Enhanced efficiency of near-UV emitting LEDs for solid-state lighting applications

The performance of a series of near-UV (∼385 nm) emitting LEDs, consisting of high efficiency InGaN/AlInGaN QWs in the active region, was investigated. Significantly reduced roll-over of efficiency at high current density was found compared to InGaN/GaN LEDs emitting at a similar wavelength. The importance of optical cavity effects in flip-chip geometry devices has also been investigated. The light output was enhanced by more than a factor of 2 when the lightemitting region was located at an anti-node position with respect to a high reflectivity current injection mirror. A power of 0.49 mW into a numerical aperture of 0.5 was obtained for a junction area of 50μm in diameter and a current of 30 mA, corresponding to a radiance of 30 W/cm2/str.

Electrical and field emission investigation of individual carbon nanotubes from plasma enhanced chemical vapour deposition

Plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) is a controlled technique for the production of vertically aligned multiwall carbon nanotubes for field emission applications. In this paper, we investigate the electrical properties of individual carbon nanotubes which is important for designing field emission devices. PECVD nanotubes exhibit a room temperature resistance of 1-10 kΩ/μm length (resistivity 10-6 to 10-5 Ω m) and have a maximum current carrying capability of 0.2-2 mA (current density 107-108 A/cm2). The field emission characteristics show that the field enhancement of the structures is strongly related to the geometry (height/radius) of the structures and maximum emission currents of ∼ 10 μA were obtained. The failure of nanotubes under field emission is also discussed. © 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Study of multi-walled carbon nanotube structures fabricated by PMMA suspended dispersion

We report on the electrical characteristics of plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD)-grown, multi-walled carbon nanotube (MWCNT) devices made by a new fabrication method, PMMA suspended dispersion. This method makes it possible to suspend nanotubes between metal electrodes and to remove unwanted nanotubes from the substrate. The measurements show that the MWCNTs are metallic and able to maintain a current density ∼2×106 A/cm2 for more than 15 days with a maximum current density of ∼1.8×107 A/cm2. This high current density and reliability will make PECVD-grown MWCNTs applicable to field emission cathodes. © 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Barium-Functionalized Multiwalled Carbon Nanotube Yarns As Low-Work-Function Thermionic Cathodes

Barium-functionalized multiwalled carbon nanotube yarns were fabricated by drawing and twisting multiwalled carbon nanotube forests through a solution containing barium nitrate. After heat activation under vacuum, the functionalized yarns were enriched in barium oxide due to the high surface-to-volume ratio of the nanotubes. The cathodes exhibited good thermionic properties, with a work function as low as 1.73-2.06 eV and thermionic current density that exceeded 185 mA/cm(2) in a field of 850 V/5 mm at 1317 K. The barium-functionalized yarns had high tensile strength of up to 420 MPa and retained strength of similar to 250 MPa after a 2 h activation process. (C) 2008 American Institute of Physics.

Electrothermal stress in conductive body with collinear cracks

The temperature and stress field in a thin plate with collinear cracks interrupting an electric current field are determined. This is accomplished by using a complex function method that allows a direct means of finding the distribution of the electric current, the temperature and stress field. Temperature dependency for the heat-transfer coefficient, coefficient of linear expansion and the elastic modulus are considered. As an example, temperature distribution is calculated for an alloy (No. GH2132) plate with two collinear cracks under high temperature. Relationships between the stress, temperature, electric density and crack length are obtained. Crack trajectories emanating from existing crack are predicted by application of the strain energy density criterion which can also be used for finding the load carrying capacity of the cracked plate. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

电流密度因子及其分布规律

给出了具有裂纹的无限大导电薄板通入电流时,裂纹尖端电流密度因子的表达式,由电流密度与温度场的关系式进一步导出了电流密度因子与温度场的表达式.通过算例,描述了电流密度因子在裂尖附近的分布规律,为电磁热效应裂纹止裂方法的应用打下了理论基础.

