Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Bottom-up regulation of phytoplankton in the Guadiana estuary

Tese dout., Ciências do Mar (Ecologia Marinha), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

What happens in the first 200 ms of word reading : ERP studies on visual word recognition with top-down and bottom-up approaches /

In this thesis, three main questions were addressed using event-related potentials (ERPs): (1) the timing of lexical semantic access, (2) the influence of "top-down" processes on visual word processing, and (3) the influence of "bottom-up" factors on visual word processing. The timing of lexical semantic access was investigated in two studies using different designs. In Study 1,14 participants completed two tasks: a standard lexical decision (LD) task which required a word/nonword decision to each target stimulus, and a semantically primed version (LS) of it using the same category of words (e.g., animal) within each block following which participants made a category judgment. In Study 2, another 12 participants performed a standard semantic priming task, where target stimulus words (e.g., nurse) could be either semantically related or unrelated to their primes (e.g., doctor, tree) but the order of presentation was randomized. We found evidence in both ERP studies that lexical semantic access might occur early within the first 200 ms (at about 170 ms for Study 1 and at about 160 ms for Study 2). Our results were consistent with more recent ERP and eye-tracking studies and are in contrast with the traditional research focus on the N400 component. "Top-down" processes, such as a person's expectation and strategic decisions, were possible in Study 1 because of the blocked design, but they were not for Study 2 with a randomized design. Comparing results from two studies, we found that visual word processing could be affected by a person's expectation and the effect occurred early at a sensory/perceptual stage: a semantic task effect in the PI component at about 100 ms in the ERP was found in Study 1 , but not in Study 2. Furthermore, we found that such "top-down" influence on visual word processing might be mediated through separate mechanisms depending on whether the stimulus was a word or a nonword. "Bottom-up" factors involve inherent characteristics of particular words, such as bigram frequency (the total frequency of two-letter combinations of a word), word frequency (the frequency of the written form of a word), and neighborhood density (the number of words that can be generated by changing one letter of an original word or nonword). A bigram frequency effect was found when comparing the results from Studies 1 and 2, but it was examined more closely in Study 3. Fourteen participants performed a similar standard lexical decision task but the words and nonwords were selected systematically to provide a greater range in the aforementioned factors. As a result, a total of 18 word conditions were created with 18 nonword conditions matched on neighborhood density and neighborhood frequency. Using multiple regression analyses, we foimd that the PI amplitude was significantly related to bigram frequency for both words and nonwords, consistent with results from Studies 1 and 2. In addition, word frequency and neighborhood frequency were also able to influence the PI amplitude separately for words and for nonwords and there appeared to be a spatial dissociation between the two effects: for words, the word frequency effect in PI was found at the left electrode site; for nonwords, the neighborhood frequency effect in PI was fovind at the right elecfrode site. The implications of otir findings are discussed.

Blocking Top-down awareness of Kanizsa Figures: An ERP Investigation into Bottom-up Processing of Illusory Contours

Neural models of the processing of illusory contour (ICs) diverge from one another in terms of their emphasis on bottom-up versus top-down constituents. The current study uses a dichoptic fusion paradigm to block top-down awareness of ICs in order to examine possible bottom-up effects. Group results indicate that the N170 ERP component is particularly sensitive to ICs at central occipital sites when top-down awareness of the stimulus is permitted. Furthermore, single-subject statistics reveal that the IC N170 ERP effect is highly variable across individuals in terms of timing and topographical spread. The results suggest that the ubiquitous N170 effect to ICs found in the literature depends, at least in part, on participants’ awareness of the stimulus. Therefore a strong bottom-up model of IC processing at the time of the N170 is unlikely.

Integrating top down policies and bottom up practices in Urban and Periurban Agriculture: an Italian dilemma

The paper deals with some relevant and contradictory aspects of urban and peri-urban agriculture in Italy: the traditional exclusion of agricultural areas from the goals of territorial planning; the separation between top-down policies and bottom-up practices; the lack of agricultural policies at local scale. In the first part the paper summarises the weak relation between urban planning and agriculture, showing how in Italy this gap has been only partially overcome by new laws and plans. Moreover the paper focuses on how, due to the lack of suitable solutions coming from regional and local planning, a large number of vibrant initiatives were started by local stakeholders. In order to show the limitations and the potentialities of these various approaches, three peculiar experiences based on Milan, Turin and Pisa are presented. They give a cross-section of the variegated Italian situation, demonstrating that a major challenge in Italian context affects the fields of governance and inclusiveness.

Family agriculture for bottom-up rural development: a case study of the indigenous Mayan population in the Mexican Peninsula

Since pre-colonial times the indigenous communities of Mayan origin in the state of Quintana Roo, Mexico, widely practice home gardens on a sustainable basis as the principal form of family agriculture. This study analyzes the structural complexity, functional diversity and management strategy of these indigenous home gardens in order to attempt to propose recommendations for improved family farming. The Mayan home gardens are structured into three or more vertical layers of multiple plant species of herbs, shrubs and trees, and horizontally into well-defined zones for production of both domestic and wild animals. The home gardens provide multiple services apart from food and nutrition security. For sustainable bottom-up rural development, we recommend the continuation of multifunctional home gardens.

