuator was oscillating. For pressure ratio of 0.5, the flow rate was 0.62 sccm. © 2008 IOP Publishing Ltd.

The electrochemical reduction of the purines guanine and adenine at platinum electrodes in several room temperature ionic liquids

The reduction of guanine was studied by microelectrode voltammetry in the room temperature ionic liquids (RTILs) N-hexyltriethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide [N6,2,2,2][N(Tf)2], 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorosphosphate [C4mim][PF6], N-butyl-N-methyl-pyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [C4mpyrr][N(Tf)2], 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [C4mim][N(Tf)2], N-butyl-N-methyl-pyrrolidinium dicyanamide [C4mpyrr][N(NC)2] and tris(P-hexyl)-tetradecylphosphonium trifluorotris(pentafluoroethyl)phosphate [P14,6,6,6][FAP] on a platinum microelectrode. In [N6,2,2,2][NTf2] and [P14,6,6,6][FAP], but not in the other ionic liquids studied, guanine reduction involves a one-electron, diffusion-controlled process at very negative potential to produce an unstable radical anion, which is thought to undergo a dimerization reaction, probably after proton abstraction from the cation of the ionic liquid. The rate of this subsequent reaction depends on the nature of the ionic liquid, and it is faster in the ionic liquid [P14,6,6,6][FAP], in which the formation of the resulting dimer can be voltammetrically monitored at less negative potentials than required for the reduction of the parent molecule. Adenine showed similar behaviour to guanine but the pyrimidines thymine and cytosine did not; thymine was not reduced at potentials less negative than required for solvent (RTIL) decomposition while only a poorly defined wave was seen for cytosine. The possibility for proton abstraction from the cation in [N6,2,2,2][NTf2] and [P14,6,6,6][FAP] is noted and this is thought to aid the electrochemical dimerization process. The resulting rapid reaction is thought to shift the reduction potentials for guanine and adenine to lower values than observed in RTILs where the scope for proton abstraction is not present. Such shifts are characteristic of so-called EC processes where reversible electron transfer is followed by a chemical reaction. © 2009 Elsevier B.V.

Gas sensor applications of zinc oxide thin film grown by the polymeric precursor method

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Thermodynamics of a bouncer model: A simplified one-dimensional gas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

An introductory informatics theoretical framework, based on an integrable lattice model using quantized function algebras, for studying DNA-ionized gas interaction system

Usually we observe that Bio-physical systems or Bio-chemical systems are many a time based on nanoscale phenomenon in different host environments, which involve many particles can often not be solved explicitly. Instead a physicist, biologist or a chemist has to rely either on approximate or numerical methods. For a certain type of systems, called integrable in nature, there exist particular mathematical structures and symmetries which facilitate the exact and explicit description. Most integrable systems, we come across are low-dimensional, for instance, a one-dimensional chain of coupled atoms in DNA molecular system with a particular direction or exist as a vector in the environment. This theoretical research paper aims at bringing one of the pioneering ‘Reaction-Diffusion’ aspects of the DNA-plasma material system based on an integrable lattice model approach utilizing quantized functional algebras, to disseminate the new developments, initiate novel computational and design paradigms.

Conductive polymer gas sensor for quantitative detection of methanol in Brazilian sugar-cane spirit

A low-cost chemiresistive gas sensor is described, made by the deposition of a thin film of a conductive polymer, poly(2-dodecanoylsulfanyl-p-phenylenevinylene), doped with dodecylbenzenesulfonic acid (10%, w/w), onto interdigitated electrodes. The sensor exhibits linear electrical conductance changes in function of the concentration of methanol present in sugar-cane spirit in the range between 0.05% and 4.0%. Since the sensor is cheap, easy to fabricate, durable, presents low power consumption, and is not sensitive to ethanol, acetic acid or water, it can be used in portable equipments for monitoring methanol levels in distilled alcoholic beverages such as Brazilian sugar-cane spirit (cachaca). (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Development of paper based electrodes: From air-breathing to paintable enzymatic cathodes

This work presents the results from the development of bio-cathodes for the application on paper-based biofuel cells. Our main goal here is to demonstrate the possibility of using different designs of air-breathing bio-cathodes and ink-based bio-cathodes for this new type of paper based electrochemical cell. The electrochemical performance for the bio-electrocatalytic oxygen reduction reaction was studied by using open circuit voltage and amperometry measurements, as well as polarization curves to probe the four-electron reduction reaction of ambient oxygen catalyzed by bilirubin oxidase (BOx). The electrochemical measurements showed that all procedures allowed the direct electron transfer from the active site of the bilirubin oxidase to the electrode surface with a limiting current density of almost 500 mu A cm(-2) for an air-breathing BOx cathode and 150 mu A cm(-2) for an ink based BOx cathode. Under a load of 300 mV a stable current density was obtained for 12 h of continuous operation. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Numerical simulation of an ethanol turbulent spray flame with RANS and diffusion combustion model

