Start-up rheometry of highly polydisperse magnetorheological fluids: experiments and simulations

An extensive experimental and simulation study is carried out in conventional magnetorheological fluids formulated by dispersion of mixtures of carbonyl iron particles having different sizes in Newtonian carriers. Apparent yield stress data are reported for a wide range of polydispersity indexes (PDI) from PDI = 1.63 to PDI = 3.31, which for a log-normal distribution corresponds to the standard deviation ranging from to . These results demonstrate that the effect of polydispersity is negligible in this range in spite of exhibiting very different microstructures. Experimental data in the magnetic saturation regime are in quantitative good agreement with particle-level simulations under the assumption of dipolar magnetostatic forces. The insensitivity of the yield stresses to the polydispersity can be understood from the interplay between the particle cluster size distribution and the packing density of particles inside the clusters.

An Extension of Craig's Family of Lattices

Let p be a prime, and let zeta(p) be a primitive p-th root of unity. The lattices in Craig's family are (p - 1)-dimensional and are geometrical representations of the integral Z[zeta(p)]-ideals < 1 - zeta(p)>(i), where i is a positive integer. This lattice construction technique is a powerful one. Indeed, in dimensions p - 1 where 149 <= p <= 3001, Craig's lattices are the densest packings known. Motivated by this, we construct (p - 1)(q - 1)-dimensional lattices from the integral Z[zeta(pq)]-ideals < 1 - zeta(p)>(i) < 1 - zeta(q)>(j), where p and q are distinct primes and i and fare positive integers. In terms of sphere-packing density, the new lattices and those in Craig's family have the same asymptotic behavior. In conclusion, Craig's family is greatly extended while preserving its sphere-packing properties.

Partial urethral obstruction of rabbit urinary bladder: stereological evidence that the increase in muscle content is mostly driven by changes in number, rather than size, of smooth muscle cells

The effects of partial urethral obstruction on the detrusor muscle of rabbit urinary bladder were investigated using stereological sampling and estimation tools. Twelve female Norfolk rabbits (2.5-3.0 kg body weight) were divided into four groups: 3, 7 and 12 weeks after surgical intervention to produce a standard partial obstruction and unobstructed controls. Following removal, bladder axes (craniocaudal, dorsoventral and laterolateral) and organ weights were recorded. Bladders were prepared for light microscopy by multistage random sampling procedures. Stereological methods were used to estimate the volume of muscle and the packing density and total number of myocyte nuclei in each bladder. We also estimated mean myocyte volume and the mean cross-sectional area and length of myocytes. Group comparisons were made by one-way analysis of variance. Changes in bladder axes were mainly laterolateral and craniocaudal. Mean bladder weight increased roughly six-fold by 3 weeks and 17-fold by 12 weeks and was accompanied, on average, by 12- and 33-fold increases in total muscle volume. These variables did not differ at 3 and 7 weeks post-obstruction. Increases in muscle content were not accompanied by changes in packing densities but were associated with increases in the total numbers of myocyte nuclei (13-fold by 3 weeks, 28-fold by 12 weeks). Mean myocyte volume did not vary significantly between groups but cells in obstructed groups were shorter and wider. These findings support the notion that partial outflow obstruction leads to an increase in the number, but not mean volume, of myocytes. If due solely to myocyte mitosis, the total of 43 x 10(8) cells found at 12 weeks could be generated by the original complement of 15 x 10(7) cells if an average of only 2.1 x 10(6) new cells was produced every hour. In reality, even this modest proliferation rate is unlikely to be achieved because myocyte proliferation rates are very low and it is possible that new myocytes can arise by differentiation of mesenchymal or other precursor cells.

Deposition of controlled thickness ultrathin SnO2 : Sb films by spin-coating

The technological interest in transparent conductive oxide films (TCOs) has motivated several works in processing techniques, in order to obtain adequate routes to application. In this way, this work describes a new route to obtain antimony-doped tin oxide (ATO) films, based in colloidal dispersions of oxide nanocrystals. The nanoparticles were obtained by a hydrolisis method, using SnCl2 and SbCl3 in ethanolic solutions. The residual halides were removed by dyalisis, obtaining a limpid and transparent colloidal suspension. By this, the method offers the advantage of producing ultrathin films without organic contaminants. This route was employed to produce films with 5, 10, 14, and 18 mol% Sb doping, with thickness ranging from 40 to 70 nm. The physical characterization of the samples showed a uniform layer deposition, resulting in good packing density and high transmittance. A preliminar electrical study confirmed the low electrical resistivity even in the ultrathin films, in such level similar of reported data. The method described is similar in some aspects to layer-by-layer (LbL) techniques, allowing fine control of thickness and interesting properties for ultrathin films, however, with low cost when compared to similar routes.

