GaInAsP-basierende Resonatorstrukturen

Physikalische Grundlagenforschung und anwendungsorientierte physikalische Forschung auf den Gebieten nanoskaliger kristalliner und amorpher fester Körper haben in vielfacher Weise eine große Bedeutung. Neben dem Verständnis für die Struktur der Materie und die Wechselwirkung von Objekten von der Größe einiger Atome ist die Erkenntnis über die physikalischen Eigenschaften nanostrukturierter Systeme von hohem Interesse. Diese Forschung eröffnet die Möglichkeit, die mit der Mikroelektronik begonnene Miniaturisierung fortzusetzen und wird darüber hinaus neue Anwendungsfelder eröffnen. Das Erarbeiten der physikalischen Grundlagen der Methoden zur Herstellung und Strukturierung ist dabei zwingend notwendig, da hier Wirkungsprinzipien dominieren, die erst bei Strukturgrößen im Nanometerbereich auftreten oder hinreichend stark ausgeprägt sind. Insbesondere Halbleitermaterialien sind hier von großem Interesse. Die in dieser Arbeit untersuchten Resonatorstrukturen, die auf dem kristallinen Verbindungshalbleitermaterial GaInAsP/InP basieren, erschließen wichtige Anwendungsfelder im Bereich der optischen Datenübertragung sowie der optischen Sensorik. Hergestellt wird das Halbleitermaterial mit der Metallorganischen Gasphasenepitaxie. Die experimentell besimmten Kenngrößen lassen Rückschlüsse auf die Güte der Materialien, die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien und die Bauelementcharakteristik zu und führen zu optimal angepassten Kristallstrukturen. Auf Basis dieser optimierten Materialien wurde ein durchstimmbarer Fabry-Perot-Filter hergestellt, der aus einer Kombination aus InP-Membranen und Luftspalten besteht und elektromechanisch aktuiert werden kann. Das GaInAsP dient hierbei als wenige hundert nm dicke Opferschicht, die ätztechnisch hochselektiv beseitigt wird. Die Qualität der Grenzflächen zum InP ist entscheidend für die Qualität der freigeätzten Kavitäten und damit für die mechanische Gesamtstabilität der Struktur. Der in dieser Arbeit beschriebene Filter hat eine Zentralwellenlänge im Bereich von 1550 nm und weist einen Durchstimmbereich von 221 nm auf. Erzielt wurde dieser Wert durch ein konsistentes Modell der wirkenden Verspannungskomponenten und einer optimierten epitaktischen Kontrolle der Verspannungsparameter. Das realisierte Filterbauelement ist vielversprechend für den Einsatz in der optischen Kommunikation im Bereich von WDM (wavelength division multiplexing) Anwendungen. Als weitere Resonatorstrukur wurde ein Asymmetrisch gekoppelter Quantenfilm als optisch aktives Medium, bestehend aus GaInAsP mit variierender Materialkomposition und Verspannung, untersucht, um sein Potential für eine breitbandige Emission zu untersuchen und mit bekannten Modellen zu vergleichen. Als Bauelementdesign wurde eine kantenemittierende Superlumineszenzleuchtdiode gewählt. Das Ergebnis ist eine Emissionskurve von 100 nm, die eine höhere Unabhängigkeit vom Injektionsstrom aufweist als andere bekannte Konzepte. Die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien - im wesentlichen die Kopplung der beiden asymmetrischen Potentialtöpfe und die damit verbundene Kopplung der Wellenfunktionen - werden qualitativ diskutiert. Insgesamt bestätigt sich die Eignung des Materials GaInAsP auch für neuartige, qualitativ höchst anspruchsvolle Resonatorstrukturen und die Bedeutung der vorgestellten und untersuchten Resonatorkonzepte. Die vorgestellten Methoden, Materialien und Bauelemente liefern aufgrund ihrer Konzeption und der eingehenden experimentellen Untersuchungen einen Beitrag sowohl zu den zugrunde liegenden mechanischen, optoelektronischen und quantenmechanischen Wirkungsprinzipien der Strukturen, als auch zur Realisierung neuer optoelektronischer Bauelemente.

