alpha-Co(OH)(2)/carbon nanofoam composite as electrochemical capacitor electrode operating at 2 V in aqueous medium

In this work, alpha-Co(OH)(2) is electrodeposited onto carbon nanofoam forming a composite electrode operating in a potential window of 2 V in aqueous medium. Prior to electrodeposition, the carbon nanofoam substrate is subjected to a functionalization process, which leads to an increase of about 40% in its specific capacitance value. Formation of cobalt hydroxide clusters onto the functionalized carbon nanofoam by pulse electrodeposition further enhances the specific capacitance of the electrode. The combination of these factors with an enlarged working potential window, results in a material with specific capacitance close to 300 F g(-1) at current density of 1 A g(-1), considering the total mass loading of the composite. This suggests the potential application of the prepared composites in high energy density electrochemical supercapacitors. (c) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

A biocomposite of collagen nanofibers and nanohydroxyapatite for bone regeneration

This work aims to design a synthetic construct that mimics the natural bone extracellular matrix through innovative approaches based on simultaneous type I collagen electrospinning and nanophased hydroxyapatite (nanoHA) electrospraying using non-denaturating conditions and non-toxic reagents. The morphological results, assessed using scanning electron microscopy and atomic force microscopy (AFM), showed a mesh of collagen nanofibers embedded with crystals of HA with fiber diameters within the nanometer range (30 nm), thus significantly lower than those reported in the literature, over 200 nm. The mechanical properties, assessed by nanoindentation using AFM, exhibited elastic moduli between 0.3 and 2 GPa. Fourier transformed infrared spectrometry confirmed the collagenous integrity as well as the presence of nanoHA in the composite. The network architecture allows cell access to both collagen nanofibers and HA crystals as in the natural bone environment. The inclusion of nanoHA agglomerates by electrospraying in type I collagen nanofibers improved the adhesion and metabolic activity of MC3T3-E1 osteoblasts. This new nanostructured collagen–nanoHA composite holds great potential for healing bone defects or as a functional membrane for guided bone tissue regeneration and in treating bone diseases.

A case study undertaken recycling & reuse of glass fiber reinforced thermoset polumer wastes of composite materials industry

Glass fibre-reinforced plastics (GFRP) have been considered inherently difficult to recycle due to both: crosslinked nature of thermoset resins, which cannot be remoulded, and complex composition of the composite itself. Presently, most of the GFRP waste is landfilled leading to negative environmental impacts and supplementary added costs. With an increasing awareness of environmental matters and the subsequent desire to save resources, recycling would convert an expensive waste disposal into a profitable reusable material. In this study, efforts were made in order to recycle grinded GFRP waste, proceeding from pultrusion production scrap, into new and sustainable composite materials. For this purpose, GFRP waste recyclates, were incorporated into polyester based mortars as fine aggregate and filler replacements at different load contents and particle size distributions. Potential recycling solution was assessed by mechanical behaviour of resultant GFRP waste modified polymer mortars. Results revealed that GFRP waste filled polymer mortars present improved flexural and compressive behaviour over unmodified polyester based mortars, thus indicating the feasibility of the GFRP industrial waste reuse into concrete-polymer composite materials.

Otimização de placas compósitas laminadas utilizando redes neuronais e enxames de partículas

Trabalho Final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em engenharia Mecância

Matrix converter as unified power flow controller: design and implementation of decoupled direct power controllers

This paper presents the design and implementation of direct power controllers for three-phase matrix converters (MC) operating as Unified Power Flow Controllers (UPFC). Theoretical principles of the decoupled linear power controllers of the MC-UPFC to minimize the cross-coupling between active and reactive power control are established. From the matrix converter based UPFC model with a modified Venturini high frequency PWM modulator, decoupled controllers for the transmission line active (P) and reactive (Q) power direct control are synthesized. Simulation results, obtained from Matlab/Simulink, are presented in order to confirm the proposed approach. Results obtained show decoupled power control, zero error tracking, and fast responses with no overshoot and no steady-state error.