Commutative group codes in R4, R6, R8 and R16-Approaching the bound

Spherical codes in even dimensions n = 2m generated by a commutative group of orthogonal matrices can be determined by a quotient of m-dimensional lattices when the sublattice has an orthogonal basis. We discuss here the existence of orthogonal sublattices of the lattices A2, D3, D4 and E8, which have the best packing density in their dimensions, in order to generate families of commutative group codes approaching the bound presented in Siqueira and Costa (2008) [14]. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

A family of asymptotically good lattices having a lattice in each dimension

A new constructive family of asymptotically good lattices with respect to sphere packing density is presented. The family has a lattice in every dimension n >= 1. Each lattice is obtained from a conveniently chosen integral ideal in a subfield of the cyclotomic field Q(zeta(q)) where q is the smallest prime congruent to 1 modulo n.

Algebraic constructions of densest lattices

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Lattices from subfields of Q (xi n)

In this paper we present a method for evaluating the center density of algebraic lattices from subfields of Q(xi n), where n is a positive integer. This method allows to reproduce rotated versions of dense lattices in some dimensions. Constellations on algebraic lattices with high packing density have been proposed for use in communications in Gaussian channels and also in Rayleigh fading channels in case they have high diversity.

A molecular approach towards tethered bilayer lipid membranes: synthesis and characterization of novel anchor lipids

Tethered bilayer lipid membranes (tBLMs) are a promising model system for the natural cell membrane. They consist of a lipid bilayer that is covalently coupled to a solid support via a spacer group. In this study, we developed a suitable approach to increase the submembrane space in tBLMs. The challenge is to create a membrane with a lower lipid density in order to increase the membrane fluidity, but to avoid defects that might appear due to an increase in the lateral space within the tethered monolayers. Therefore, various synthetic strategies and different monolayer preparation techniques were examined. Synthetical attempts to achieve a large ion reservoir were made in two directions: increasing the spacer length of the tether lipids and increasing the lateral distribution of the lipids in the monolayer. The first resulted in the synthesis of a small library of tether lipids (DPTT, DPHT and DPOT) characterized by 1H and 13C NMR, FD-MS, ATR, DSC and TGA. The synthetic strategy for their preparation includes synthesis of precursor with a double bond anchor that can be easily modified for different substrates (e.g. metal and metaloxide). Here, the double bond was modified into a thiol group suitable for gold surface. Another approach towards the preparation of homogeneous monolayers with decreased two-dimensional packing density was the synthesis of two novel anchor lipids: DPHDL and DDPTT. DPHDL is “self-diluted” tether lipid containing two lipoic anchor moieties. DDPTT has an extended lipophylic part that should lead to the preparation of diluted, leakage free proximal layers that will facilitate the completion of the bilayer. Our tool-box of tether lipids was completed with two fluorescent labeled lipid precursors with respectively one and two phytanyl chains in the hydrophobic region and a dansyl group as a fluorophore. The use of such fluorescently marked lipids is supposed to give additional information for the lipid distribution on the air-water interface. The Langmuir film balance was used to investigate the monolayer properties of four of the synthesized thiolated anchor lipids. The packing density and mixing behaviour were examined. The results have shown that mixing anchor with free lipids can homogeneously dilute the anchor lipid monolayers. Moreover, an increase in the hydrophylicity (PEG chain length) of the anchor lipids leads to a higher packing density. A decrease in the temperature results in a similar trend. However, increasing the number of phytanyl chains per lipid molecule is shown to decrease the packing density. LB-monolayers based on pure and mixed lipids in different ratio and transfer pressure were tested to form tBLMs with diluted inner layers. A combination of the LB-monolayer transfer with the solvent exchange method accomplished successfully the formation of tBLMs based on pure DPOT. Some preliminary investigations of the electrical sealing properties and protein incorporation of self-assembled DPOT and DDPTT-based tBLMs were conducted. The bilayer formation performed by solvent exchange resulted in membranes with high resistances and low capacitances. The appearance of space beneath the membrane is clearly visible in the impedance spectra expressed by a second RC element. The latter brings the conclusion that the longer spacer in DPOT and the bigger lateral space between the DDPTT molecules in the investigated systems essentially influence the electrical parameters of the membrane. Finally, we could show the functional incorporation of the small ion carrier valinomycin in both types of membranes.