A detailed numerical simulation of ethanol turbulent spray combustion on a rounded jet flame is pre- sented in this article. The focus is to propose a robust mathematical model with relatively low complexity sub- models to reproduce the main characteristics of the cou- pling between both phases, such as the turbulence modulation, turbulent droplets dissipation, and evaporative cooling effect. A RANS turbulent model is implemented. Special features of the model include an Eulerian– Lagrangian procedure under a fully two-way coupling and a modified flame sheet model with a joint mixture fraction– enthalpy b -PDF. Reasonable agreement between measured and computed mean profiles of temperature of the gas phase and droplet size distributions is achieved. Deviations found between measured and predicted mean velocity profiles are attributed to the turbulent combustion modeling adopted

Caratterizzazione di membrane inorganiche per la separazione di idrogeno da gas di reforming

The work of this thesis has been focused on the characterisation of inorganic membranes for the hydrogen purification from steam reforming gas. Composite membranes based on porous inorganic supports coated with palladium silver alloys and ceramic membranes have been analysed. A brief resume of theoretical laws governing transport of gases through dense and porous inorganic membranes and an overview on different methods to prepare inorganic membranes has been also reported. A description of the experimental apparatus used for the characterisation of gas permeability properties has been reported. The device used permits to evaluate transport properties in a wide range of temperatures (till 500°C) and pressures (till 15 bar). Data obtained from experimental campaigns reveal a good agreement with Sievert law for hydrogen transport through dense palladium based membranes while different transport mechanisms, such as Knudsen diffusion and Hagen-Poiseuille flow, have been observed for porous membranes and for palladium silver alloy ones with pinholes in the metal layer. Mixtures permeation experiments reveal also concentration polarisation phenomena and hydrogen permeability reduction due to carbon monoxide adsorption on metal surface.

Der Einsatz elektrochemischer Methoden für die Untersuchung superschwerer Elemente

Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Experimentaufbaus für die elektrochemische Abscheidung von Transactiniden mit anschließender Detektion. Zu diesem Zweck wurden Experimente mit den Homologen dieser Elemente durchgeführt. Die Elektrodeposition von Tracermengen an Fremdelektroden führt zu einer Elektrodenbedeckung von weniger als einer Monolage. Die erforderlichen Abscheidepotentiale sind häufig positiver, als nach der Nernst’schen Gleichung zu erwarten ist. Dieses Phänomen nennt man Unterpotentialabscheidung. In zahlreichen Versuchen mit Radiotracern wurde die Abscheideausbeute als Funktion des Elektrodenpotentials bestimmt, wobei abzuscheidendes Ion, Elektrodenmaterial und Elektrolyt variiert wurden. Es wurden kritische Potentiale, bei denen eine nennenswerte Abscheidung gerade begann, ermittelt sowie Potentiale für die Abscheidung von 50 % der in der Lösung befindlichen Atome. Diese Werte wurden mit theoretisch vorhergesagten Potentialen und Werten aus der Literatur verglichen. Die Abscheidung von Pb als Homologem von Element 114 funktionierte sehr gut an Elektroden aus Palladium oder palladinierten Nickelelektroden unter Verwendung von 0,1 M HCl als Elektrolyt. Zur Charakterisierung der Unterpotentialabscheidung wurde neben der Radiotracer-Methode auch die Cyclovoltammetrie eingesetzt. Hier findet die Abscheidung der ersten Monolage auf der Elektrode ebenfalls häufig bei positiveren Potentialen statt, als die der Hauptmenge. Die mit beiden Methoden ermittelten Werte wurden einander gegenübergestellt. Die Elektrodeposition von kurzlebigen Isotopen muss sehr schnell erfolgen. Es konnte gezeigt werden, dass eine hohe Temperatur und damit verbunden eine niedrige Viskosität des Elektrolyten die Abscheidung beschleunigt. Ebenfalls wichtig ist ein gutes Rühren der Lösung, um eine kleine Nernst’sche Diffusionsschichtdicke zu erzielen. Das Verhältnis von Elektrodenfläche zu Elektrolytvolumen muss möglichst groß sein. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde eine für schnelle Elektrolysen optimierte Elektrolysezelle entwickelt. Unter Einsatz dieser Zelle wurden die Abscheidegeschwindigkeiten für verschiedene Ionen- und Elektrodenkombinationen gemessen. Es wurden Experimente zur Kopplung von Gasjet und Elektrolysezelle durchgeführt, dabei wurde sowohl mit am Reaktor erzeugten Spaltprodukten, mit Pb-Isotopen aus einer emanierenden Quelle und mit am Beschleuniger erzeugten Isotopen gearbeitet. Mit den dort gewonnenen Erkenntnissen wurde ein Experimentaufbau für die kontinuierliche Abscheidung und Detektion von kurzlebigen Isotopen realisiert. Am Beschleuniger wurden u. a. kurzlebige Hg- und Pb-Isotope erzeugt und mit einem Gasjet aus der Targetkammer zum ALOHA-System transportiert. Dort wurden sie in einem quasi-kontinuierlichen Prozess in die wässrige Phase überführt und zu einer Elektrolyszelle transportiert. In dieser erfolgte die Elektrodeposition auf eine bandförmige Elektrode aus Nickel oder palladiniertem Nickel. Nach der Abscheidung wurde das Band zu einer Detektorphalanx gezogen, wo der -Zerfall der neutronenarmen Isotope registriert wurde. Es wurden charakteristische Größen wie die Abscheidegeschwindigkeit und die Gesamtausbeute der Elektrolyse ermittelt. Das System wurde im Dauerbetrieb getestet. Es konnte gezeigt werden, dass der gewählte Aufbau prinzipiell für die Abscheidung von kurzlebigen, am Beschleuniger erzeugten Isotopen geeignet ist. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für den zukünftigen Einsatz der Methode zum Studium der chemischen Eigenschaften der superschweren Elemente geschaffen.