Uso de la matriz extracelular como material para ingeniería de tejidos

Introducción: La evaluación de injertos vasculares de submucosa de intestino delgado para la regeneración de vasos sanguíneos ha producido una permeabilidad variable (0-100%) que ha sido concurrente con la variabilidad en las técnicas de fabricación. Metodología: Investigamos los efectos de fabricación en permeabilidad y regeneración en un diseño experimental de 22factorial que combino: 1) preservación (P) o remoción (R) de la capa estratum compactum del intestino, y 2) deshidratada (D) o hidratada (H), dentro de cuatro grupos de estudio (PD, RD, PH, RH). Los injertos fueron implantados en las Arterias Carótidas de porcinos (ID 4.5mm, N=4, 7d). Permeabilidad, trombogenicidad, reacción inflamatoria, vascularización, infiltración de fibroblastos, perfil de polarización de macrófagos y fuerza tensil biaxial fueron evaluadas. Resultados: Todos los injertos PD permanecieron permeables (4/4), pero tuvieron escasa vascularización e infiltración de fibroblastos. El grupo RD permaneció permeable (4/4), presentó una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y el mayor número del fenotipo de macrófagos (M2) asociado a regeneración. El grupo RH presentó menor permeabilidad (3/4), una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y un perfil dominante de M2. El grupo PH presentó el menor grado de permeabilidad, y a pesar de mayor infiltración celular que PD, exhibió un fenotipo de macrófagos dominante adverso. La elasticidad de los injertos R evolucionó de una manera similar a las Carótidas nativas (particularmente RD, mientras que los injertos P mantuvieron su rigidez inicial. Discusión: Concluimos que los parámetros de fabricación afectan drásticamente los resultados, siendo los injertos RD los que arrojaron mejores resultados.

Eliminación de compuestos causantes de olores mediante adsorbentes/catalizadores obtenidos a partir de lodos de depuradora