Spektroelektrochemische Untersuchungen mittels oberflächenverstärkter Infrarotabsorptionsspektroskopie (SEIRAS) an Multi-Redox-Center-Proteinen in einer biomimetischen Membranumgebung

Die optische Eigenschaften sowie der Oberflächenverstärkungseffekt von rauen Metalloberflächen sowie Nanopartikeln wurden intensiv für den infraroten Bereich des Spektrums in der Literatur diskutiert. Für die Präparation solcher Oberflächen gibt es prinzipiell zwei verschiedene Strategien, zum einen können die Nanopartikel zuerst ex-situ synthetisiert werden, der zweite Ansatz beruht darauf, dass die Nanopartikel in-situ hergestellt und aufgewachsen werden. Hierbei wurden beide Ansätze ausgetestet, dabei stellte sich heraus, dass man nur mittels der in-situ Synthese der Goldnanopartikel in der Lage ist nanostrukturierte Oberflächen zu erhalten, welche elektronisch leitfähig sind, nicht zu rau sind, um eine Membranbildung zu ermöglichen und gleichzeitig einen optimalen Oberflächenverstärkungseffekt zeigen. Obwohl keine ideale Form der Nanopartikel mittels der in-situ Synthese erhalten werden können, verhalten sich diese dennoch entsprechend der Theorie des Oberflächenverstärkungseffekts. Optimierungen der Form und Grösse der Nanopartikel führten in dieser Arbeit zu einer Optimierung des Verstärkungseffekts. Solche optimierten Oberflächen konnten einfach reproduziert werden und zeichnen sich durch eine hohe Stabilität aus. Der so erhaltene Oberflächenverstärkungseffekt beträgt absolut 128 verglichen mit dem belegten ATR-Kristall ohne Nanopartikel oder etwa 6 mal, verglichen mit der Oberfläche, die bis jetzt auch in unserer Gruppe verwendet wurde. Daher können nun Spektren erhalten werden, welche ein deutlich besseres Signal zu Rauschverhältnis (SNR) aufweisen, was die Auswertung und Bearbeitung der erhaltenen Spektren deutlich vereinfacht und verkürzt.rnNach der Optimierung der verwendeten Metalloberfläche und der verwendeten Messparameter am Beispiel von Cytochrom C wurde nun an der Oberflächenbelegung der deutlich größeren Cytochrom c Oxidase gearbeitet. Hierfür wurde der DTNTA-Linker ex-situ synthetisiert. Anschließend wurden gemischte Monolagen (self assembeld monolayers) aus DTNTA und DTP hergestellt. Die NTA-Funktionalität ist für die Anbindung der CcO mit der his-tag Technologie verantwortlich. Die Kriterien für eine optimale Linkerkonzentration waren die elektrischen Parameter der Schicht vor und nach Rekonstitution in eine Lipidmembran, sowie Elektronentransferraten bestimmt durch elektrochemische Messungen. Erst mit diesem optimierten System, welches zuverlässig und reproduzierbar funktioniert, konnten weitere Messungen an der CcO begonnen werden. Aus elektrochemischen Messungen war bekannt, dass die CcO durch direkten Elektronentransfer unter Sauerstoffsättigung in einen aktivierten Zustand überführt werden kann. Dieser aktivierte Zustand zeichnet sich durch eine Verschiebung der Redoxpotentiale um etwa 400mV gegenüber dem aus Gleichgewichts-Titrationen bekannten Redoxpotential aus. Durch SEIRAS konnte festgestellt werden, dass die Reduktion bzw. Oxidation aller Redoxzentren tatsächlich bei den in der Cyclovoltammetrie gemessenen Potentialen erfolgt. Außerdem ergaben die SEIRA-Spektren, dass durch direkten Elektronentransfer gravierende Konformationsänderungen innerhalb des Proteins stattfinden. rnBisher war man davon ausgegangen, aufgrund des Elektronentransfers mittels Mediatoren, dass nur minimale Konformationsänderungen beteiligt sind. Vor allem konnte erstmaligrnder aktivierte und nicht aktivierte Zustand der Cytochrom c Oxidase spektroskopisch nachweisen werden.rn

Direct electron transfer to cytochrome c oxidase investigated by electrochemistry and time-resolved surface-enhanced infrared absorption spectroscopy

Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.

