Generalized survival in step fluctuations

The properties of the generalized survival probability, that is, the probability of not crossing an arbitrary location R during relaxation, have been investigated experimentally (via scanning tunneling microscope observations) and numerically. The results confirm that the generalized survival probability decays exponentially with a time constant tau(s)(R). The distance dependence of the time constant is shown to be tau(s)(R)=tau(s0)exp[-R/w(T)], where w(2)(T) is the material-dependent mean-squared width of the step fluctuations. The result reveals the dependence on the physical parameters of the system inherent in the prior prediction of the time constant scaling with R/L-alpha, with L the system size and alpha the roughness exponent. The survival behavior is also analyzed using a contrasting concept, the generalized inside survival S-in(t,R), which involves fluctuations to an arbitrary location R further from the average. Numerical simulations of the inside survival probability also show an exponential time dependence, and the extracted time constant empirically shows (R/w)(lambda) behavior, with lambda varying over 0.6 to 0.8 as the sampling conditions are changed. The experimental data show similar behavior, and can be well fit with lambda=1.0 for T=300 K, and 0.5

Dielectric properties of Poly(vinylidene fluoride)/CaCu3Ti4O12 composites

The possibility of obtaining relatively high dielectric constant polymer-ceramic composite by incorporating the giant dielectric constant material, CaCu3Ti4O12 (CCTO) in a Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) polymer matrix by melt mixing and hot pressing process was demonstrated. The structure, morphology and dielectric properties of the composites were characterized using X-ray diffraction, Thermal analysis. scanning electron microscope, and impedance analyzer. The effective dielectric constant a(epsilon(eff)) of the composite increased with increase in the volume fraction of CCTO at all the frequencies(100 Hz-1 MHz) under study. The dielectric loss did not show any variation up to 40% loading of CCTO, but showed an increasing trend beyond 40%. The room temperature dielectric constant as high as 95 at 100 Hz has been realized for the composite with 55 vol.% of CCTO, which has increased to about 190 at 150 degrees C. Theoretical models like Maxwell's, Clausius-Mossotti, Effective medium theory, logarithmic law and Yamada were employed to rationalize the dielectric behaviour of the composite and discussed. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Visualization of in situ intracellular aggregation of two cataract-associated human gamma-crystallin mutants: Lose a tail, lose transparency

PURPOSE. To understand the molecular features underlying autosomal dominant congenital cataracts caused by the deletion mutations W156X in human gamma D-crystallin and W157X in human gamma C-crystallin. METHODS. Normal and mutant cDNAs (with the enhanced green fluorescent protein [EGFP] tag in the front) were cloned into the pEGFP-C1 vector, transfected into various cell lines, and observed under a confocal microscope for EGFP fluorescence. Normal and W156X gamma D cDNAs were also cloned into the pET21a(+) vector, and the recombinant proteins were overexpressed in the BL-21(DE3) pLysS strain of Escherichia coli, purified, and isolated. The conformational features, structural stability, and solubility in aqueous solution of the mutant protein were compared with those of the wild type using spectroscopic methods. Comparative molecular modeling was performed to provide additional structural information. RESULTS. Transfection of the EGFP-tagged mutant cDNAs into several cell lines led to the visualization of aggregates, whereas that of wild-type cDNAs did not. Turning to the properties of the expressed proteins, the mutant molecules show remarkable reduction in solubility. They also seem to have a greater degree of surface hydrophobicity than the wild-type molecules, most likely accounting for self-aggregation. Molecular modeling studies support these features. CONCLUSIONS. The deletion of C-terminal 18 residues of human gamma C-and gamma D-crystallins exposes the side chains of several hydrophobic residues in the sequence to the solvent, causing the molecule to self-aggregate. This feature appears to be reflected in situ on the introduction of the mutants in human lens epithelial cells.