El aumento de la cantidad de lodos y las dificultades inherentes a su aplicación agrícola y/o disposición en vertederos, hace necesario encontrar nuevas alternativas para su gestión. A nivel europeo, hoy en día se tiende hacia la aplicación de tratamientos térmicos (incineración, pirólisis y gasificación) que permiten una valoración energética de los lodos, si bien generan un residuo sólido que sigue siendo necesario gestionar. El problema medioambiental provocado por (malos) olores resulta difícil de abordar de una manera genérica, teniendo en consideración la propia naturaleza del olor y sus posibles causas. Los olores en las EDARs son provocados básicamente por la degradación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas y se detectan en todas las operaciones unitarias en diferentes niveles de concentración. Esta tesis incidiendo en ambos aspectos, tiene por objeto investigar la valorización de lodos como materiales precursores de adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de olores en el entorno de las EDARs, maximizando la reutilización de los lodos. Para la realización de los experimentos se han seleccionado lodos procedentes de tres EDARs situadas en la región de Girona (SC, SB, SL) que difieren en cuanto al tratamiento de los lodos. Ambas muestras han sido caracterizadas con el fin de determinar las diferencias más importantes en los lodos de partida. Los parámetros de caracterización incluyen el análisis de composición química (análisis elemental e inmediato, determinación contenido en cenizas, medida pH, DRX, FT-IR, SEM / EDX) así como análisis de superficie (adsorción de N2 y CO2). En primer lugar los lodos caracterizados han sido sometidos a diferentes tratamientos térmicos de gasificación y pirólisis y los adsorbentes/ catalizadores obtenidos se han probado como adsorbentes para la eliminación de H2S. Como consecuencia de este estudio, se ha desechado el uso de uno de lodos (SC) puesto que se obtenían resultados muy similares a (SB), a continuación el estudio se centró en el lodo de SL. Con este objetivo se han preparado 12 muestras 6 de ellas pirolizadas y 6 gasificadas en el rango de temperaturas que comprende 600-1100 ºC. Posteriormente las muestras han sido caracterizadas y se ha determinado la capacidad de eliminación (x/M) del H2S. Los resultados muestran que hemos sido capaces de obtener unos materiales que si bien, presentan un bajo desarrollo de porosidad dan lugar a valores de capacidades de eliminación elevados y comparables a carbones y materiales adsorbentes comerciales (Centaur, Sorbalit). Las elevadas eficiencias de eliminación se atribuyen básicamente a la presencia de especies catalíticamente activas tales como los óxidos mixtos de calcio y hierro determinados por DRX en las muestras tratadas térmicamente. El segundo bloque de resultados se centra la mejora de las propiedades texturales de estos materiales adsorbentes. Con este objetivo se llevaron acabo procesos de activación física con CO2 y química con H3PO4 e hidróxidos alcalinos (NaOH y KOH), que hasta el momento no se había probado con este tipo de precursores. Los resultados indican que la activación física (CO2) y química (H3PO4) no son unos buenos métodos para la obtención de adsorbentes altamente porosos con este tipo de materia prima bajo las condiciones probadas, sin embargo la activación con hidróxidos alcalinos da lugar a materiales adsorbentes con superficies específicas de hasta 1600 m2g-1. En el caso de la activación con hidróxidos, tanto el incremento de la relación agente activante/ precursor como el incremento de la temperatura producen un descenso del rendimiento, al mismo tiempo que incrementan el valor de SBET. Los materiales resultantes de la activación con hidróxidos alcalinos se han probado como adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de H2S. Los resultados indican que un incremento del área superficial no es indicativo de un aumento de la capacidad de eliminación dada la naturaleza ácida de estos materiales obtenidos. Con el fin de contrarrestar el efecto ácido de estos materiales se han realizado los mismos ensayos añadiendo NaOH al lecho de reacción llegando a valores de x/M de hasta 450 mgg-1. Posteriormente también se han realizado ensayos de eliminación de NH3 con algunas de estas muestras, y los resultados obtenidos de x/M son del orden de carbones activados comerciales. Los materiales adsorbentes obtenidos tras la activación con hidróxidos alcalinos se convierten en materiales muy atractivos para ser utilizados como adsorbentes/ catalizadores de múltiples contaminantes (COVs, Hg...).

Hydrogen bonded supramolecular elastomers : correlating hydrogen bonding strength with morphology and rheology

A series of six low molecular weight elastomers with hydrogen bonding end-groups have been designed, synthesised and studied. The poly(urethane) based elastomers all contained essentially the same hard block content (ca. 11%) and differ only in the nature of their end-groups. Solution state 1H NMR spectroscopic analysis of model compounds featuring the end-groups demonstrate that they all exhibit very low binding constants, in the range 1.4 to 45.0 M-1 in CDCl3, yet the corresponding elastomers each possess a markedly different nanoscale morphology and rheology in the bulk. We are able to correlate small variations of the binding constant of the end-groups with dramatic changes in the bulk properties of the elastomers. These results provide an important insight into the way in which weak non-covalent interactions can be utilized to afford a range of self-assembled polyurethane based materials that feature different morphologies.

Síntese e caracterização de NiO-CGO para anodo e eletrólitos sólidos e base de Céria para SOFC