Comparison of bottom-up protein identification methods

With the rapid development of proteomics, a number of different methods appeared for the basic task of protein identification. We made a simple comparison between a common liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) workflow using an ion trap mass spectrometer and a combined LC-MS and LC-MS/MS method using Fourier transform ion cyclotron resonance (FTICR) mass spectrometry and accurate peptide masses. To compare the two methods for protein identification, we grew and extracted proteins from E. coli using established protocols. Cystines were reduced and alkylated, and proteins digested by trypsin. The resulting peptide mixtures were separated by reversed-phase liquid chromatography using a 4 h gradient from 0 to 50% acetonitrile over a C18 reversed-phase column. The LC separation was coupled on-line to either a Bruker Esquire HCT ion trap or a Bruker 7 tesla APEX-Qe Qh-FTICR hybrid mass spectrometer. Data-dependent Qh-FTICR-MS/MS spectra were acquired using the quadrupole mass filter and collisionally induced dissociation into the external hexapole trap. Proteins were in both schemes identified by Mascot MS/MS ion searches and the peptides identified from these proteins in the FTICR MS/MS data were used for automatic internal calibration of the FTICR-MS data, together with ambient polydimethylcyclosiloxane ions.

The roles of feature-specific task set and bottom-up salience in attentional capture: An ERP study

We investigated the roles of top-down task set and bottom-up stimulus salience for feature-specific attentional capture. Spatially nonpredictive cues preceded search arrays that included a color-defined target. For target-color singleton cues, behavioral spatial cueing effects were accompanied by cueinduced N2pc components, indicative of attentional capture. These effects were only minimally attenuated for nonsingleton target-color cues, underlining the dominance of top-down task set over salience in attentional capture. Nontarget-color singleton cues triggered no N2pc, but instead an anterior N2 component indicative of top-down inhibition. In Experiment 2, inverted behavioral cueing effects of these cues were accompanied by a delayed N2pc to targets at cued locations, suggesting that perceptually salient but task-irrelevant visual events trigger location-specific inhibition mechanisms that can delay subsequent target selection.

Bottom-up, not top-down, modulation of imitation by human and robotic models

Visual observation of human actions provokes more motor activation than observation of robotic actions. We investigated the extent to which this visuomotor priming effect is mediated by bottom-up or top-down processing. The bottom-up hypothesis suggests that robotic movements are less effective in activating the ‘mirror system’ via pathways from visual areas via the superior temporal sulcus to parietal and premotor cortices. The top-down hypothesis postulates that beliefs about the animacy of a movement stimulus modulate mirror system activity via descending pathways from areas such as the temporal pole and prefrontal cortex. In an automatic imitation task, subjects performed a prespecified movement (e.g. hand opening) on presentation of a human or robotic hand making a compatible (opening) or incompatible (closing) movement. The speed of responding on compatible trials, compared with incompatible trials, indexed visuomotor priming. In the first experiment, robotic stimuli were constructed by adding a metal and wire ‘wrist’ to a human hand. Questionnaire data indicated that subjects believed these movements to be less animate than those of the human stimuli but the visuomotor priming effects of the human and robotic stimuli did not differ. In the second experiment, when the robotic stimuli were more angular and symmetrical than the human stimuli, human movements elicited more visuomotor priming than the robotic movements. However, the subjects’ beliefs about the animacy of the stimuli did not affect their performance. These results suggest that bottom-up processing is primarily responsible for the visuomotor priming advantage of human stimuli.

Bottom-up planning and the future of planning education in India

The article discusses normative guidelines for reorienting planning education in India within the context of the immensely influential Constitutional Amendment Act of 1993. First, it briefly sketches the status of planning education at present in India, in relation to the role of planners in planning practice. It then descibes the changes that have taken place in general, following the Constitutional Amendment Act, dwelling more on the specific changes within the State of Kerala. The implications of these for planning education in general are then discussed normatively, highlighting three areas that need immediate attention from the planning academic community.

Uma abordagem Bottom-UP para a integração semântica de esquemas XML

XML (eXtensibile Markup Language) é um padrão atual para representação e intercâmbio dos semi-estruturados na Web. Dados semi-estruturados são dados não convencionais cujas instâncias de uma mesma fonte de dados podem ter representações altamente heterogêneas. Em função isto, um esquema para estes dados tende a ser extenso para suportar todas as alternativas de representação que um dado pode assumir. Parte do grande volume de dados disponível hoje na Web é composto por fontes de dados heterogêneas XML sobre diversos domínios do conhecimento. Para realizar o acesso a estas fontes, aplicações na Web necessitam de um mecanismo de integração de dados. O objetivo principal deste mecanismo é disponibilizar um esquema de dados global representativo dos diversos esquemas XML das fontes de dados. Com base neste esquema global, consultas são formuladas, traduzidas para consultas sobre os esquemas XML, executadas nas fontes de dados e os resultados retornados à aplicação. Esta tese apresenta uma abordagem para a integração semântica de esquemas XML relativos a um domínio de aplicação chamada BInXS. BInXS adota um processo bottom-up de integração, no qual o esquema global é definido para um conjunto de esquemas XML representadas atrtavés de DTDs (Document Type Definitions). A vantagem do processo bottom-up é que todas as informações dos esquemas XML são consideradas no esquema global. Desta forma, toda a informação presente nas fontes de dados pode ser consultada. O processo de integração de BInXS é baseado em um conjunto de regras e algoritmos que realizam a cnversão de cada DTD para um esquema canônico conceitual e a posterior integração semântica propriamente dita destes esquemas canônicos. O processo é semi-automático pois considera uma eventual intervenção de um usuário especialista no domínio para validar ou confirmar alternativas de resultado produzidas automaticamente. Comparada com trabalhos relacionados, BInXS apresenta as seguintes contribuições: (i) uma representação canônica conceitual para esquemas XML que é o resultado de uma anállise detalhada do modelo XML; (ii) um étodo de unificação que lida com as particularidades da integração de dados semi-estruturados e; (iii) uma estratégia de mapeamento baseada em expressões de consulta XPath que possibilita uma tradução simples de consultas globais para consultas a serem executadas nas fontes de dados XML.