Layerwise mixed models for analysis of multilayered piezoelectric composite plates using least-squares formulation

This work provides an assessment of layerwise mixed models using least-squares formulation for the coupled electromechanical static analysis of multilayered plates. In agreement with three-dimensional (3D) exact solutions, due to compatibility and equilibrium conditions at the layers interfaces, certain mechanical and electrical variables must fulfill interlaminar C-0 continuity, namely: displacements, in-plane strains, transverse stresses, electric potential, in-plane electric field components and transverse electric displacement (if no potential is imposed between layers). Hence, two layerwise mixed least-squares models are here investigated, with two different sets of chosen independent variables: Model A, developed earlier, fulfills a priori the interiaminar C-0 continuity of all those aforementioned variables, taken as independent variables; Model B, here newly developed, rather reduces the number of independent variables, but also fulfills a priori the interlaminar C-0 continuity of displacements, transverse stresses, electric potential and transverse electric displacement, taken as independent variables. The predictive capabilities of both models are assessed by comparison with 3D exact solutions, considering multilayered piezoelectric composite plates of different aspect ratios, under an applied transverse load or surface potential. It is shown that both models are able to predict an accurate quasi-3D description of the static electromechanical analysis of multilayered plates for all aspect ratios.

Multiobjective design of viscoelastic laminated composite sandwich panels

The optimal design of laminated sandwich panels with viscoelastic core is addressed in this paper, with the objective of simultaneously minimizing weight and material cost and maximizing modal damping. The design variables are the number of layers in the laminated sandwich panel, the layer constituent materials and orientation angles and the viscoelastic layer thickness. The problem is solved using the Direct MultiSearch (DMS) solver for multiobjective optimization problems which does not use any derivatives of the objective functions. A finite element model for sandwich plates with transversely compressible viscoelastic core and anisotropic laminated face layers is used. Trade-off Pareto optimal fronts are obtained and the results are analyzed and discussed.

Multiobjective optimization for node adaptation in the analysis of composite plates using a meshless collocation method

The bending of simply supported composite plates is analyzed using a direct collocation meshless numerical method. In order to optimize node distribution the Direct MultiSearch (DMS) for multi-objective optimization method is applied. In addition, the method optimizes the shape parameter in radial basis functions. The optimization algorithm was able to find good solutions for a large variety of nodes distribution.

On derivatives and norms of generalized matrix functions and respective symmetric powers

In recent papers, the authors obtained formulas for directional derivatives of all orders, of the immanant and of the m-th xi-symmetric tensor power of an operator and a matrix, when xi is a character of the full symmetric group. The operator norm of these derivatives was also calculated. In this paper, similar results are established for generalized matrix functions and for every symmetric tensor power.

Sparse matrix multiplication on a reconfigurable many-core architecture

Sparse matrix-vector multiplication (SMVM) is a fundamental operation in many scientific and engineering applications. In many cases sparse matrices have thousands of rows and columns where most of the entries are zero, while non-zero data is spread over the matrix. This sparsity of data locality reduces the effectiveness of data cache in general-purpose processors quite reducing their performance efficiency when compared to what is achieved with dense matrix multiplication. In this paper, we propose a parallel processing solution for SMVM in a many-core architecture. The architecture is tested with known benchmarks using a ZYNQ-7020 FPGA. The architecture is scalable in the number of core elements and limited only by the available memory bandwidth. It achieves performance efficiencies up to almost 70% and better performances than previous FPGA designs.