Kinetic modeling and experiments on gas uptake and chemical transformation of organic aerosol in the atmosphere

Aerosolpartikel beeinflussen das Klima durch Streuung und Absorption von Strahlung sowie als Nukleations-Kerne für Wolkentröpfchen und Eiskristalle. Darüber hinaus haben Aerosole einen starken Einfluss auf die Luftverschmutzung und die öffentliche Gesundheit. Gas-Partikel-Wechselwirkunge sind wichtige Prozesse, weil sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolen wie Toxizität, Reaktivität, Hygroskopizität und optische Eigenschaften beeinflussen. Durch einen Mangel an experimentellen Daten und universellen Modellformalismen sind jedoch die Mechanismen und die Kinetik der Gasaufnahme und der chemischen Transformation organischer Aerosolpartikel unzureichend erfasst. Sowohl die chemische Transformation als auch die negativen gesundheitlichen Auswirkungen von toxischen und allergenen Aerosolpartikeln, wie Ruß, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Proteine, sind bislang nicht gut verstanden.rn Kinetische Fluss-Modelle für Aerosoloberflächen- und Partikelbulk-Chemie wurden auf Basis des Pöschl-Rudich-Ammann-Formalismus für Gas-Partikel-Wechselwirkungen entwickelt. Zunächst wurde das kinetische Doppelschicht-Oberflächenmodell K2-SURF entwickelt, welches den Abbau von PAK auf Aerosolpartikeln in Gegenwart von Ozon, Stickstoffdioxid, Wasserdampf, Hydroxyl- und Nitrat-Radikalen beschreibt. Kompetitive Adsorption und chemische Transformation der Oberfläche führen zu einer stark nicht-linearen Abhängigkeit der Ozon-Aufnahme bezüglich Gaszusammensetzung. Unter atmosphärischen Bedingungen reicht die chemische Lebensdauer von PAK von wenigen Minuten auf Ruß, über mehrere Stunden auf organischen und anorganischen Feststoffen bis hin zu Tagen auf flüssigen Partikeln. rn Anschließend wurde das kinetische Mehrschichtenmodell KM-SUB entwickelt um die chemische Transformation organischer Aerosolpartikel zu beschreiben. KM-SUB ist in der Lage, Transportprozesse und chemische Reaktionen an der Oberfläche und im Bulk von Aerosol-partikeln explizit aufzulösen. Es erforder im Gegensatz zu früheren Modellen keine vereinfachenden Annahmen über stationäre Zustände und radiale Durchmischung. In Kombination mit Literaturdaten und neuen experimentellen Ergebnissen wurde KM-SUB eingesetzt, um die Effekte von Grenzflächen- und Bulk-Transportprozessen auf die Ozonolyse und Nitrierung von Protein-Makromolekülen, Ölsäure, und verwandten organischen Ver¬bin-dungen aufzuklären. Die in dieser Studie entwickelten kinetischen Modelle sollen als Basis für die Entwicklung eines detaillierten Mechanismus für Aerosolchemie dienen sowie für das Herleiten von vereinfachten, jedoch realistischen Parametrisierungen für großskalige globale Atmosphären- und Klima-Modelle. rn Die in dieser Studie durchgeführten Experimente und Modellrechnungen liefern Beweise für die Bildung langlebiger reaktiver Sauerstoff-Intermediate (ROI) in der heterogenen Reaktion von Ozon mit Aerosolpartikeln. Die chemische Lebensdauer dieser Zwischenformen beträgt mehr als 100 s, deutlich länger als die Oberflächen-Verweilzeit von molekularem O3 (~10-9 s). Die ROIs erklären scheinbare Diskrepanzen zwischen früheren quantenmechanischen Berechnungen und kinetischen Experimenten. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der chemischen Transformation sowie in den negativen Gesundheitseffekten von toxischen und allergenen Feinstaubkomponenten, wie Ruß, PAK und Proteine. ROIs sind vermutlich auch an der Zersetzung von Ozon auf mineralischem Staub und an der Bildung sowie am Wachstum von sekundären organischen Aerosolen beteiligt. Darüber hinaus bilden ROIs eine Verbindung zwischen atmosphärischen und biosphärischen Mehrphasenprozessen (chemische und biologische Alterung).rn Organische Verbindungen können als amorpher Feststoff oder in einem halbfesten Zustand vorliegen, der die Geschwindigkeit von heterogenen Reaktionenen und Mehrphasenprozessen in Aerosolen beeinflusst. Strömungsrohr-Experimente zeigen, dass die Ozonaufnahme und die oxidative Alterung von amorphen Proteinen durch Bulk-Diffusion kinetisch limitiert sind. Die reaktive Gasaufnahme zeigt eine deutliche Zunahme mit zunehmender Luftfeuchte, was durch eine Verringerung der Viskosität zu erklären ist, bedingt durch einen Phasenübergang der amorphen organischen Matrix von einem glasartigen zu einem halbfesten Zustand (feuchtigkeitsinduzierter Phasenübergang). Die chemische Lebensdauer reaktiver Verbindungen in organischen Partikeln kann von Sekunden bis zu Tagen ansteigen, da die Diffusionsrate in der halbfesten Phase bei niedriger Temperatur oder geringer Luftfeuchte um Größenordnungen absinken kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen wie halbfeste Phasen die Auswirkung organischeer Aerosole auf Luftqualität, Gesundheit und Klima beeinflussen können. rn