Männyn neulaskadon arviointi laserkeilauksella

Leaf and needle biomasses are key factors in forest health. Insects that feed on needles cause growth losses and tree mortality. Insect outbreaks in Finnish forests have increased rapidly during the last decade and due to climate change the damages are expected to become more serious. There is a need for cost-efficient methods for inventorying these outbreaks. Remote sensing is a promising means for estimating forests and damages. The purpose of this study is to investigate the usability of airborne laser scanning in estimating Scots pine defoliation caused by the common pine sawfly (Diprion pini L.). The study area is situated in Ilomantsi district, eastern Finland. Study materials included high-pulse airborne laser scannings from July and October 2008. Reference data consisted of 90 circular field plots measured in May-June 2009. Defoliation percentage on these field plots was estimated visually. The study was made on plot-level and methods used were linear regression, unsupervised classification, Maximum likelihood method, and stepwise linear regression. Field plots were divided in defoliation classes in two different ways: When divided in two classes the defoliation percentages used were 0–20 % and 20–100 % and when divided in four classes 0–10 %, 10–20 %, 20–30 % and 30–100 %. The results varied depending on method and laser scanning. In the first laser scanning the best results were obtained with stepwise linear regression. The kappa value was 0,47 when using two classes and 0,37 when divided in four classes. In the second laser scanning the best results were obtained with Maximum likelihood. The kappa values were 0,42 and 0,37, correspondingly. The feature that explained defoliation best was vegetation index (pulses reflected from height > 2m / all pulses). There was no significant difference in the results between the two laser scannings so the seasonal change in defoliation could not be detected in this study.

A Durable PEFC with Carbon-Supported Pt-TiO2 Cathode: A Cause and Effect Study

Durability is central to the commercialization of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). The incorporation of TiO2 with platinum (Pt) ameliorates both the stability and catalytic activity of cathodes in relation to pristine Pt cathodes currently being used in PEFCs. PEFC cathodes comprising carbon-supported Pt-TiO2 (Pt-TiO2/C) exhibit higher durability in relation to Pt/C cathodes as evidenced by cell polarization, impedance, and cyclic voltammetry data. The degradation in performance of the Pt-TiO2/C cathodes is 10% after 5000 test cycles as against 28% for Pt/C cathodes. These data are in conformity with the electrochemical surface area and impedance values. Pt-TiO2/C cathodes can withstand even 10,000 test cycles with nominal effect on their performance. X-ray diffraction, transmission electron microscope, and cross-sectional field-emission-scanning electron microscope studies on the catalytic electrodes reflect that incorporating TiO2 with Pt helps in mitigating the aggregation of Pt particles and protects the Nafion membrane against peroxide radicals formed during the cathodic reduction of oxygen. (C) 2010 The Electrochemical Society. [DOI: 10.1149/1.3421970] All rights reserved.

Growth and characterization of germanium nanowires by electron beam evaporation

Germanium nanowires were grown on Au coated Si substrates at 380 degrees C in a high vacuum (5 x 10(-5) Torr) by e-beam evaporation of Germanium (Ge). The morphology observation by a field emission scanning electron microscope (FESEM) shows that the grown nanowires are randomly oriented with an average length and diameter of 600 nm and 120 nm respectively for a deposition time of 60 min. The nanowire growth ratewas measured to be similar to 10 nm/min. Transmission electron microscope (TEM) studies revealed that the Ge nanowires were single crystalline in nature and further energy dispersive X-ray analysis(EDAX) has shown that the tip of the grown nanowires was capped with Au nanoparticles, this shows that the growth of the Ge nanowires occurs by the vapour liquid solid (VLS) mechanism. HRTEM studies on the grown Ge nanowire show that they are single crystalline in nature and the growth direction was identified to be along [110]. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Environmental effects on fibre-Polymer composites

Moisture absorption characteristics and its effects on the mechanical properties and failure process of polymers (neat epoxy and polyester resins) and composites with simple (glass, carbon and kevlar) and hybrid (glass-carbon, carbon-kevlar and kevlar-glass) fibres were experimentally determined before and after immersion in water at 343 K for 20 days. The maximum moisture content (Mm) and diffusion coefficient (Dx) of these composites were determined. The degradation in ultimate tensile strength and Young's modulus due to the moisture content were experimentally determined and found to be quite significant. Acoustic emissions, from specimens before and after exposure, were monitored during the load cycle, and revealed a significant change in the failure process of these composites. Scanning Electron Microscope (SEM) studies on failed exposed and unexposed specimens revealed resin leach out and fibre prominence.