Fabrication of electrochemically reduced graphene oxide/cobalt oxide composite for charge storage electrodes

Electrochemically-reduced graphene oxide (Er-GO) and cobalt oxides (CoOx) were co-electrodeposited by cyclic voltammetry, from an electrolyte containing graphene oxide and cobalt nitrate, directly onto a stainless steel substrate to produce composite electrodes presenting high charge storage capacity. The electrochemical response of the composite films was optimized by studying the parameters applied during the electrodeposition process, namely the number of cycles, scan rate and ratio between GO/Co(NO3)(2) concentrations in the electrolyte. It is shown that, if the appropriate conditions are selected, it is possible to produced binder-free composite electrodes with improved electrochemical properties using a low-cost, facile and scalable technique. The optimized Er-GO/CoOx developed in this work exhibits a specific capacitance of 608 F g(-1) at a current density of 1 A g(-1) and increased reversibility when compared to single CoOx. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Otimização da extração sólido-líquido de antioxidantes de subprodutos florestais pelo método de superfície de resposta

Portugal continental apresenta uma vasta área florestal, que representa cerca de 35,4% da ocupação total do solo, com predominância de espécies como o eucalipto (Eucalyptus globulus) e o pinheiro-bravo (Pinus pinaster). Estas espécies apresentam uma elevada importância a nível económico, designadamente devido à sua ampla utilização, nomeadamente na indústria de celulose e papel, gerando elevadas quantidades de resíduos. Este resíduo de biomassa florestal é utilizado, na sua totalidade, para a geração de energia, na forma de eletricidade ou aquecimento. No entanto, existem outras opções viáveis, a nível económico, tais como a valorização destes subprodutos como fonte de compostos polifenólicos tornando-os, assim, um produto de valor acrescentado. A extração de compostos fenólicos de subprodutos florestais, como folhas de eucalipto e agulhas de pinheiros tem vindo a aumentar devido, principalmente, à substituição de antioxidantes sintéticos, contribuindo para a valorização de subprodutos florestais. Contudo, apesar de todas as potenciais aplicações e vantagens, apenas algumas centenas de espécies aromáticas identificadas são utilizadas à escala comercial. Neste trabalho foi avaliada a capacidade antioxidante de subprodutos da floresta, otimizando as condições de extração através do estudo dos fatores: tempo de extração, temperatura e composição de solvente através do método de superfície de resposta. O planeamento experimental utilizado teve como base um planeamento de compósito central e a avaliação do perfil de antioxidantes das matrizes analisadas foi realizada através de métodos de quantificação total, como o teor fenólico total, a atividade anti-radicalar – método do DPPH (radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo) e o método de FRAP. Estes métodos analíticos convencionais foram modificados e, devidamente validados, para a análise em leitor de microplacas. Verificou-se que os extratos de pinheiro e de eucalipto, tanto as amostras verdes com as amostras, apresentam uma promissora capacidade antioxidante. O planeamento fatorial aplicado permitiu otimizar as condições de extração em relação às matrizes verdes. Contudo, o mesmo não se verificou em relação às matrizes secas. A composição (% de água) é sem dúvida o fator com mais efeito em todas as amostras (coeficientes de primeira e segunda ordem no modelo). Também a temperatura foi identificada como um fator com efeito significativo sobre os sistemas em análise.

Anti-phenolic glycolipid-I (PGL-I) determination using blood collection on filter paper in leprosy patients

The authors studied 70 leprosy patients and 20 normal individuals, comparing the traditional sera collection method and the finger prick blood with the conservation on filter paper for specific antibodies against the native phenolic glycolipid-I (PGL-I) from Mycobacterium leprae. The finger prick blood dried on filter paper was eluated in phosphate buffer saline (PBS) containing 0.5% gelatin. The classical method for native PGL-I was performed for these eluates, and compared with the antibody determination for sera. It was observed that there is a straight correlation comparing these two methods; although the titles found for the eluates were lower than those obtained for serology. This blood collection method could be useful for investigation of new leprosy cases in field, specially in contacts individuals.

How composite indicators of innovation can influence technology policy decision?

Based on the report for Project III of the PhD programme on Technology Assessment and prepared for the Winter School that took place at Universidade Nova de Lisboa, Caparica Campus on the 6th and 7th of December 2010.

