Material Characterisation and Electro-Optical Studies of a Ferroelectric Liquid Crystal

Department of Electronics, Cochin University of Science and Technology

Studies on rubber compositions as passive acoustic materials in underwater electro acoustic transducer technology-and their aging characteristics

Rubber has become an indispensable material in Ocean technology. Rubber components play critical roles such as sealing, damping, environmental protection, electrical insulation etc. in most under water engineering applications. Technology driven innovations in electro acoustic transducers and other sophisticated end uses have enabled quantum jump in the quality and reliability of rubber components. Under water electro acoustic transducers use rubbers as a critical material in their construction. Work in this field has lead to highly reliable and high performance materials which has enhanced service life of transducers to the extent of 1015 years. Present work concentrates on these materials. Conventional rubbers are inadequate to meet many of the stringent functional of the requirements. There exists large gap of information in the rubber technology of under water rubbers, particularly in the context of under water electro acoustic transducers. Present study is towards filling up the gaps of information in this crucial area. The research work has been in the area of compounding and characterisation of rubbers for use in under water electro acoustic transducers. The study also covers specific material system such as encapsulation material, baffle material, seal material, etc. Life prediction techniques of under water rubbers in general has been established with reference to more than one functional property. This thesis is divided into 6 chapters.

Electro-Optical Studies On Metal Phthalocyanines

Metal phthalocyanines have some unique optical properties which are exploited for dyeing fibers and films used in applicationslike dye lasing and optical information storage. Aggregation of dye molecules modifies their absorption and emission spectra with concomitant degradation in their energy transfer characteristics. MPcs as such have poor processability and are seldom used in solid matrices. The finest energy transfer characteristics are shown by the monomers of metal phthalocyanines. In the third chapter of this thesis the studies on two series of metal phthalocyanines are repoted

Development of selected electro-active polymer-ceramic nanocomposites as pyroelectric thermal/infrared detector materials

The present work emphasises on the synthesis and characterization of electro-active polymer-ceramic nanocomposites which can be used for pyroelectric thermal/infrared detection applications. Two sets of samples belong to polymer-microcrystalline composites have also been investigated in the work. The polymers used in the work have been commercially available ones, but the nanoceramics have been synthesized following simple chemical routes and aqueous organic gel routes. After characterizing the nanoceramics for their structure by powder XRD, they have been dispersed in liquid polymer and sonicated for uniform dispersion. The viscous mixture so formed was cast in the form of films for experimentation. Samples with volume fraction of the ceramic phase varied from 0 to 0.25 have been prepared. Solution growth was followed to prepare microcrystalline samples for the polymer-microcrystalline composites. The physical properties that determine the pyroelectric sensitivity of a material are dielectric constant, dielectric loss, pyroelectric coefficient, thermal conductivity and specific heat capacity. These parameters have been determined for all the samples and compositions reported in this work.The pyroelectric figures of merit for all the samples were determined. The pyroelectric figures of merit that determine the pyroelectric sensitivity of a material are current sensitivity, voltage responsivity and detectivity. All these have been determined for each set of samples and reported in the thesis. In order to assess the flexibility and mouldability of the composites we have measured the Shore hardness of each of the composites by indentation technique and compared with the pyroelectric figures of merit. Some important factors considered during the material fabrication stages were maximum flexibility and maximum figures of merit for pyroelectric thermal/IR detection applications. In order to achieve these goals, all the samples are synthesized as composites of polymers and nano/microcrystalline particles and are prepared in the form of freestanding films. The selected polymer matrices and particle inclusions possess good pyroelectric coefficients, low thermal and dielectric properties, so that good pyroelectric figures of merit could be achieved. The salient features of the work include the particle size of the selected ceramic materials. Since they are in nanometer size it was possible to achieve high flexibility and moldability with high figures of merit for even low volume fractions of inclusions of the prepared nanocrystalline composites. In the case of microcrystalline TGS and DTGS, their composites in PU matrix protect them from fragility and humidity susceptibility and made them for environmental friendly applications.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

BSc Acoustics Library Induction, 2010

This lecture was given to new first year BSc Acoustic students in October 2010. It is an introduction to library resources including finding items from reading lists and online searching for journal articles.

Classroom acoustics: enhancing the listening environment through the use of amplification systems

This paper discusses the variables affecting classroom acoustics and a case study examination of some local classrooms. Classrooms were measured against proposed American National Standards Institute (ANSI) standards and treatment options for improving acoustics are suggested.

Classroom acoustics: treatment options

This paper discusses the variables affecting classroom acoustics and a case study examination of some local classrooms. Classrooms were measured against proposed American National Standards Institute (ANSI) standards and treatment options for improving acoustics are suggested.