Structural, dielectric and ferroelectric properties of four-layer Aurivillius phase Na0.5La0.5Bi4Ti4O15

Monophasic Na0.5La0.5Bi4Ti4O15 powders were synthesized via the conventional solid-state reaction route. The X-ray powder diffraction (XRD), selected area electron diffraction (SAED) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) studies carried out on the as synthesized powdered samples confirmed the phase to be a four-layer Aurivillius that crystallizes in an orthorhombic A2(1)am space group. The microstructure and the chemical composition of the sintered sample were examined by scanning electron microscope (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). The dielectric properties of the ceramics have been studied in the 27-700 degrees C temperature range at various frequencies (100 Hz to 1 MHz). A sharp dielectric anomaly was observed at 580 degrees C for all the frequencies corresponding to the ferroelectric to paraelectric phase transition. Saturated ferroelectric hysteresis loops were observed at 200 degrees C and the associated remnant polarization (P-r) and coercive field (E-c) were found to be 7.4 mu C/cm(2) and 34.8 kV/cm, respectively. AC conductivity analysis confirmed the existence of two different conduction mechanisms in the ferroelectric region. Activation energies calculated from the Arrhenius plots were similar to 0.24 eV and similar to 0.84 eV in the 300-450 degrees C and 450-580 degrees C temperature ranges, respectively. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hila- ja kuviotason laskennan vaikutus kuvion kokonaistilavuuteen, tallennustilaan ja laskentaaikaan teoreettista läpimittajakaumaa ja runkolukusarjaa käyttämällä

Metsäsuunnittelussa tarvittavan metsävaratiedon keräämisessä ollaan Suomessa siirtymässä kuvioittaisesta arvioinnista laserkeilaus- ja ilmakuvapohjaiseen kaukokartoitukseen. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli selvittää kuvion kokonaistilavuuden ja läpimittajakauman ennustamisen tarkkuus koealan metsikkö- ja puustotunnuksista MSN-, PRM-, ML- ja FMM-menetelmiä sekä Weibull-jakaumaa hyödyntäen seuraavilla tavoilla: 1. PRM-menetelmällä hilatasolla, 2. PRMmenetelmällä kuviotasolla, 3. ML-menetelmällä hilatasolla ja 4. ML-menetelmällä kuviotasolla. Lisäksi kuvion kokonaistilavuuden ennustamisen tarkkuus selvitettiin hyödyntäen kuviolle tuotettua runkolukusarjaa. Tulokset laskettiin puulajikohtaisesti männylle, kuuselle, koivulle ja muille puulajeille. Puulajien tulokset laskettiin kuviotasolla yhteen. Lisäksi selvitettiin menetelmien laskenta-ajan ja tallennustilan tarve. Tutkimuksen aineistona käytettiin Hämeen ammattikorkeakoulun Evon toimipisteen metsistä mitattuja kiinteäsäteisiä ympyräkoealoja, joita oli 249 kappaletta. Hakkuukoneella mitattiin 12kuvion, joiden pinta-alat vaihtelivat välillä 0,2 – 1,94 hehtaaria, puustotiedot. Aluepohjaisen laserkeilausaineiston pulssin tiheys oli 1,8/m2 ja ilmakuvien pikselikoko 0,5 metriä. Kuvion kokonaistilavuus ennustettiin tai estimoitiin laserkeilaus- ja ilmakuva-aineiston piirteiden avulla koealojen puustotunnuksista. Tulokset laskettiin erikseen kaikille kuvioille ja kuvioille, joiden pinta-ala oli yli 0,5 hehtaaria. Yli 0,5 hehtaarin kuvioita oli 8 kappaletta. Kuvion hilojen naapureina käytettiin 1 - 10 koealaa. Menetelmästä ja naapurien määrästä riippuen kokonaistilavuuden suhteellinen RMSE ja harha vaihtelivat välillä 20,76 – 52,86 prosenttia ja -12,04 – 46,54 prosenttia. Vastaavat luvut yli 0,5 hehtaarin kuvioilla olivat 6,74 – 59,41 prosenttia ja -8,04 – 49,59 prosenttia. Laskenta-aika vaihteli menetelmien ja käytettyjen naapurien määrän mukaan voimakkaasti. Kehittyneemmällä ohjelmoinnilla ja ohjelmistolla laskenta-ajat voivat laskea merkittävästi. Tallennustila ei testatuilla menetelmillä ole rajoittava tekijä laajassakaan mittakaavassa. Läpimittajakauman perusteella PRM-menetelmä ennustaa puulajille erittäin kapean läpimittajakauman, jos koeala koostuu vain muutamasta lähes samankokoisesta puusta. Tämä vaikutti tuloksiin erityisesti menetelmällä PRM2.