Untersuchung multimerer Proteinkomplexe mit oberflächenanalytischen und röntgenspektroskopischen Methoden

Zusammenfassung rnrnIn dieser Arbeit wurden Untersuchungen an zwei verschiedenen multimeren Proteinkomplexen durchgeführt: Zum einen am Hämocyanin aus Homarus americanus mittels Röntgen-L-Kantenspektroskopie und zum anderen am α-Toxin aus Staphylococcus aureus, hinsichtlich der Interaktion an speziellen Raft-artigen Membranabschnitten, mittels AFM.rnFür das Hämocyanin aus Homarus americanus konnte ein neuer Aspekt bezüglich der Bindung von Sauerstoff aufgezeigt werden. Ein zuvor nicht in Betracht gezogener und diskutierter Einfluss von Wassermolekülen auf diesen Vorgang konnte mittels der Methode der Röntgen-L-Kantenspektroskopie dargestellt werden. Erstmals war es möglich die beiden verschiedenen Beladungszustände (Oxy-, Deoxy-Zustand) des Hämocyanin mittels dieser Methode in physiologisch ähnlicher Umgebung zu untersuchen. Vergleiche der erhaltenen L-Kanten-Spektren mit denen anorganischer Vergleichslösungen ließen auf eine Interaktion von Wassermolekülen mit den beiden Kupferatomen des aktiven Zentrums schließen. Dadurch wurde erstmals ein möglicher Einfluss des Wassers auf den Oxygenierungsprozess des Hämocyanins auf elektronischer Ebene aufgezeigt. Vergleichende Betrachtungen von Röntgenkristallstrukturen verschiedener Typ-3-Kupferproteine bestätigten, dass auch hier ein Einfluss von Wassermolekülen auf die aktiven Zentren möglich ist. Vorgeschlagen wird dabei, dass an Stelle der Überlappung der 3d-Orbitale des Kupfers mit den 2p-Orbitalen des Sauerstoffs, wie sie im sauerstoffbeladenen Zustand auftritt, im sauerstoffunbeladenen Zustand eine Wechselwirkung der 3d-Orbitale des Kupfers mit den LUMOS der Wassermoleküle möglich wird, und ein Elektronen- bzw. Ladungstransfer von den Kupfern auf die Wassermoleküle erfolgen kann. rnAFM-Untersuchungen hinsichtlich der Interaktion des α-Toxins aus Staphylococcus aureus mit oberflächenunterstützten Modellmembranen wiesen darauf hin, dass eine bevorzugte Anbindung und zumindest teilweise Integration der α-Toxine in Raft-artige Membranbereiche stattfindet. Für verschiedene ternäre Lipidsysteme konnten phasenseparierte Modellmembranen abgebildet und die unterschiedlichen Domänenformen zugeordnet werden. Der Anbindungsprozess der Toxine an diese oberflächenunterstützte Modellmembranen erfolgte dann wahrscheinlich vornehmlich an den speziellen Raft-artigen Domänen, wohingegen die Insertion der Poren vorrangig an den Grenzbereichen zwischen den Domänen auftrat. Mögliche Ursache dafür sind die räumlichen Besonderheiten dieser Grenzflächen. Membranen weisen an den Schnittstellen zwischen zwei Domänenformen eine erhöhte Unordnung auf, was sich u.a. in einer geringeren Packungsdichte der Phospholipide und dem erhöhten Freiheitsgrad ihrer Kopfgruppen bemerkbar macht. Außerdem kommt es auf Grund der Interaktion der beteiligten Membranbestandteile Sphingomyelin und Cholesterol untereinander zu einer speziellen Ausrichtung der Phosphocholin-Kopfgruppen und innerhalb der Raft-artigen Domänen zu einer erhöhten Packungsdichte der Phospholipide. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse unterstützten demnach die in der Literatur postulierte Vermutung der bevorzugten Interaktion und Integration der Toxin-Moleküle mit Raft-artigen Membrandomänen. Die Insertion der Pore erfolgt aber wahrscheinlich bevorzugt an den Grenzbereichen zwischen den auftretenden Domänen.rn

Filtration and oxidation characteristics of a diesel oxidation catalyst and a catalyzed particulate filter : development of a 1-D 2-layer model

