Experimental evidence of the cavity theory of sorption-desorption hysteresis by a study of the effect of electric discharge on entrapped water in silica gel

With the use of the quartz fiber spring balance, sorptions and desorptions of water on silica gel at 30°C were studied and the permanent and reproducible hysteresis loop was obtained. At different points on the desorption curve forming the loop, the gel was subjected to high tension glow electric discharge. As a result of the electric discharge, the gel at any point on the desorption curve shifts to a corresponding point on the sorption curve. This is due to the release from the cavities of gel of the entrapped water held in a metastable state. The electric discharge has no effect on the gel at different points on portions of the desorption curve which coincide with the sorption curve and also on the sorption curve itself, indicating the absence of entrapped water in the gel in these regions. The results afford direct experimental evidence of the reality of the cavity theory of sorption-desorption hysteresis.

Novel organic porous solids with channel and layered structures from 1,3,5-triazine-2,4,6-triaminehexaacetic acid and its calcium salt

Single crystals of a symmetrically substituted molecule, 1,3,5-triazine-2,4,6-triaminehexaacetic acid, (TTHA) and its Ca2+ salt have been synthesized, the analysis of which reveals the existence of novel channel type cavities and helical packing organizations in the crystals.

Turvemaan männyn (Pinus sylvestris L.) ja kuusen (Picea abies [L.] Karst.) kanto- ja juuripuun ominaisuudet ja asetoniliukoisten uuteaineiden määrä

Tutkimus on osa Metsäklusteri Oy:n Future Biorefinery –tutkimusohjelmaa, jossa kartoitetaan mahdollisuuksia hyödyntää metsäteollisuuden raaka-aineita aiempaa tarkemmin ja uusissa tuotteissa. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää männyn (Pinus sylvestris L.) ja kuusen (Picea abies [L.] Karst.) juurten ja kantopuun rakenne ja ominaisuudet. Tutkimuksessa selvitetään löytyykö männyn ja kuusen juurista reaktiopuuta ja määritetään asetoniliukoisten uuteaineiden osuus kantoja juuripuussa. Tutkimusaineistona oli viisi eri-ikäistä mäntyä ja viisi eri-ikäistä kuusta. Juuri- ja kantoaineisto kerättiin Metsäntutkimuslaitoksen toimesta Parkanon seudulta (62.017°N, 23.017°E) hakkuun jälkeen. Maanalaisista juurista otettiin näytteet kolmelta eri etäisyydeltä juurenniskaan nähden. Kummankaan lajin juurista ei löytynyt varsinaista reaktiopuuta, mutta joissakin näytteissä havaittiin lievää reaktiopuuta. Lievää reaktiopuuta löytyi enemmän männyn kuin kuusen juurista, eikä sitä löytynyt lainkaan kaikkein ohuimmista, noin 2 cm paksuisista juurenosista. Männyn kannoissa uuteaineprosentti oli korkeampi kuin kuusen. Männyn juurissa uuteaineprosentti kasvoi edettäessä kohti juuren kärkeä. Kuusella uuteaineprosentti laski aluksi, mutta lähellä juuren kärkeä taas kasvoi. Kuoren uuteainepitoisuus oli molemmilla puulajeilla korkeampi kuin puuaineen. Tutkimusaineisto oli suppea, eikä tutkimuksessa pyritty tilastolliseen yleistettävyyteen. Laajemmasta aineistosta tehdylle tutkimukselle on tarvetta, sillä turvekankailta saatavan puun tarjonta on Suomessa kasvussa, mutta juurten uuteaine- ja reaktiopuututkimuksia on tehty vain kivennäismailta kerätyistä aineistoista.