The direct use of natural gas makes the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) potentially more competitive with the current energy conversions technologies. The Intermediate Temperature SOFC (IT-SOFC) offer several advantages over the High Temperature SOFC (HT-SOFC), which includes better thermal compatibility among components, fast start with lower energy consumption, manufacture and operation cost reduction. The CeO2 based materials are alternatives to the Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) to application in SOFC, as they have higher ionic conductivity and less ohmic losses comparing to YSZ, and they can operate at lower temperatures (500-800°C). Ceria has been doped with a variety of cations, although, the Gd3+ has the ionic radius closest to the ideal one to form solid solution. These electrolytes based in ceria require special electrodes with a higher performance and chemical and termomechanical compatibility. In this work compounds of gadolinia-doped ceria, Ce1-xGdxO2-δ (x = 0,1; 0,2 and 0,3), used as electrolytes, were synthesized by polymeric precursors method, Pechini, as well as the composite material NiO - Ce0,9Gd0,1O1,95, used as anode, also attained by oxide mixture method, mixturing the powders of the both phases calcinated already. The materials were characterized by X ray diffraction, dilatometry and scanning electronic microscopy. The refinement of the diffraction data indicated that all the Ce1-xGdxO2-δ powders were crystallized in a unique cubic phase with fluorite structure, and the composite synthesized by Pechini method produced smaller crystallite size in comparison with the same material attained by oxide mixture method. All the produced powders had nanometric characteristics. The composite produced by Pechini method has microstructural characteristics that can increase the triple phase boundaries (TPB) in the anode, improving the cell efficiency, as well as reducing the mass transport mechanism effect that provokes anode degradation

Síntese e impregnação de peneiras moleculares Fe MCM-41 derivada de sílica da casca do arroz

The mesoporous molecular sieves of the MCM-41 and FeMCM-41 type are considered promissory as support for metals used as catalysts in oil-based materials refine processes and as adsorbents for environmental protection proposes. In this work MCM-41 and FeMCM41 were synthesized using rice husk ash - RHA as alternative to the conventional silica source. Hydrothermal synthesis was the method chosen to prepare the materials. Pre-defined synthesis parameters were 100°C for 168 hours, later the precursor was calcinated at 550°C for 2 hours under nitrogen and air flow. The sieves containing different proportions of iron were produced by two routes: introduction of iron salt direct synthesis; and a modification post synthesis consisting in iron salt 1 % and 5% impregnation in the material followed by thermal decomposition. The molecular sieves were characterized by X ray diffraction XRD, Fourier transform infrared spectroscopy FT-IR, X ray fluorescence spectroscopy XFR, scanning electronic microscopy SEM, specific surface area using the BET method, Termogravimetry TG. The kinetic model of Flynn Wall was used with the aim of determining the apparent activation energy of the surfactant remove (CTMABr) in the MCM- 41 porous. The analysis made possible the morphology characterization, identifying the presence of hexagonal structure typical for mesoporous materials, as well as observation of the MCM41 and iron of characteristic bands.

Tratamentos de fibras de carnaúba [copernicia prunífera (miller) h. e. moore] para o desenvolvimento de compósito biodegradável com matriz de polihidroxibutirato

The use of raw materials from renewable sources for production of materials has been the subject of several studies and researches, because of its potential to substitute petrochemical-based materials. The addition of natural fibers to polymers represents an alternative in the partial or total replacement of glass fibers in composites. In this work, carnauba leaf fibers were used in the production of biodegradable composites with polyhydroxybutyrate (PHB) matrix. To improve the interfacial properties fiber / matrix were studied four chemical treatments to the fibers..The effect of the different chemical treatments on the morphological, physical, chemical and mechanical properties of the fibers and composites were investigated by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy, X-ray diffraction, tensile and flexural tests, dynamic mechanical analysis (DMA), thermogravimetry (TGA) and diferential scanning calorimetry (DSC). The results of tensile tests indicated an increase in tensile strength of the composites after the chemical treatment of the fibers, with best results for the hydrogen peroxide treated fibers, even though the tensile strength of fibers was slightly reduced. This suggests a better interaction fiber/matrix which was also observed by SEM fractographs. The glass transition temperature (Tg) was reduced for all composites compared to the pure polymer which can be attributed to the absorption of solvents, moisture and other low molecular weight molecules by the fibers

Influência do método de síntese e caracterização de pós compósitos de NiO- Ce1-xEuxO2-δ para anodos catalíticos de células a combustível

Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy into electricity. Due to the development of new materials, fuel cells are emerging as generating clean energy generator. Among the types of fuel cells, categorized according to the electrode type, the solid oxide fuel cells (SOFC) stand out due to be the only device entirely made of solid particles. Beyond that, their operation temperature is relatively high (between 500 and 1000 °C), allowing them to operate with high efficiency. Another aspect that promotes the use of SOFC over other cells is their ability to operate with different fuels. The CeO2 based materials doped with rare earth (TR+3) may be used as alternatives to traditional NiO-YSZ anodes as they have higher ionic conductivity and smaller ohmic losses compared to YSZ, and can operate at lower temperatures (500-800°C). In the composition of the anode, the concentration of NiO, acting as a catalyst in YSZ provides high electrical conductivity and high electrochemical activity of reactions, providing internal reform in the cell. In this work compounds of NiO - Ce1-xEuxO2-δ (x = 0.1, 0.2 and 0.3) were synthesized from polymeric precursor, Pechini, method of combustion and also by microwave-assisted hydrothermal method. The materials were characterized by the techniques of TG, TPR, XRD and FEG-SEM. The refinement of data obtained by X-ray diffraction showed that all powders of NiO - Cex-1EuxO2-δ crystallized in a cubic phase with fluorite structure, and also the presence of Ni. Through the characterizations can be proved that all routes of preparation used were effective for producing ceramics with characteristics suitable for application as SOFC anodes, but the microwave-assisted hydrothermal method showed a significant reduction in the average grain size and improved control of the compositions of the phases

Incorporação de resíduo cerâmico para prevenção da retrogressão da resistência de cimentos de poços de petróleo submetidos à injeção de vapor

Steam injection is the most used thermal recovery method of oil nowadays because of the high degree of development of the technique that allows high recovery factors. However, injection of superheated steam into the reservoir affects the entire structure of the well, including the cemented layer that presents a retrogression of compressive strength and increases the permeability due to formation of more crystalline and denser phases at temperatures above 110 °C. These changes result in failures in the cement that favor the entrance of formation fluids into the annulus space resulting in unsafe operations and restrictions in the economic life of the well. But the strength retrogression can be prevented by partial replacement of cement by silica-based materials that reduce the CaO/SiO2 ratio of cement slurries changing the trajectory of the reactions, converting those deleterious phases in phases with satisfactory mechanical strength and permeability. The aim of this study was to evaluate the behavior of a ceramic waste material rich in silica in partial and total substitution of a mineral additive used to fight the strength retrogression of cement slurries subjected to high temperatures. The evaluation was made by compression, X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetry (TG/DTG). The samples were submitted to a cycle of low temperature (38 °C) for 28 days and a cycle of low temperature followed by exposure to 280 ºC and 1000 psi by 3 days. The results showed that slurries with additions of up to 30% of the waste material are not enough to prevent the strength retrogression, while slurries with additions of the waste material combined with silica flour in various proportions produced hydrated products of low Ca/Si ratios that maintained the compressive strength at satisfactory levels

Efeito da escória, calcário e nitrogênio na absorção de silício e na produção do capim-marandu

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Calagem e silicatagem superficiais e a disponibilidade de cátions hidrossolúveis em culturas anuais e braquiária

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Nitrogen and silicon fertilization of upland rice

O silício não é considerado um elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas, entretanto, sua absorção traz inúmeros benefícios, principalmente ao arroz, como aumento da espessura da parede celular, conferindo resistência mecânica a penetração de fungos, melhora o ângulo de abertura das folhas tornando-as mais eretas, diminuindo o auto-sombreamento e aumentando a resistência ao acamamento, especialmente sob altas doses de nitrogênio. O presente trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos da adubação nitrogenada e silicatada nos componentes vegetativos, nos componentes da produção, na altura da planta e na produtividade da cultivar de arroz IAC 202. O experimento foi constituído da combinação de três doses de nitrogênio (5, 75 e 150 mg de N kg-1 de solo) aplicado na forma de uréia e quatro doses de silício (0, 200, 400 e 600 mg de SiO2 kg-1 de solo), aplicado na forma de silicato de cálcio. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial 3 ´ 4 (N = 5). A adubação nitrogenada aumentou o número de colmos e panículas por metro quadrado e o número total de espiguetas, refletindo na produtividade de grãos. O perfilhamento excessivo causado pela adubação nitrogenada inadequada causou redução na porcentagem de colmos férteis, na fertilidade das espiguetas e da massa de grãos. A adubação silicatada reduziu o número de espiguetas chochas por panícula e aumentou a massa de grãos sem, contudo, refletir na produtividade de grãos.