Quantum Efficiency And Temperature Coefficients Of Gainp/Gaas Dual-Junction Solar Cell

GaInP/GaAs dual-junction solar cell with a conversion efficiency of 25.2% has been fabricated using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technique. Quantum efficiencies of the solar cell were measured within a temperature range from 25 to 160A degrees C. The results indicate that the quantum efficiencies of the subcells increase slightly with the increasing temperature. And red-shift phenomena of absorption limit for all subcells are observed by increasing the cell's work temperature, which are consistent with the viewpoint of energy gap narrowing effect. The short-circuit current density temperature coefficients dJ (sc)/dT of GaInP subcell and GaAs subcell are determined to be 8.9 and 7.4 mu A/cm(2)/A degrees C from the quantum efficiency data, respectively. And the open-circuit cell voltage temperature coefficients dV (oc)/dT calculated based on a theoretical equation are -2.4 mV/A degrees C and -2.1 mV/A degrees C for GaInP subcell and GaAs subcell.

Control of wettability of carbon nanotube array by reversible dry oxidation for superhydrophobic coating and supercapacitor applications

In this thesis, dry chemical modification methods involving UV/ozone, oxygen plasma, and vacuum annealing treatments are explored to precisely control the wettability of CNT arrays. By varying the exposure time of these treatments the surface concentration of oxygenated groups adsorbed on the CNT arrays can be controlled. CNT arrays with very low amount of oxygenated groups exhibit a superhydrophobic behavior. In addition to their extremely high static contact angle, they cannot be dispersed in DI water and their impedance in aqueous electrolytes is extremely high. These arrays have an extreme water repellency capability such that a water droplet will bounce off of their surface upon impact and a thin film of air is formed on their surface as they are immersed in a deep pool of water. In contrast, CNT arrays with very high surface concentration of oxygenated functional groups exhibit an extreme hydrophilic behavior. In addition to their extremely low static contact angle, they can be dispersed easily in DI water and their impedance in aqueous electrolytes is tremendously low. Since the bulk structure of the CNT arrays are preserved during the UV/ozone, oxygen plasma, and vacuum annealing treatments, all CNT arrays can be repeatedly switched between superhydrophilic and superhydrophobic, as long as their O/C ratio is kept below 18%.

The effect of oxidation using UV/ozone and oxygen plasma treatments is highly reversible as long as the O/C ratio of the CNT arrays is kept below 18%. At O/C ratios higher than 18%, the effect of oxidation is no longer reversible. This irreversible oxidation is caused by irreversible changes to the CNT atomic structure during the oxidation process. During the oxidation process, CNT arrays undergo three different processes. For CNT arrays with O/C ratios lower than 40%, the oxidation process results in the functionalization of CNT outer walls by oxygenated groups. Although this functionalization process introduces defects, vacancies and micropores opening, the graphitic structure of the CNT is still largely intact. For CNT arrays with O/C ratios between 40% and 45%, the oxidation process results in the etching of CNT outer walls. This etching process introduces large scale defects and holes that can be obviously seen under TEM at high magnification. Most of these holes are found to be several layers deep and, in some cases, a large portion of the CNT side walls are cut open. For CNT arrays with O/C ratios higher than 45%, the oxidation process results in the exfoliation of the CNT walls and amorphization of the remaining CNT structure. This amorphization process can be implied from the disappearance of C-C sp2 peak in the XPS spectra associated with the pi-bond network.

The impact behavior of water droplet impinging on superhydrophobic CNT arrays in a low viscosity regime is investigated for the first time. Here, the experimental data are presented in the form of several important impact behavior characteristics including critical Weber number, volume ratio, restitution coefficient, and maximum spreading diameter. As observed experimentally, three different impact regimes are identified while another impact regime is proposed. These regimes are partitioned by three critical Weber numbers, two of which are experimentally observed. The volume ratio between the primary and the secondary droplets is found to decrease with the increase of Weber number in all impact regimes other than the first one. In the first impact regime, this is found to be independent of Weber number since the droplet remains intact during and subsequent to the impingement. Experimental data show that the coefficient of restitution decreases with the increase of Weber number in all impact regimes. The rate of decrease of the coefficient of restitution in the high Weber number regime is found to be higher than that in the low and moderate Weber number. Experimental data also show that the maximum spreading factor increases with the increase of Weber number in all impact regimes. The rate of increase of the maximum spreading factor in the high Weber number regime is found to be higher than that in the low and moderate Weber number. Phenomenological approximations and interpretations of the experimental data, as well as brief comparisons to the previously proposed scaling laws, are shown here.