A kinetic Ising model study of dynamical correlations in confined fluids: Emergence of both fast and slow time scales

Experiments and computer simulation studies have revealed existence of rich dynamics in the orientational relaxation of molecules in confined systems such as water in reverse micelles, cyclodextrin cavities, and nanotubes. Here we introduce a novel finite length one dimensional Ising model to investigate the propagation and the annihilation of dynamical correlations in finite systems and to understand the intriguing shortening of the orientational relaxation time that has been reported for small sized reverse micelles. In our finite sized model, the two spins at the two end cells are oriented in the opposite directions to mimic the effects of surface that in real system fixes water orientation in the opposite directions. This produces opposite polarizations to propagate inside from the surface and to produce bulklike condition at the center. This model can be solved analytically for short chains. For long chains, we solve the model numerically with Glauber spin flip dynamics (and also with Metropolis single-spin flip Monte Carlo algorithm). We show that model nicely reproduces many of the features observed in experiments. Due to the destructive interference among correlations that propagate from the surface to the core, one of the rotational relaxation time components decays faster than the bulk. In general, the relaxation of spins is nonexponential due to the interplay between various interactions. In the limit of strong coupling between the spins or in the limit of low temperature, the nature of relaxation of the spins undergoes a qualitative change with the emergence of a homogeneous dynamics where decay is predominantly exponential, again in agreement with experiments. (C) 2010 American Institute of Physics. doi: 10.1063/1.3474948]

High-Temperature (1023 K to 1273 K 750 degrees C to 1000 degrees C]) Plastic Deformation Behavior of B-Modified Ti-6Al-4V Alloys: Temperature and Strain Rate Effects

A minor addition of B to the Ti-6Al-4V alloy, by similar to 0.1 wt pct, reduces its as-cast prior beta grain size by an order of magnitude, whereas higher B content leads to the presence of in situ formed TiB needles in significant amounts. An experimental investigation into the role played by these microstructural modifications on the high-temperature deformation behavior of Ti-6Al-4V-xB alloys, with x varying between 0 wt pct and 0.55 wt pct, was conducted. Uniaxial compression tests were performed in the temperature range of 1023 K to 1273 K (750 degrees C to 1000 degrees C) and in the strain rate range of 10(-3) to 10(+1) s(-1). True stress-true strain responses of all alloys exhibit flow softening at lower strain rates and oscillations at higher strain rates. The flow softening is aided by the occurrence of dynamic recrystallization through lath globularization in high temperature (1173 K to 1273 K 900 degrees C to 1000 degrees C]) and a lower strain rate (10(-2) to 10(-3) s(-1)) regime. The grain size refinement with the B addition to Ti64, despite being marked, had no significant effect on this. Oscillations in the flow curve at a higher strain rate (10(0) to 10(+1) s(-1)), however, are associated with microstructural instabilities such as bending of laths, breaking of lath boundaries, generation of cavities, and breakage of TiB needles. The presence of TiB needles affected the instability regime. Microstructural evidence suggests that the matrix cavitation is aided by the easy fracture of TiB needles.