Teores de silício no solo e na planta de arroz de terras altas com diferentes doses de adubação silicatada e nitrogenada

O Si não é elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas, porém sua absorção pode trazer inúmeros benefícios para culturas acumuladoras de Si, como o arroz. Entretanto, considerando o avançado grau de intemperização em que se encontram os solos tropicais, os teores de Si disponível nestes solos são baixos. O objetivo deste trabalho foi avaliar, na cultura do arroz de terras altas sob condições de túnel plástico, o efeito de doses de Si e de N na produção de matéria seca, na produtividade de grãos, no teor de N, nos teores de Si no solo e na planta e na quantidade de Si extraído do solo. Os tratamentos foram constituídos por três doses de N (5, 75 e 150 mg kg-1 de N), tendo como fonte a uréia e quatro doses de Si (0, 200, 400 e 600 mg kg-1 de SiO2) tendo como fonte o silicato de cálcio (Wollastonita). O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado com esquema fatorial 3 x 4, com cinco repetições. O acúmulo de matéria seca, a produtividade de grãos e os teores de N na planta não foram influenciados pelas doses de Si. O incremento da adubação nitrogenada aumentou a produção de matéria seca, a produtividade de grãos e o teor de N na planta, porém nenhum efeito foi encontrado para os teores de Si no solo. Houve interação N x Si para os teores de Si na planta e para a quantidade de Si acumulado pelas plantas.

Influência de silicato e calcário na decomposição de resíduos culturais e disponibilidade de nutrientes ao feijoeiro

A disponibilidade do Si pelo silicato de Ca poderá aumentar a formação de polifenóis, os quais tornariam possível a maior persistência dos resíduos culturais em superfície. Com esse intuito, procurou-se avaliar a ação do silicato e do calcário na decomposição de diferentes resíduos culturais e a liberação de nutrientes para o desenvolvimento do feijoeiro. O delineamento experimental empregado foi o de blocos casualizados em esquema fatorial 3 x 5, com quatro repetições. Os tratamentos foram constituídos de três espécies de plantas de cobertura: milheto (Pennisetum americanum), braquiária (Brachiaria brizantha) e guandu-anão (Cajanus cajan L.) e cinco níveis proporcionais de silicato de cálcio: 0, 25, 50, 75 e 100 %, aplicado nas doses crescentes de 0, 2,31, 4,63, 6,96 e 9,27 g/vaso, respectivamente, balanceadas com carbonato de cálcio e carbonato de magnésio, de forma que as quantidades de Ca e Mg em cada tratamento fossem iguais, calculados para atingir uma saturação por bases no solo de 70 %. A aplicação de silicato de Ca não interferiu na decomposição do resíduo cultural de braquiária, guandu e milheto. O teor de Mg disponível no solo foi reduzido pela aplicação de silicato de Ca, o que induz menor absorção pelas plantas de cobertura e eventual disponibilização após sua decomposição. O crescimento do feijoeiro foi favorecido pela aplicação de silicato de Ca, sendo as doses de 2,31 e 6,95 g/vaso de silicato com o resíduo cultural de braquiária os tratamentos que apresentaram maior eficiência.

Structural Characterization of Nanocrystalline Sb-Doped SnO2 Xerogels by Multiedge X-ray Absorption Spectroscopy

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)