Developments for transactinide chemistry experiments behind the gas-filled separator TASCA

Topic of this thesis is the development of experiments behind the gas-filled separator TASCA(TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) to study the chemical properties of the transactinide elements.rnIn the first part of the thesis, the electrodepositions of short-lived isotopes of ruthenium and osmium on gold electrodes were studied as model experiments for hassium. From literature it is known that the deposition potential of single atoms differs significantly from the potential predicted by the Nernst equation. This shift of the potential depends on the adsorption enthalpy of therndeposited element on the electrode material. If the adsorption on the electrode-material is favoured over the adsorption on a surface made of the same element as the deposited atom, the electrode potential is shifted to higher potentials. This phenomenon is called underpotential deposition.rnPossibilities to automatize an electro chemistry experiment behind the gas-filled separator were explored for later studies with transactinide elements.rnThe second part of this thesis is about the in-situ synthesis of transition-metal-carbonyl complexes with nuclear reaction products. Fission products of uranium-235 and californium-249 were produced at the TRIGA Mainz reactor and thermalized in a carbon-monoxide containing atmosphere. The formed volatile metal-carbonyl complexes could be transported in a gas-stream.rnFurthermore, short-lived isotopes of tungsten, rhenium, osmium, and iridium were synthesised at the linear accelerator UNILAC at GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt. The recoiling fusion products were separated from the primary beam and the transfer products in the gas-filled separator TASCA. The fusion products were stopped in the focal plane of TASCA in a recoil transfer chamber. This chamber contained a carbon-monoxide – helium gas mixture. The formed metal-carbonyl complexes could be transported in a gas stream to various experimental setups. All synthesised carbonyl complexes were identified by nuclear decay spectroscopy. Some complexes were studied with isothermal chromatography or thermochromatography methods. The chromatograms were compared with Monte Carlo Simulations to determine the adsorption enthalpyrnon silicon dioxide and on gold. These simulations based on existing codes, that were modified for the different geometries of the chromatography channels. All observed adsorption enthalpies (on silcon oxide as well as on gold) are typical for physisorption. Additionally, the thermalstability of some of the carbonyl complexes was studied. This showed that at temperatures above 200 °C therncomplexes start to decompose.rnIt was demonstrated that carbonyl-complex chemistry is a suitable method to study rutherfordium, dubnium, seaborgium, bohrium, hassium, and meitnerium. Until now, only very simple, thermally stable compounds have been synthesized in the gas-phase chemistry of the transactindes. With the synthesis of transactinide-carbonyl complexes a new compound class would be discovered. Transactinide chemistry would reach the border between inorganic and metallorganic chemistry.rnFurthermore, the in-situ synthesised carbonyl complexes would allow nuclear spectroscopy studies under low background conditions making use of chemically prepared samples.