Lahopuumäärän ennustaminen ja kartoitus lentokonelaserkeilauksen avulla

Lahopuun määrästä ja sijoittumisesta ollaan kiinnostuneita paitsi elinympäristöjen monimuotoisuuden, myös ilmakehän hiilen varastoinnin kannalta. Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää aluepohjainen laserkeilausdataa hyödyntävä malli lahopuukohteiden paikantamiseksi ja lahopuun määrän estimoimiseksi. Samalla tutkittiin mallin selityskyvyn muuttumista mallinnettavan ruudun kokoa suurennettaessa. Tutkimusalue sijaitsi Itä-Suomessa Sonkajärvellä ja koostui pääasiassa nuorista hoidetuista talousmetsistä. Tutkimuksessa käytettiin harvapulssista laserkeilausdataa sekä kaistoittain mitattua maastodataa kuolleesta puuaineksesta. Aineisto jaettiin siten, että neljäsosa datasta oli käytössä mallinnusta varten ja loput varattiin valmiiden mallien testaamiseen. Lahopuun mallintamisessa käytettiin sekä parametrista että ei-parametrista mallinnusmenetelmää. Logistisen regression avulla erikokoisille (0,04, 0,20, 0,32, 0,52 ja 1,00 ha) ruuduille ennustettiin todennäköisyys lahopuun esiintymiselle. Muodostettujen mallien selittävät muuttujat valittiin 80 laserpiirteen ja näiden muunnoksien joukosta. Mallien selittävät muuttujat valittiin kolmessa vaiheessa. Aluksi muuttujia tarkasteltiin visuaalisesti kuvaamalla ne lahopuumäärän suhteen. Ensimmäisessä vaiheessa sopivimmiksi arvioitujen muuttujien selityskykyä testattiin mallinnuksen toisessa vaiheessa yhden muuttujan mallien avulla. Lopullisessa usean muuttujan mallissa selittävien muuttujien kriteerinä oli tilastollinen merkitsevyys 5 % riskitasolla. 0,20 hehtaarin ruutukoolle luotu malli parametrisoitiin muun kokoisille ruuduille. Logistisella regressiolla toteutetun parametrisen mallintamisen lisäksi, 0,04 ja 1,0 hehtaarin ruutukokojen aineistot luokiteltiin ei-parametrisen CART-mallinnuksen (Classification and Regression Trees) avulla. CARTmenetelmällä etsittiin aineistosta vaikeasti havaittavia epälineaarisia riippuvuuksia laserpiirteiden ja lahopuumäärän välillä. CART-luokittelu tehtiin sekä lahopuustoisuuden että lahopuutilavuuden suhteen. CART-luokituksella päästiin logistista regressiota parempiin tuloksiin ruutujen luokituksessa lahopuustoisuuden suhteen. Logistisella mallilla tehty luokitus parani ruutukoon suurentuessa 0,04 ha:sta(kappa 0,19) 0,32 ha:iin asti (kappa 0,38). 0,52 ha:n ruutukoolla luokituksen kappa-arvo kääntyi laskuun (kappa 0,32) ja laski edelleen hehtaarin ruutukokoon saakka (kappa 0,26). CART-luokitus parani ruutukoon kasvaessa. Luokitustulokset olivat logistista mallinnusta parempia sekä 0,04 ha:n (kappa 0,24) että 1,0 ha:n (kappa 0,52) ruutukoolla. CART-malleilla määritettyjen ruutukohtaisten lahopuutilavuuksien suhteellinen RMSE pieneni ruutukoon kasvaessa. 0,04 hehtaarin ruutukoolla koko aineiston lahopuumäärän suhteellinen RMSE oli 197,1 %, kun hehtaarin ruutukoolla vastaava luku oli 120,3 %. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella voidaan todeta, että maastossa mitatun lahopuumäärän ja tutkimuksessa käytettyjen laserpiirteiden yhteys on pienellä ruutukoolla hyvin heikko, mutta vahvistuu hieman ruutukoon kasvaessa. Kun mallinnuksessa käytetty ruutukoko kasvaa, pienialaisten lahopuukeskittymien havaitseminen kuitenkin vaikeutuu. Tutkimuksessa kohteen lahopuustoisuus pystyttiin kartoittamaan kohtuullisesti suurella ruutukoolla, mutta pienialaisten kohteiden kartoittaminen ei onnistunut käytetyillä menetelmillä. Pienialaisten kohteiden paikantaminen laserkeilauksen avulla edellyttää jatkotutkimusta erityisesti tiheäpulssisen laserdatan käytöstä lahopuuinventoinneissa.