Dry oxidation methods are used for the first time to characterize the influence of oxidation on the capacitive behavior of CNT array EDLCs. The capacitive behavior of CNT array EDLCs can be tailored by varying their oxygen content, represented by their O/C ratio. The specific capacitance of these CNT arrays increases with the increase of their oxygen content in both KOH and Et4NBF4/PC electrolytes. As a result, their gravimetric energy density increases with the increase of their oxygen content. However, their gravimetric power density decreases with the increase of their oxygen content. The optimally oxidized CNT arrays are able to withstand more than 35,000 charge/discharge cycles in Et4NBF4/PC at a current density of 5 A/g while only losing 10% of their original capacitance.

Utilização da eletrofloculação para tratamento de água de produção

A demanda para tratamento de efluentes industriais tem sido maior a cada dia e a indústria tem buscado melhoria constante nos processos para tratamento. Nesse contexto, a eletrofloculação surge como uma técnica promissora, devido à sua eficiência, econômica e ambiental, com possibilidade de reuso da água. O presente trabalho tem como objetivo estudar o tratamento de água de produção de plataforma de petróleo, pelo processo de eletrofloculação, em reator batelada, com eletrodo de alumínio. Foi avaliada a influência de parâmetros como: condutividade, pH, intensidade de corrente aplicada e tempo de operação. O estudo teve foco na remoção de poluentes como óleos e graxas, cor, turbidez e boro. Os resultados alcançados indicam que o processo de eletrofloculação, nas condições operacionais estudadas, é uma alternativa tecnicamente viável para a remoção de óleos e graxas, cor e turbidez, obtendo remoção média de 84%, 83% e 83%, respectivamente. Entretanto, não foi observada eficiência na remoção de boro

Avaliação da corrosão microbiológica do aço carbono 1020 em água do mar sintética na presença de bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) possuem um papel importante na corrosão de ligas metálicas expostas em hábitats marinhos, óleos e solos úmidos. A redução do sulfato por estas bactérias resulta na produção de H2S, podendo influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais. Neste trabalho, o comportamento da corrosão microbiológica no aço carbono AISI 1020 foi avaliada em meio Postgate C, na presença e na ausência de BRS, as quais foram isoladas da camada de ferrugem presente numa tubulação submersa da Baía de Guanabara RJ. A taxa de corrosão e o comportamento eletroquímico do aço nas duas condições foram investigados através dos métodos de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A formação do biofilme e dos produtos de corrosão na superfície do aço foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Em complementação, foi realizada a quantificação das BRS (planctônicas e sésseis) pelo método do número mais provável (NMP). A presença de BRS no meio ocasionou o deslocamento do potencial de corrosão para valores mais negativos em todos os tempos de ensaio estudados, indicando um aumento no processo corrosivo. Nos ensaios de perda de massa, a taxa de corrosão do aço carbono foi maior na ausência de BRS, provavelmente devido à formação de um biofilme na superfície do metal nos ensaios com inóculo, e a uma menor tendência de haver corrosão generalizada neste tipo de meio. As micrografias de MEV revelaram a presença de agregado celular na superfície do aço carbono durante o experimento, e a presença de pites profundos após remoção do biofilme, mostrando prevalência deste tipo de corrosão. Com 35 dias de ensaio, a densidade de corrente de corrosão aumentou na presença de BRS

A study of nonlinear phenomena in the propagation of electromagnetic waves in a weakly ionized gas

This thesis is a study of nonlinear phenomena in the propagation of electromagnetic waves in a weakly ionized gas externally biased with a magnetostatic field. The present study is restricted to the nonlinear phenomena rising from the interaction of electromagnetic waves in the ionized gas. The important effects of nonlinearity are wave-form distortion leads to cross modulation of one wave by a second amplitude-modulated wave.

The nonlinear effects are assumed to be small so that a perturbation method can be used. Boltzmann’s kinetic equation with an appropriate expression for the collision term is solved by expanding the electron distribution function into spherical harmonics in velocity space. In turn, the electron convection current density and the conductivity tensors of the nonlinear ionized gas are found from the distribution function. Finally, the expression for the current density and Maxwell’s equations are employed to investigate the effects of nonlinearity on the propagation of electromagnetic waves in the ionized gas, and also on the reflection of waves from an ionized gas of semi-infinite extent.