Classroom acoustics: the national acoustic standard

This paper discusses the variables affecting classroom acoustics and a case study examination of some local classrooms. Classrooms were measured against proposed American National Standards Institute (ANSI) standards and treatment options for improving acoustics are suggested.

Exploring the spatial relations between soil properties and electro-magnetic induction (EMI) and the implications for management

The relations between soil electrical conductivity (ECa) and top- and sub-soil physical properties were examined for an arable field in England. The correlation coefficients between ECa and the soil particle size fractions were large and their cross variograms showed that the coregionalization was also strong. The coregionalization was stronger for the subsoil properties than for the topsoil, the reverse to the correlation coefficients. The relations between ECa and some soil properties, such as clay and water content, appear complex and emphasize that a map of ECa cannot substitute for sampling the soil.

The effects of difficulty and gain versus loss on vocal physiology and acoustics

To examine the basis of emotional changes to the voice, physiological and electroglottal measures were combined with acoustic speech analysis of 30 men performing a computer task in which they lost or gained points under two levels of difficulty. Predictions of the main effects of difficulty and reward on the voice were not borne out by the data. Instead, vocal changes depended largely on interactions between gain versus loss and difficulty. The rate at which the vocal folds open and close (fundamental frequency; f0) was higher for loss than for gain when difficulty was high, but not when difficulty was low. Electroglottal measures revealed that f0 changes corresponded to shorter glottal open times for the loss conditions. Longer closed and shorter open phases were consistent with raised laryngeal tension in difficult loss conditions. Similarly, skin conductance indicated higher sympathetic arousal in loss than gain conditions, particularly when difficulty was high. The results provide evidence of the physiological basis of affective vocal responses, confirming the utility of measuring physiology and voice in the study of emotion.

Microwave activation of the electro-oxidation of glucose in alkaline media

The oxidation of glucose is a complex process usually requiring catalytically active electrode surfaces or enzyme modified electrodes. In this study the effect of high intensity microwave radiation on the oxidation of glucose in alkaline solution at Au, Cu, and Ni electrodes is reported. Calibration experiments with the Fe(CN)(6)(3-/4-) redox system in aqueous 0.1 M NaOH indicate that strong thermal effects occur at both 50 and 500 mu m diameter electrodes with temperatures reaching 380 K. Extreme mass transport effects with mass transport coefficients of k(mt) > 0.01 m s(-1) (or k(mt) > 1.0 cm s(-1)) are observed at 50 mu m diameter electrodes in the presence of microwaves. The electrocatalytic oxidation of glucose at 500 mu m diameter Au, Cu, or Ni electrodes immersed in 0.1 M NaOH and in the presence of microwave radiation is shown to be dominated by kinetic control. The magnitude of glucose oxidation currents at Cu electrodes is shown to depend on the thickness of a pre-formed oxide layer. At 50 mu m diameter Au, Cu, or Ni electrodes microwave enhanced current densities are generally higher, but only at Au electrodes is a significantly increased rate for the electrocatalytic oxidation of glucose to gluconolactone observed. This rate enhancement appears to be independent of temperature but microwave intensity dependent, and therefore non-thermal in nature. Voltammetric currents observed at Ni electrodes in the presence of microwaves show the best correlation with glucose concentration and are therefore analytically most useful.

Microwave activation of the electro-oxidation of glucose in alkaline media

The oxidation of glucose is a complex process usually requiring catalytically active electrode surfaces or enzyme-modified electrodes. In this study the effect of high intensity microwave radiation on the oxidation of glucose in alkaline solution at Au, Cu, and Ni electrodes is reported. Calibration experiments with the Fe(CN)63–/4– redox system in aqueous 0.1 M NaOH indicate that strong thermal effects occur at both 50 and 500 µm diameter electrodes with temperatures reaching 380 K. Extreme mass transport effects with mass transport coefficients of kmt > 0.01 m s–1(or kmt > 1.0 cm s–1) are observed at 50 µm diameter electrodes in the presence of microwaves. The electrocatalytic oxidation of glucose at 500 µm diameter Au, Cu, or Ni electrodes immersed in 0.1 M NaOH and in the presence of microwave radiation is shown to be dominated by kinetic control. The magnitude of glucose oxidation currents at Cu electrodes is shown to depend on the thickness of a pre-formed oxide layer. At 50 µm diameter Au, Cu, or Ni electrodes microwave enhanced current densities are generally higher, but only at Au electrodes is a significantly increased rate for the electrocatalytic oxidation of glucose to gluconolactone observed. This rate enhancement appears to be independent of temperature but microwave intensity dependent, and therefore non-thermal in nature. Voltammetric currents observed at Ni electrodes in the presence of microwaves show the best correlation with glucose concentration and are therefore analytically most useful.