Estudo da delaminação em compósitos

As excelentes propriedades mecânicas, associadas ao seu baixo peso, fazem com que os materiais compósitos sejam atualmente dos mais interessantes da nossa sociedade tecnológica. A crescente utilização destes materiais e a excelência dos resultados daí provenientes faz com que estes materiais sejam utilizados em estruturas complexas de responsabilidade, pelo que a sua maquinagem se torna necessária de forma a possibilitar a ligação entre peças. O processo de furação é o mais frequente. O processo de maquinagem de compósitos terá como base os métodos convencionais utilizados nos materiais metálicos. O processo deverá, no entanto, ser convenientemente adaptado, quer a nível de parâmetros, quer a nível de ferramentas a utilizar. As características dos materiais compósitos são bastante particulares pelo que, quando são sujeitos a maquinagem poderão apresentar defeitos tais como delaminação, fissuras intralaminares, arrancamento de fibras ou dano por sobreaquecimento. Para a detecção destes danos, por vezes a inspeção visual não é suficiente, sendo necessário recorrer a processos específicos de análise de danos. Existem já, alguns estudos, cujo âmbito foi a obtenção de furos de qualidade em compósitos, com minimização do dano, não se podendo comparar ainda com a informação existente, no que se refere à maquinagem de materiais metálicos ou ligas metálicas. Desta forma, existe ainda um longo caminho a percorrer, de forma a que o grau de confiança na utilização destes materiais se aproxime aos materiais metálicos. Este trabalho experimental desenvolvido nesta tese assentou essencialmente na furação de placas laminadas e posterior análise dos danos provocados por esta operação. Foi dada especial atenção à medição da delaminação causada pela furação e à resistência mecânica do material após ser maquinado. Os materiais utilizados, para desenvolver este trabalho experimental, foram placas compósitas de carbono/epóxido com duas orientações de fibras diferentes: unidireccionais e em “cross-ply”. Não se conseguiu muita informação, junto do fornecedor, das suas características pelo que se levaram a cabo ensaios que permitiram determinar o seu módulo de elasticidade. Relativamente á sua resistência â tração, como já foi referido, a grande resistência oferecida pelo material, associada às limitações da máquina de ensaios não permitiu chegar a valores conclusivos. Foram usadas três geometrias de ferramenta diferentes: helicoidal, Brad e Step. Os materiais utilizados nas ferramentas, foram o aço rápido (HSS) e o carboneto de tungsténio para as brocas helicoidais de 118º de ângulo de ponta e apenas o carboneto de tungsténio para as brocas Brad e Step. As ferramentas em diamante não foram consideradas neste trabalho, pois, embora sejam reconhecidas as suas boas características para a maquinagem de compósitos, o seu elevado custo não justifica a sua escolha, pelo menos num trabalho académico, como é o caso. As vantagens e desvantagens de cada geometria ou material utilizado foram avaliadas, tanto no que diz respeito à delaminação como á resistência mecânica dos provetes ensaiados. Para a determinação dos valores de delaminação, foi usada a técnica de Raio X. Algum conhecimento já existente relativamente a este processo permitiu definir alguns parâmetros (por exemplo: tempo de exposição das placas ao liquido contrastante), que tornaram acessível o procedimento de obtenção de imagens das placas furadas. Importando estas imagens para um software de desenho (no caso – AutoCad), foi possível medir as áreas delaminadas e chegar a valores para o fator de delaminação de cada furo efetuado. Terminado este processo, todas as placas foram sujeitas a ensaios de esmagamento, de forma a avaliar a forma como os parâmetros de maquinagem afectaram a resistência mecânica do material. De forma resumida, são objetivos deste trabalho: - Caracterizar as condições de corte em materiais compósitos, mais especificamente em fibras de carbono reforçado com matriz epóxida (PRFC); - Caracterização dos danos típicos provocados pela furação destes materiais; - Desenvolvimento de análise não destrutiva (RX) para avaliação dos danos provocados pela furação; - Conhecer modelos existentes com base na mecânica da fratura linear elástica (LEFM); - Definição de conjunto de parâmetros ideais de maquinagem com o fim de minimizar os danos resultantes da mesma, tendo em conta os resultados provenientes dos ensaios de força, da análise não destrutiva e da comparação com modelos de danos existentes e conhecidos.