The emissions, filtration and oxidation characteristics of a diesel oxidation catalyst (DOC) and a catalyzed particulate filter (CPF) in a Johnson Matthey catalyzed continuously regenerating trap (CCRT ®) were studied by using computational models. Experimental data needed to calibrate the models were obtained by characterization experiments with raw exhaust sampling from a Cummins ISM 2002 engine with variable geometry turbocharging (VGT) and programmed exhaust gas recirculation (EGR). The experiments were performed at 20, 40, 60 and 75% of full load (1120 Nm) at rated speed (2100 rpm), with and without the DOC upstream of the CPF. This was done to study the effect of temperature and CPF-inlet NO2 concentrations on particulate matter oxidation in the CCRT ®. A previously developed computational model was used to determine the kinetic parameters describing the oxidation characteristics of HCs, CO and NO in the DOC and the pressure drop across it. The model was calibrated at five temperatures in the range of 280 – 465° C, and exhaust volumetric flow rates of 0.447 – 0.843 act-m3/sec. The downstream HCs, CO and NO concentrations were predicted by the DOC model to within ±3 ppm. The HCs and CO oxidation kinetics in the temperature range of 280 - 465°C and an exhaust volumetric flow rate of 0.447 - 0.843 act-m3/sec can be represented by one ’apparent’ activation energy and pre-exponential factor. The NO oxidation kinetics in the same temperature and exhaust flow rate range can be represented by ’apparent’ activation energies and pre-exponential factors in two regimes. The DOC pressure drop was always predicted within 0.5 kPa by the model. The MTU 1-D 2-layer CPF model was enhanced in several ways to better model the performance of the CCRT ®. A model to simulate the oxidation of particulate inside the filter wall was developed. A particulate cake layer filtration model which describes particle filtration in terms of more fundamental parameters was developed and coupled to the wall oxidation model. To better model the particulate oxidation kinetics, a model to take into account the NO2 produced in the washcoat of the CPF was developed. The overall 1-D 2-layer model can be used to predict the pressure drop of the exhaust gas across the filter, the evolution of particulate mass inside the filter, the particulate mass oxidized, the filtration efficiency and the particle number distribution downstream of the CPF. The model was used to better understand the internal performance of the CCRT®, by determining the components of the total pressure drop across the filter, by classifying the total particulate matter in layer I, layer II, the filter wall, and by the means of oxidation i.e. by O2, NO2 entering the filter and by NO2 being produced in the filter. The CPF model was calibrated at four temperatures in the range of 280 – 465 °C, and exhaust volumetric flow rates of 0.447 – 0.843 act-m3/sec, in CPF-only and CCRT ® (DOC+CPF) configurations. The clean filter wall permeability was determined to be 2.00E-13 m2, which is in agreement with values in the literature for cordierite filters. The particulate packing density in the filter wall had values between 2.92 kg/m3 - 3.95 kg/m3 for all the loads. The mean pore size of the catalyst loaded filter wall was found to be 11.0 µm. The particulate cake packing densities and permeabilities, ranged from 131 kg/m3 - 134 kg/m3, and 0.42E-14 m2 and 2.00E-14 m2 respectively, and are in agreement with the Peclet number correlations in the literature. Particulate cake layer porosities determined from the particulate cake layer filtration model ranged between 0.841 and 0.814 and decreased with load, which is about 0.1 lower than experimental and more complex discrete particle simulations in the literature. The thickness of layer I was kept constant at 20 µm. The model kinetics in the CPF-only and CCRT ® configurations, showed that no ’catalyst effect’ with O2 was present. The kinetic parameters for the NO2-assisted oxidation of particulate in the CPF were determined from the simulation of transient temperature programmed oxidation data in the literature. It was determined that the thermal and NO2 kinetic parameters do not change with temperature, exhaust flow rate or NO2 concentrations. However, different kinetic parameters are used for particulate oxidation in the wall and on the wall. Model results showed that oxidation of particulate in the pores of the filter wall can cause disproportionate decreases in the filter pressure drop with respect to particulate mass. The wall oxidation model along with the particulate cake filtration model were developed to model the sudden and rapid decreases in pressure drop across the CPF. The particulate cake and wall filtration models result in higher particulate filtration efficiencies than with just the wall filtration model, with overall filtration efficiencies of 98-99% being predicted by the model. The pre-exponential factors for oxidation by NO2 did not change with temperature or NO2 concentrations because of the NO2 wall production model. In both CPF-only and CCRT ® configurations, the model showed NO2 and layer I to be the dominant means and dominant physical location of particulate oxidation respectively. However, at temperatures of 280 °C, NO2 is not a significant oxidizer of particulate matter, which is in agreement with studies in the literature. The model showed that 8.6 and 81.6% of the CPF-inlet particulate matter was oxidized after 5 hours at 20 and 75% load in CCRT® configuration. In CPF-only configuration at the same loads, the model showed that after 5 hours, 4.4 and 64.8% of the inlet particulate matter was oxidized. The increase in NO2 concentrations across the DOC contributes significantly to the oxidation of particulate in the CPF and is supplemented by the oxidation of NO to NO2 by the catalyst in the CPF, which increases the particulate oxidation rates. From the model, it was determined that the catalyst in the CPF modeslty increases the particulate oxidation rates in the range of 4.5 – 8.3% in the CCRT® configuration. Hence, the catalyst loading in the CPF of the CCRT® could possibly be reduced without significantly decreasing particulate oxidation rates leading to catalyst cost savings and better engine performance due to lower exhaust backpressures.