Modelling vacuum arcs : from plasma initiation to surface interactions

A better understanding of vacuum arcs is desirable in many of today's 'big science' projects including linear colliders, fusion devices, and satellite systems. For the Compact Linear Collider (CLIC) design, radio-frequency (RF) breakdowns occurring in accelerating cavities influence efficiency optimisation and cost reduction issues. Studying vacuum arcs both theoretically as well as experimentally under well-defined and reproducible direct-current (DC) conditions is the first step towards exploring RF breakdowns. In this thesis, we have studied Cu DC vacuum arcs with a combination of experiments, a particle-in-cell (PIC) model of the arc plasma, and molecular dynamics (MD) simulations of the subsequent surface damaging mechanism. We have also developed the 2D Arc-PIC code and the physics model incorporated in it, especially for the purpose of modelling the plasma initiation in vacuum arcs. Assuming the presence of a field emitter at the cathode initially, we have identified the conditions for plasma formation and have studied the transitions from field emission stage to a fully developed arc. The 'footing' of the plasma is the cathode spot that supplies the arc continuously with particles; the high-density core of the plasma is located above this cathode spot. Our results have shown that once an arc plasma is initiated, and as long as energy is available, the arc is self-maintaining due to the plasma sheath that ensures enhanced field emission and sputtering. The plasma model can already give an estimate on how the time-to-breakdown changes with the neutral evaporation rate, which is yet to be determined by atomistic simulations. Due to the non-linearity of the problem, we have also performed a code-to-code comparison. The reproducibility of plasma behaviour and time-to-breakdown with independent codes increased confidence in the results presented here. Our MD simulations identified high-flux, high-energy ion bombardment as a possible mechanism forming the early-stage surface damage in vacuum arcs. In this mechanism, sputtering occurs mostly in clusters, as a consequence of overlapping heat spikes. Different-sized experimental and simulated craters were found to be self-similar with a crater depth-to-width ratio of about 0.23 (sim) - 0.26 (exp). Experiments, which we carried out to investigate the energy dependence of DC breakdown properties, point at an intrinsic connection between DC and RF scaling laws and suggest the possibility of accumulative effects influencing the field enhancement factor.

Jakojuuriviljelyn vaikutus kasvihuonekurkun (Cucumis sativus L.) kasvuun ja kehitykseen

Kasvit ottavat vettä parhaiten kasteluravinneliuoksesta, jonka ravinnepitoisuus on pieni. Intensiivisessä kasvihuonetuotannossa käytetään silti kastelulannoituksessa usein korkeita ravinnepitoisuuksia ravinnepuutosten ja satotappioiden välttämiseksi. Jakojuuriviljelyssä kasvin juuriston annetaan kasvaa kahteen erilliseen kasvualustaosioon. Tällöin toiselle puolelle annetaan johtokyvyltään väkevää ja toiselle puolelle laimeaa ravinneliuosta. Erityisesti kasvihuonekurkun, joka on herkkä kasvualustan suolaisuuden aiheuttamille vedensaantiongelmille, on todettu hyötyvän tästä tekniikasta, mikä näkyy kasvaneina satoina. Tämän MTT Piikkiössä toteutetun kasvihuonekurkun jakojuuriviljelytutkimuksen tavoitteena oli tarkentaa tekniikkaa erityisesti kasteluliuosten johtokyvyn osalta. Yhtenäisjuuriviljelyn ja perinteisen jakojuuriviljelyn lisäksi kokeessa oli kaksi jakojuuriviljelykäsittelyä, joissa ravinneliuosväkevyyksiä vaihdettiin väliajoin juuriston toimintakyvyn parantamiseksi. Erillisessä osakokeessa tutkittiin erilaisten johtokyky-yhdistelmien vaikutusta kasvihuonekurkun vegetatiiviseen kasvuun maanpäällisten ja -alaisten kasvinosien välillä sekä juurten morfologiaan ja anatomiaan. Tulokset osoittivat, että jakojuuriviljely lisäsi kasvihuonekurkun sadontuottoa jopa 16 %, mutta ei vaikuttanut koko viljelykauden veden tai ravinteiden ottoon. Yhtenäisjuuriviljelyssä muodostui eniten piikkikärkisiä hedelmiä, mikä viittaa vedensaantiongelmiin haihdutustarpeen ollessa suurin. Viljelytekniikalla ei ollut vaikutusta kasvien vegetatiiviseen kasvuun tai kasvuston rakenteeseen. Lehtiruodeista tehdyt nitraatti- ja kaliummittaukset osoittivat, ettei kasteluliuosten ravinnepitoisuuksilla ollut vaikutusta juurten ravinteiden ottoon. Erilaisilla johtokyky-yhdistelmillä oli huomattavampi vaikutus kasvihuonekurkun juurten painoon kuin verson painoon tai varren pituuskasvuun. Lehtiruotianalyysit viittasivat ravinteiden erilaiseen allokointiin eri johtokyky-yhdistelmissä. Korkeiden johtokykyjen aiheuttama osmoottinen stressi johti muutoksiin juurten morfologiassa ja anatomiassa. Tulosten perusteella jakojuuriviljely paransi kehittyvien hedelmien kohdevahvuutta suhteessa muihin kohteisiin vaikuttamatta vegetatiiviseen kasvuun. Kun laimean ja väkevän ravinneliuoksen puolia vaihdettiin, juuristo otti joustavasti vettä ja ravinteita olosuhteiden määräämästä edullisemmasta johtokyvystä, jolloin kasvihuonekurkun viljelyssä saavutettiin merkittävä satoetu. Juuriston jakaminen vaikuttanee kasvien hormoniaineenvaihduntaan ja voi heikentää juuriston kasvua heikentämättä sen toimintakykyä, jolloin yhteyttämistuotteita kohdennetaan tehokkaammin maanpäällisten osien kasvuun.