Dielectric properties of poly(vinylidene luoride)/CaCu3Ti4O12 nanocrystal composite thick films

The poly(vinylidene fluoride)/CaCu3Ti4O12 (CCTO) nanocrystal composite films (thickness approximate to 85 mu m) with relatively high dielectric permittivity (90 at 100 Hz) were prepared by the solution casting followed by spin coating technique. The structural, the microstructural and the dielectric properties of the composites were studied using X-ray diffraction, Scanning Electron Microscope, and Impedance analyzer respectively. The effective dielectric permittivity (e(eff)) of the composite increased with increase in the volume fraction of CCTO at all the frequencies (100 Hz to 1 MHz) under investigation. The room temperature dielectric permittivity which is around 90 at 100 Hz, has increased to about 290 at 125 degrees C (100 Hz). These results may be exploited in the development of high energy density capacitors.

Grain Growth in ECAE Processed Pure Magnesium

Grain growth kinetics was studied for commercially pure magnesium subjected to equal channel angular extrusion (ECAE). The specimens were ECAE processed upto 4 passes at 523 K following all the three important routes, namely A, 13, and C. Texture and microstructures of the samples were studied using Electron Back Scattered Diffraction (EBSD) technique in a Field Emission Gun Scanning Electron Microscope (FEG-SEM). It was observed that the grain size significantly reduces after ECAE. ECAE process produces a slightly rotated B and C-2 fiber. Static annealing leads to normal grain growth with unimodal distribution of grains through out the temperature range. Average activation energy for grain growth in the temperature range studied is found to be less than the activation energy for lattice diffusion and grain boundary diffusion of magnesium. No significant change in texture during isochronal annealing for 1 hour i.e., the predominant deformation texture remains same.