Optimización granulométrica de morteros de base cemento

En la práctica habitual, para la elaboración de morteros se recomienda la utilización de granulometrías continuas. El requisito de continuidad y que los tamaños de partícula se encuentren dentro de los límites establecidos por “husos granulométricos” surge de las teorías clásicas de Fuller – Thompson y se apoya en la necesidad de obtener mezclas con adecuada docilidad en el estado fresco. Sin embargo, las distribuciones continuas de árido no representan las únicas alternativas para obtener mezclas que tengan una adecuada docilidad en estado fresco y mediante nuevos criterios de interferencia de partículas es posible demostrar que las distribuciones discontinuas aun siendo más compactas y con menor requerimientos de volumen de pasta pueden ser igual de dóciles en estado fresco. Aunque el volumen mínimo de pasta está condicionado por su fluidez y viscosidad estos parámetros pueden modificarse mediante la incorporación de filler de distinta naturaleza y aditivos químicos de reciente desarrollo. En consecuencia, se propone analizar la posibilidad de minimizar el contenido de pasta de morteros de base cemento, manteniendo las prestaciones en el estado fresco, con el objetivo de obtener una mejor estabilidad volumétrica, posibilitando mejor control de la retracción y de la fisuración. Para ello se emplearán criterios de interferencia de partículas, combinados con el uso de filler de distinta naturaleza La reducción del contenido de pasta conducirá también a mejorar el perfil sostenible de los morteros. El proceso de optimización tiene una base racional y, por lo tanto, será aplicable a distintos tipos de mortero, y las proporciones óptimas podrán adecuarse según las prestaciones requeridas para el material. SUMMARY In common practice, continuous sand gradings are recommended to produce ordinary mortars. This requirement, along with grading limits are based on classical theories, such as Fuller, aimed at achieving a reasonable packing density without compromising workability at the fresh state. Nevertheless, there are other alternatives, such as discontinuous curves based on particle interference criteria, which are capable of having even higher packing density. The less the content of voids in the granular skeleton, the less the amount of cement paste required to fill in these voids and coating the particles. Yet, the minimum volume of paste in a mortar is determined by requirements associated to the fresh state and thus, fluidity and viscosity of the paste play a significant role on the matter. These two properties can be modified by the use of suitable fillers and by the use of last-generation chemical admixtures. As a result, it is proposed to analyse the possibility of combining current particle interference criteria with the use of different types of filler and chemical admixtures to optimise cement-based mortar formulations. This optimisation is aimed at reducing the paste content while maintaining a suitable performance at the fresh state. The reduction in paste content would lead to a better dimensional stability, with better control of shrinkage and cracking behaviour. The foreseen optimisation process will have a strong rational basis and thus, it should be potentially useful to optimise mortar proportions according to a performance-based approach.

Monte Carlo simulations of densely-packed athermal polymers in the bulk and under confinement

We review the main results from extensive Monte Carlo (MC) simulations on athermal polymer packings in the bulk and under confinement. By employing the simplest possible model of excluded volume, macromolecules are represented as freely-jointed chains of hard spheres of uniform size. Simulations are carried out in a wide concentration range: from very dilute up to very high volume fractions, reaching the maximally random jammed (MRJ) state. We study how factors like chain length, volume fraction and flexibility of bond lengths affect the structure, shape and size of polymers, their packing efficiency and their phase behaviour (disorder–order transition). In addition, we observe how these properties are affected by confinement realized by flat, impenetrable walls in one dimension. Finally, by mapping the parent polymer chains to primitive paths through direct geometrical algorithms, we analyse the characteristics of the entanglement network as a function of packing density.