Experimental and theoretical studies of the electrothermal instability in a nonequilibrium plasma

Experimental and theoretical studies have been made of the electrothermal waves occurring in a nonequilibrium MHD plasma. These waves are caused by an instability that occurs when a plasma having a dependence of conductivity on current density is subjected to crossed electric and magnetic fields. Theoretically, these waves were studied by developing and solving the equations of a steady, one-dimensional nonuniformity in electron density. From these nonlinear equations, predictions of the maximum amplitude and of the half width of steady waves could be obtained. Experimentally, the waves were studied in a nonequilibrium discharge produced in a potassium-seeded argon plasma at 2000°K and 1 atm. pressure. The behavior of such a discharge with four different configurations of electrodes was determined from photographs, photomultiplier measurements, and voltage probes. These four configurations were chosen to produce steady waves, to check the stability of steady waves, and to observe the manifestation of the waves in a MHD generator or accelerator configuration.

Steady, one-dimensional waves were found to exist in a number of situations, and where they existed, their characteristics agreed with the predictions of the steady theory. Some extensions of this theory were necessary, however, to describe the transient phenomena occurring in the inlet region of a discharge transverse to the gas flow. It was also found that in a discharge away from the stabilizing effect of the electrodes, steady waves became unstable for large Hall parameters. Methods of prediction of the effective electrical conductivity and Hall parameter of a plasma with nonuniformities caused by the electrothermal waves were also studied. Using these methods and the values of amplitude predicted by the steady theory, it was found that the measured decrease in transverse conductivity of a MHD device, 50 per cent at a Hall parameter of 5, could be accounted for in terms of the electrothermal instability.

Avaliação da microestrutura, microdureza e resistência à corrosão de juntas soldadas de uma liga de Ni-Cr obtidas através de diferentes processos de soldagem

Este trabalho avaliou o comportamento eletroquímico do metal de base (MB) de uma liga a base de níquel-cromo em relação a juntas soldadas desta liga obtidas pelos processos de brasagem (BRA) e Tungsten Inert Gas (TIG), imersos em saliva artificial com pH 2,5 e 5,5. Foram também realizados ensaios de microdureza e caracterização microestrutural, por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura e análise química semi-quantitativa por EDS, nos grupos MB, TIG, BRA e no cordão de solda a laser (LAS). O MB apresentou uma matriz rica em níquel e cromo, distribuída em um arranjo dendrítico típico, apresentando inclusões metálicas de silício e titânio, além de porosidades. As soldas TIG e LAS revelaram uma microestrutura mais refinada que o MB, mostrando, entretanto, uma mesma composição química e distribuição de seus elementos. A solda BRA apresentou diferenças marcantes em sua microestrutura, composição química e distribuição de seus elementos em relação ao MB. Os dados de microdureza Vickers (HV), potencial de corrosão (Ecorr) e densidade de corrente de corrosão (jcorr) foram analisados com ANOVA e teste de Tukey (p<0,05). Para determinação da influência do pH quanto a resistência à corrosão dos grupos MB, TIG e BRA, empregou-se o teste t de Student (p<0,05). O MB apresentou menor média de microdureza (256,13 9,39 HV), seguido pelos grupos TIG (271,53 8,07 HV), LAS (303,73 13,93 HV) e BRA (551,99 37,73 HV). Em pH 2,5 as médias do Ecorr (mV) para o MB, TIG e BRA foram, respectivamente, -67,9 8,43, -52,78 16,74, e -284,33 19,04; e em pH 5,5, médias de -54,03 21,15, -62,08 20,16 e -278,8 28,96. Os valores médios de jcorr (A.cm-2) para o MB, TIG e BRA em pH 2,5 foram, respectivamente, 2,49 0,95, 5,584 1,64 e 27,45 4,9; e em pH 5,5, médias de 1,929 0,83, 4,267 1,51 e 54,2 11,96. Os grupos MB e TIG apresentaram boa resistência à corrosão, com maior módulo de impedância em relação ao grupo BRA. As diferenças no pH da saliva artificial não alteraram o comportamento corrosivo dos grupos MB e TIG. Entretanto, observou-se uma redução marcante na jcorr e no módulo de impedância nas soldas obtidas pelo processo de brasagem. O grupo BRA apresentou corrosão galvânica ao ser analisado formando par com o MB, mostrando uma jcorr de 5,3 A.cm-2. Entretanto, o mesmo não foi observado quando o MB foi associado à solda TIG, onde a jcorr foi cerca de 150 vezes menor. O grupo BRA, além de apresentar um comportamento eletroquímico muito diferente do MB, revelou diferenças marcantes quanto a composição química, aspecto microestrutural e microdureza. As juntas TIG e LAS mostraram semelhanças químicas e microestruturais em relação ao MB, sendo que na solda TIG esta semelhança foi ainda mais evidente. Além disto, a solda TIG apresentou um comportamento eletroquímico muito semelhante ao MB e, portanto, parecendo ser mais recomendável para soldar ligas odontológicas de níquel-cromo em relação aos demais processos de soldagem aqui avaliados.