Onttojen puiden lahopuukovakuoriaiset — kolmen pyydystyypin vertailu

Vanhat ja ontot puut ovat tärkeä elinympäristö monelle lahopuusta riippuvaiselle eliölajille. Onttoihin puihin on erikoistunut suuri määrä myös vaarantuneita ja harvinaisia hyönteislajeja, jotka elävät puun onkalon seinämillä tai onkalon pohjalle kerääntyvässä orgaanisessa aineksessa, ns. mulmissa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, mikä kolmesta pyydystyypistä (ikkuna-, vuoka- ja kuoppapyydys) soveltuu parhaiten onttojen puiden lahopuukovakuoriaisten pyyntiin. Lisäksi tavoitteena oli kartoittaa hyönteisnäytteiden ensimmäiseen laboratoriokäsittelyyn vaadittua aikaa. Tutkimuksessa oli mukana vanhoja rungostaan onttoutuneita lehmuksia, tammia ja vaahteroita pääkaupunkiseudun puisto- ja kartanoalueilta. Puiden onkaloiden sisään aseteltiin ikkuna-, vuoka- ja kuoppapyydyksiä, kaksi kutakin tyyppiä ja ne tyhjennettiin kolmen viikon välein touko-heinäkuussa 2006. Pyydyksiä oli siis yhteensä 90 per pyyntijakso. Kun näytteistä eroteltiin halutut hyönteislahkot (mukaanlukien kovakuoriaiset) niiden käsittelyyn käytetty aika kirjattiin ylös. Aineistosta tunnistettiin yhteensä 3825 kovakuoriaisyksilöä ja 212 lajia, joista lahopuusta riippuvaisia oli yhteensä 3398 yksilöä ja 121 lajia. Ikkunapyydyksissä esiintyi yhteensä 1639 yksilöä ja 140 lajia, vuokapyydyksissä 1506 yksilöä ja 134 lajia, kuoppapyydyksissä 680 yksilöä ja 111 lajia. Näytteiden käsittelyaikojen keskiarvot olivat 48,3 minuuttia ikkunapyydykselle, 65,5 minuuttia vuokapyydykselle ja 34,1 kuoppapyydykselle. Lajistokoostumuksen huomioiva ?-diversiteetti erosi huomattavasti pyydysten välillä, se oli 36,5 % ikkuna- ja vuokapyydysten välillä, 13,1 % ikkuna- ja kuoppapyydysten välillä ja 14,2 % vuoka- ja kuoppapyydysten välillä. Ikkuna- ja vuokapyydysten välillä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa saproksyylilajien (p<0,05), -yksilöiden (p<0,05) tai käsittelyaikojen (p<0,05) keskiarvoissa. Ikkuna- ja vuokapyydyksillä saatiin keskimäärin selvästi enemmän saproksyylilajeja ja –yksilöitä kuoppapyydykseen verrattuna. Kuoppapyydyksellä saatiin kokonaisyksilömäärään verrattuna suhteellisesti vähemmän saproksyylejä (59 %) kuin ikkuna- (69 %) ja vuokapyydyksillä (71 %). Ikkunapyydykset olivat tehokkain pyydystyyppi vertailtaessa pyydysten keräämää saproksyyliyksilömäärää suhteessa aineiston käsittelyn vaatimaan aikaan. Tehokkuus (yksilöä minuutissa) ikkunapyydykselle oli 0,74, vuokapyydykselle 0,43 ja kuoppapyydykselle 0,21. Ikkunapyydyksiä ei ole aikaisemmin käytetty puun onkalon sisällä hyönteisiä pyydettäessä vaan ne ovat aikaisemmissa tutkimuksissa roikkuneet onkalon ulkopuolella. Ikkunapyydykset kuitenkin toimivat erinomaisesti myös onkaloiden sisällä. Ikkuna- sekä vuokapyydys toimivatkin selkeästi paremmin lahopuukovakuoriaisten pyynnissä verrattuna kuoppapyydykseen, jonka poisjättäminen olisi kuitenkin tuottanut huomattavasti lajiköyhemmän aineiston. Mahdollisimman monimuotoisen onttojen puiden lahopuukovakuoriaislajiston keräämiseksi tulisi käyttää ikkuna- tai vuokapyydyksiä yhdessä kuoppapyydysten kanssa.