Alikasvoksen mittaus ja kartoitus laserkeilauksella

Tasaikäisen metsän alle muodostuvilla alikasvoksilla on merkitystä puunkorjuun, metsänuudistamisen, näkemä-ja maisema-analyysien sekä biodiversiteetin ja hiilitaseen arvioinnin kannalta. Ilma-aluksista tehtävä laserkeilaus on osoittautunut tehokkaaksi kaukokartoitusmenetelmäksi varttuneiden puustojen mittauksessa. Laserkeilauksen käyttöönotto operatiivisessa metsäsuunnittelussa mahdollistaa aiempaa tarkemman tiedon tuottamisen alikasvoksista, mikäli alikasvoksen ominaisuuksia voidaan tulkita laseraineistoista. Tässä työssä käytettiin tarkasti mitattuja maastokoealoja ja kaikulaserkeilausaineistoja (discrete return LiDAR) usealta vuodelta (1–2 km lentokorkeus, 0,9–9,7 pulssia m-2). Laserkeilausaineistot oli hankittu Optech ALTM3100 ja Leica ALS50-II sensoreilla. Koealat edustavat suomalaisia tasaikäisiä männiköitä eri kehitysvaiheissa. Tutkimuskysymykset olivat: 1) Minkälainen on alikasvoksesta saatu lasersignaali yksittäisen pulssin tasolla ja mitkä tekijät signaaliin vaikuttavat? 2) Mikä on käytännön sovelluksissa hyödynnettävien aluepohjaisten laserpiirteiden selitysvoima alikasvospuuston ominaisuuksien ennustamisessa? Erityisesti haluttiin selvittää, miten laserpulssin energiahäviöt ylempiin latvuskerroksiin vaikuttavat saatuun signaaliin, ja voidaanko laserkaikujen intensiteetille tehdä energiahäviöiden korjaus. Puulajien väliset erot laserkaiun intensiteetissä olivat pieniä ja vaihtelivat keilauksesta toiseen. Intensiteetin käyttömahdollisuudet alikasvoksen puulajin tulkinnassa ovat siten hyvin rajoittuneet. Energiahäviöt ylempiin latvuskerroksiin aiheuttivat alikasvoksesta saatuun lasersignaaliin kohinaa. Energiahäviöiden korjaus tehtiin alikasvoksesta saaduille laserpulssin 2. ja 3. kaiuille. Korjauksen avulla pystyttiin pienentämään kohteen sisäistä intensiteetin hajontaa ja parantamaan kohteiden luokittelutarkkuutta alikasvoskerroksessa. Käytettäessä 2. kaikuja oikeinluokitusprosentti luokituksessa maan ja yleisimmän puulajin välillä oli ennen korjausta 49,2–54,9 % ja korjauksen jälkeen 57,3–62,0 %. Vastaavat kappa-arvot olivat 0,03–0,13 ja 0,10–0,22. Tärkein energiahäviöitä selittävä tekijä oli pulssista saatujen aikaisempien kaikujen intensiteetti, mutta hieman merkitystä oli myös pulssin leikkausgeometrialla ylemmän latvuskerroksen puiden kanssa. Myös 3. kaiuilla luokitustarkkuus parani. Puulajien välillä havaittiin eroja siinä, kuinka herkästi ne tuottavat kaiun laserpulssin osuessa puuhun. Kuusi tuotti kaiun suuremmalla todennäköisyydellä kuin lehtipuut. Erityisen selvä tämä ero oli pulsseilla, joissa oli energiahäviöitä. Laserkaikujen korkeusjakaumapiirteet voivat siten olla riippuvaisia puulajista. Sensorien välillä havaittiin selviä eroja intensiteettijakaumissa, mikä vaikeuttaa eri sensoreilla hankittujen aineistojen yhdistämistä. Myös kaiun todennäköisyydet erosivat jonkin verran sensorien välillä, mikä aiheutti pieniä eroavaisuuksia kaikujen korkeusjakaumiin. Aluepohjaisista laserpiirteistä löydettiin alikasvoksen runkolukua ja keskipituutta hyvin selittäviä piirteitä, kun rajoitettiin tarkastelu yli 1 m pituisiin puihin. Piirteiden selitysvoima oli parempi runkoluvulle kuin keskipituudelle. Selitysvoima ei merkittävästi alentunut pulssitiheyden pienentyessä, mikä on hyvä asia käytännön sovelluksia ajatellen. Lehtipuun osuutta ei pystytty selittämään. Tulosten perusteella kaikulaserkeilausta voi olla mahdollista hyödyntää esimerkiksi ennakkoraivaustarpeen arvioinnissa. Sen sijaan alikasvoksen tarkempi luokittelu (esim. puulajitulkinta) voi olla vaikeaa. Kaikkein pienimpiä alikasvospuita ei pystytä havaitsemaan. Lisää tutkimuksia tarvitaan tulosten yleistämiseksi erilaisiin metsiköihin.