Eletrodeposição de ligas Zn-Co por corrente contínua e pulsada simples, a partir de banhos ambientalmente não agressivos

Revestimentos produzidos a partir de ligas de Zn-Co são comumente utilizados em indústrias (aeronáutica, de isoladores elétricos e automobilística, por exemplo) devido à sua ótima resistência à corrosão, principalmente quando comparados aos tradicionais revestimentos de Zn puro. Na co-deposição de zinco com metais, como o ferro, cobalto e níquel, ocorre o que se chama de deposição anômala, onde o metal menos nobre (zinco) é preferencialmente depositado, independente do modo de corrente aplicada (contínua ou pulsada). Recentemente, diversos trabalhos relacionam a produção de eletrodepósitos de liga Zn-Co a partir de banhos ambientalmente não agressivos, a fim de substituir os banhos alcalinos extremamente tóxicos, a base de cianeto. Na presente dissertação foram produzidos revestimentos de ligas de Zn-Co sobre substrato de aço carbono, empregando corrente contínua ou corrente pulsada simples, a partir de banhos contendo diferentes concentrações de Co2+ (0,05 mol/L e 0,10mol/L), 0,05 mol/l de Zn2+ e citrato de sódio (0,10 mol/L) como agente complexante, sob condições agitadas. Quatro diferentes valores de densidade de corrente (10 A/m2, 20 A/m2, 40 A/m2 e 80 A/m2) e de frequência de pulso (100 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz) foram aplicados para a produção da liga a partir dos dois banhos, tendo como objetivo avaliar a influência dos parâmetros de deposição(concentração de Co (II), densidade de corrente aplicada e, no caso de deposição por corrente pulsada simples, também da frequência de pulso), nas variáveis eficiência de corrente catódica, composição da liga, densidade de corrente de corrosão, microestrutura e morfologia dos depósitos de liga Zn-Co. As cores das camadas obtidas variaram do cinza claro ao escuro, quase sempre sem brilho, independente do modo de corrente empregado. Foi verificado que o processo normal de eletrodeposição foi prevalente na produção de revestimentos por corrente contínua, enquanto que apenas deposição anômala foi observada quando do uso de corrente pulsada. A maior eficiência de corrente catódica (60%) foi obtida, para corrente contínua, nas condições de menor concentração de Co2+ (0,05 mol/L) e maior densidade de corrente (80 A/m2). Nestas mesmas condições foi determinada uma eficiência de corrente catódica de 98% para corrente pulsada simples na freqüência de 2000 Hz. Maiores teores do metal mais nobre (cobalto) foram alcançados em maiores densidades de corrente para todas as condições empregadas. Os revestimentos assim obtidos apresentavam os menores valores de tamanho de grão, para cada uma das soluções estudadas. Os demais parâmetros estudados também influenciaram na granulometria e na morfologia das ligas obtidas. Revestimentos com melhor resistência à corrosão, contendo teores de cobalto entre aproximadamente 8 e 10% m/m, foram produzidos a partir do banho com maior concentração de Co2+, sob corrente pulsada simples

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

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