Free convection about cylinders of elliptic cross section embedded in a porous medium

Numerical solutions are presented for the free convection boundary layers over cylinders of elliptic cross section embedded in a fluid-saturated porous medium. The transformed conservation equations of the nonsimilar boundary layers are solved numerically by an efficient finite-difference method. The theory was applied to a number of cylinders and the results compared very well with published analytical solutions. The results are of use in the design of underground electrical cables, power plant steam, and water distribution lines, among others.

Study of the reaction between 1,2,3-trihydroxybenzene and 8-hydroxyquinoline in the solid state

1.2,3-Trihydroxybenzene (THB) reacts with 8-hydroxyquinoline (8HQ) in the solid state forming an orange-coloured charge transfer complex THB* (8HQ)(2). When the reaction was carried out in a petri dish, or when the vapours of 8HQ were allowed to react with solid THB (gravimetric study), the reaction product separated out as good quality, shiny single crystals. X-Ray diffraction studies on single crystals showed that they belong to the orthorhombic system with a = 15.408(1), b = 16.276(1), c = 7.825(1) Angstrom, Z = 4, D-x = 1.413 g cm(-3) and space group Pnaa. From the crystallographic evidence it has been found that the proton of the middle OH group of THB is transferred to the N atom of 8HQ. This accounts for the observed colour change. Kinetic studies on the solid state reaction showed that the 8HQ molecules diffuse towards THB, and the lateral diffusion occurs through surface migration, grain boundary diffusion and vapour phase diffusion. Gravimetric studies of the reaction between solid THB and 8HQ vapour showed that the diffusion of 8HQ molecules into the crystal lattice of THB has a higher energy of activation than that observed when the reactants are in contact. The nature of the crystal packing in the reaction product indicates diffusion of 8HQ molecules into the crystal lattice of THB along the c-axis, to occupy the cavities present between the THB molecules in the unit cell.

Wet chemical syntheses of ultrafine multicomponent ceramic powders through gel to crystallite conversion

Coarse (BOn/2)-O-n+/xH(2)O (10cavities within the gel frame work. This is accompanied by the splitting of the bridging groups like B-(OH)-B or B-O-B, leading to the breakdown of the gel into crystallites. G-C conversion has advantages as a method of synthesis of ceramics in terms of operational cost and procedural simplicity.