Konjac- ja galaktoglukomannaanipohjaiset emulsiokalvot

Emulsiokalvolla tarkoitetaan kalvoa, joka on valmistettu haihduttamalla ylimääräinen vesi pois emulsiosta. Polysakkaridipohjainen emulsiokalvo koostuu kalvonmuodostuspolysakkaridista, rasvasta, emulgointiaineesta ja pehmittimestä. Kirjallisuusosassa selvitettiin, mitä raaka-aineita polysakkaridipohjaisissa emulsiokalvoissa käytetään ja mitkä tekijät vaikuttavat emulsiokalvojen vesihöyrynläpäisevyyteen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Tutkimuksen kokeellisen osan tavoitteena oli selvittää, miten konjac-glukomannaani (KGM) ja kuusen galaktoglukomannaani (GGM) soveltuvat emulsiokalvon raaka-aineiksi. Lisäksi selvitettiin, miten rasvan tyyppi ja rasvapitoisuus vaikuttavat GGM-KGM-pohjaisten emulsiokalvojen mekaanisiin ominaisuuksiin ja vesihöyrynläpäisevyyteen. Mehiläisvahasta, mäntyöljystä ja rypsiöljystä valmistettiin emulsiokalvot, joissa oli 30 %:n (paino-% GGM:sta) rasvapitoisuudet. Lisäksi mehiläisvahasta valmistettiin emulsiokalvot, joissa oli 10 ja 50 % mehiläisvahaa. Emulsiokalvoja verrattiin vertailukalvoon, jossa ei ollut rasvaa. Kalvoissa käytetty KGM:n ja GGM:n suhde oli 1:1. Kalvoista mitattiin vesihöyrynläpäisevyys ja -läpäisynopeus, vetolujuus, Youngin moduuli ja murtovenymä. Näiden lisäksi kalvojen poikkileikkaus kuvattiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. GGM ja KGM soveltuvat emulsiokalvon raaka-aineiksi. Huoneenlämpötilassa kuivatuista kalvoista saatiin tasaisemman näköisiä kuin lämpökaapissa kuivatuista. Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvissa vahapisarat olivat öljypisaroita pienempiä, mikä mahdollisesti vaikutti siihen, että vahapisarat pysyivät paremmin kiinnittyneenä kalvomatriisissa. Öljypisaroiden koko oli kalvoissa noin 10 ?m ja vahapisaroiden 2–6 ?m. Vesihöyrynläpäisynopeus oli pienin 50 %:n mehiläisvahakalvolla (p < 0,05). Vesihöyrynläpäisevyys laski lineaarisesti mehiläisvahapitoisuuden suurentuessa. Öljykalvot ja 10 %:n mehiläisvahakalvo eivät eronneet tilastollisesti merkitsevästi vesihöyrynläpäisevyyden suhteen vertailukalvosta. Pienin vetolujuus ja Youngin moduuli oli 50 %:n mehiläisvahakalvolla. Vertailukalvo oli kestävin ja jäykin. Murtovenymän suhteen kalvot eivät eronneet toisistaan tilastollisesti merkitsevästi. Tutkimuksessa onnistuttiin valmistamaan GGM-KGM-pohjaisia emulsiokalvoja, jotka pidättivät vesihöyryä vertailukalvoa paremmin ja silti säilyttivät mekaaniset ominaisuutensa kohtuullisen hyvin.

Modified-Pore-Filled-PVDF-Membrane Electrolytes for Direct Methanol Fuel Cells

The polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane is modified by the chemical etchant-route employing a sodium naphthalene charge-transfer complex followed by impregnation with Nafion ionomer or polyvinyl alcohol (PVA)-polystyrene sulfonic acid (PSSA) polymeric blend solutions by a dip-coating technique to form pore-filled-membrane electrolytes for application in direct methanol fuel cells (DMFCs). The number of coatings on the surface-modified PVDF membrane is varied between 5 and 15 and is found to be optimum at 10 layers both for Nafion and PVA-PSSA impregnations for effective DMFC performance. Hydrophilicity of the modified-membrane electrolytes is studied by determining average contact angle and surface-wetting energy. Morphology of the membranes is analyzed by a cross-sectional scanning electron microscope. The modified PVDF membrane electrolytes are characterized for their water-methanol sorption in conjunction with their mechanical properties, proton conductivity, and DMFC performance. Air permeability for the modified membranes is studied by a capillary-flow porometer. Methanol crossover flux across modified-PVDF-membrane electrolytes is studied by measuring the mass balance of methanol using a density meter. DMFCs employing membrane electrode assemblies with the modified PVDF membranes exhibit a peak power-density of 83 mW/cm(2) with Nafion impregnation and 59 mW/cm(2) for PVA-PSSA impregnation, respectively. Among the membranes studied here, stabilities of modified-pore-filled PVDF-Nafion and PVDF-PVA-PSSA membranes with 10-layers coat are promising for application in DMFCs. (C) 2010 The Electrochemical Society. DOI: 10.1149/1.3518774] All rights reserved.