A characteristic based numerical method with tracking for nonlinear wave equations

Many physical problems can be modeled by scalar, first-order, nonlinear, hyperbolic, partial differential equations (PDEs). The solutions to these PDEs often contain shock and rarefaction waves, where the solution becomes discontinuous or has a discontinuous derivative. One can encounter difficulties using traditional finite difference methods to solve these equations. In this paper, we introduce a numerical method for solving first-order scalar wave equations. The method involves solving ordinary differential equations (ODEs) to advance the solution along the characteristics and to propagate the characteristics in time. Shocks are created when characteristics cross, and the shocks are then propagated by applying analytical jump conditions. New characteristics are inserted in spreading rarefaction fans. New characteristics are also inserted when values on adjacent characteristics lie on opposite sides of an inflection point of a nonconvex flux function, Solutions along characteristics are propagated using a standard fourth-order Runge-Kutta ODE solver. Shocks waves are kept perfectly sharp. In addition, shock locations and velocities are determined without analyzing smeared profiles or taking numerical derivatives. In order to test the numerical method, we study analytically a particular class of nonlinear hyperbolic PDEs, deriving closed form solutions for certain special initial data. We also find bounded, smooth, self-similar solutions using group theoretic methods. The numerical method is validated against these analytical results. In addition, we compare the errors in our method with those using the Lax-Wendroff method for both convex and nonconvex flux functions. Finally, we apply the method to solve a PDE with a convex flux function describing the development of a thin liquid film on a horizontally rotating disk and a PDE with a nonconvex flux function, arising in a problem concerning flow in an underground reservoir.

Self-assembled microtubes and rhodamine 6G functionalized Raman-active gold microrods from 1-hydroxybenzotriazole

1-Hydroxybenzotriazole spontaneously self-assembles to form hollow, linear microtubes initiated by controlled evaporation from water. The tube cavities act as thermo-labile micromoulds for the synthesis of linear gold microrods. Rhodamine 6G-labelled gold microrods, exhibiting surface enhanced resonance Raman activity, have been synthesized using the HOBT microtubes.

Weak interactions involving organic fluorine: analysis of structural motifs in Flunazirine and Haloperidol

The crystal structure of Flunazirine, an anticonvulsant drug, is analyzed in terms of intermolecular interactions involving fluorine. The structure displays motifs formed by only weak interactions C–H⋯F and C–H⋯π. The motifs thus generated show cavities, which could serve as hosts for complexation. The structure of Flunazirine displays cavities formed by C–H⋯F and C–H⋯π interactions. Haloperidol, an antipsychotic drug, shows F⋯F interactions in the crystalline lattice in lieu of Cl⋯Cl interactions. However, strong O–H⋯N interactions dominate packing. The salient features of the two structures in terms of intermolecular interactions reveal, even though organic fluorine has lower tendency to engage in hydrogen bonding and F⋯F interactions, these interactions could play a significant role in the design of molecular assemblies via crystal engineering.

Analytical Evaluation of Squeeze Film Forces in a CMUT With Sealed Air-Filled Cavity

The presence of vacuum inside the cavity of a capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) causes the membrane of the device (which is the main vibrating structural component) to deflect towards the substrate, thereby causing a reduction in the effective gap height. This reduction causes a drastic decrease in the pull-in voltage of the device limiting the DC bias at which the device can be operated for maximum efficiency. In addition, this initial deflection of the membrane due to atmospheric pressure, causes significant stress stiffening of the the membrane, changing the natural frequency of the device significantly from the design value. To circumvent the deleterious effects of vacuum in the sealed cavity, we investigate the possibility of using sealed CMUT cavities with air inside at ambient pressure. In order to estimate the transducer loss due to the presence of air in the sealed cavity, we evaluate the resulting damping and determine the forces acting on the vibrating membrane resulting from the compression of the trapped air film. We take into account the flexure of the top vibrating membrane instead of assuming the motion to be parallel-plate like. Towards this end, we solve the linearized Reynolds equation using the appropriate boundary conditions and show that, for a sealed CMUT cavity, the presence of air does not cause any squeeze film damping.