Interaction of carbon monoxide with bimetallic overlayers

Interaction of carbon monoxide with a few chosen bimetallic overlayers has been investigated along with the core-level binding energies of the deposited metals by employing X-rays as well as UV photoelectron spectroscopies. Core-level binding energies of the deposited metals around monolayer coverages (0 similar to 1) are significantly different than those at high coverages or of the pure metals. Bimetallic overlayers such as Ni/Au and Cu/Pt showing large negative shifts in the surface core-level binding energy of the deposited metal interact strongly with carbon monoxide. In the case of Ni/Au (0(Ni) similar to 0.85), CO dissociates around 280 K. In contrast to this behavior, the interaction of CO with Pd/Mo or W, showing large positive shifts in the surface core-level binding energy, is very weak, and the CO desorption temperature is much lower than that from the clean Pd metal surface. The CO desorption temperature generally increases as the surface core-level shift of the deposited metal becomes more negative; the separation between the (5 sigma + 1 pi) and 4 sigma levels of CO also increases in this direction. These results suggest that the variation in the strength of interaction of CO with bimetallic overlayers is a chemical manifestation of the shift in the surface core-level binding energies of the deposited metals at monolayer coverages.

Studies on thin film based flexible gold electrode arrays for resistivity imaging in electrical impedance tomography

Practical phantoms are essential to assess the electrical impedance tomography (EIT) systems for their validation, calibration and comparison purposes. Metal surface electrodes are generally used in practical phantoms which reduce the SNR of the boundary data due to their design and development errors. Novel flexible and biocompatible gold electrode arrays of high geometric precision are proposed to improve the boundary data quality in EIT. The flexible gold electrode arrays are developed on flexible FR4 sheets using thin film technology and practical gold electrode phantoms are developed with different configurations. Injecting a constant current to the phantom boundary the surface potentials are measured by a LabVIEW based data acquisition system and the resistivity images are reconstructed in EIDORS. Boundary data profile and the resistivity images obtained from the gold electrode phantoms are compared with identical phantoms developed with stainless steel electrodes. Surface profilometry, microscopy and the impedance spectroscopy show that the gold electrode arrays are smooth, geometrically precised and less resistive. Results show that the boundary data accuracy and image quality are improved with gold electrode arrays. Results show that the diametric resistivity plot (DRP), contrast to noise ratio (CNR), percentage of contrast recovery (PCR) and coefficient of contrast (COC) of reconstructed images are improved in gold electrode phantoms. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Morphological Evolution in Air-Stable Metallic Iron Nanostructures and Their Magnetic Study

Iron nanostructures with morphology ranging from discrete nanoparticles to nearly monodisperse hierarchical nanostructures have been successfully synthesized using solvated metal atom dispersion (SMAD) method. Such a morphological evolution was realized by tuning the molar ratio of ligand to metal. Surface energy minimization in confluence with strong magnetic interactions and ligand-based stabilization results in the formation of nanospheres of iron. The as-prepared amorphous iron nanostructures exhibit remarkably high coercivity in comparison to the discrete nanoparticles and bulk counterpart. Annealing the as-prepared amorphous Fe nanostructures under anaerobic conditions affords air-stable carbon-encapsulated Fe(0) and Fe3C nanostructures with retention of the morphology. The resulting nanostructures were thoroughly analyzed by powder X-ray diffraction (PXRD), thermogravimetric analysis (TGA), transmission electron microscopy (TEM), and Raman spectroscopy. TGA brought out that Fe3C nanostructures are more robust toward oxidation than those of a-Fe. Finally, detailed magnetic studies were carried out by superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer and it was found that the magnetic properties remain conserved even upon exposure of the annealed samples to ambient conditions for months.

Spark plasma sintering of TiNi nano-powders for biological application

Nano-sized TiNi powder with an average size of 50nm was consolidated using spark plasma sintering (SPS) at 800 °C for 5min. A layer of anatase TiO 2 coating was formed on the sintered TiNi by chemical reaction with a hydrogen peroxide (H2O2) solution at 60 °C followed by heat treatment at 400 °C to enhance the bioactivity of the metal surface. Cell culture using osteoblast cells and a biomimetic test in simulated body fluid proved the biocompatibility of the chemically treated SPS TiNi. © IOP Publishing Ltd.

Comparative study of the slurry erosion and free-fall particle erosion of aluminum

A study has been performed of the erosion of aluminium by silica sand particles at a velocity of 4.5 m s-1, both air-borne and in the form of a water-borne slurry. Measurements made under similar experimental conditions show that slurry erosion proceeds at a rate several times that of air-borne erosion, the ratio of the two rates depending strongly on the angle of impact. Sand particles become embedded into the metal surface during air-borne particle erosion, forming a composite layer of metal and silica, and provide the major cause of the difference in wear rate. The embedded particles giving rise to surface hardening and a significant reduction in the erosion rate. Embedment of erodent particles was not observed during slurry erosion. Lubrication of the impacting interfaces by water appears to have minimal effect on the wear of aluminium by slurry erosion.

Microfabrication and application of reservoir pins for liquid transfer in biotechnology

Microarraying involves laying down genetic elements onto a solid substrate for DNA analysis on a massively parallel scale. Microarrays are prepared using a pin-based robotic platform to transfer liquid samples from microtitre plates to an array pattern of dots of different liquids on the surface of glass slides where they dry to form spots diameter < 200 μm. This paper presents the design, materials selection, micromachining technology and performance of reservoir pins for microarraying. A conical pin is produced by (i) conventional machining of stainless steel or wet etching of tungsten wire, followed by (ii) micromachining with a focused laser to produce a microreservoir and a capillary channel structure leading from the tip. The pin has a flat end diameter < 100 μm from which a 500 μm long capillary channel < 15 μm wide leads up the pin to a reservoir. Scanning electron micrographs of the metal surface show roughness on the scale of 10 μm, but the pins nevertheless give consistent and reproducible spotting performance. The pin capacity is 80 nanolitres of fluid containing DNA, and at least 50 spots can be printed before replenishing the reservoir. A typical robot holds can hold up to 64 pins. This paper discusses the fabrication technology, the performance and spotting uniformity for reservoir pins, the possible limits to miniaturization of pins using this approach, and the future prospects for contact and non-contact arraying technology.

柔性加工中高功率激光束空间变换研究

在国民经济中占有重要地位的汽车工业中，对于大型覆盖件模具的表面强化处理，最常见的是火焰淬火。火焰淬火对操作人员的要求高，可控性差，效果不理想，但是由于一直没有适合的方法，目前也只能继续使用。而激光表面强化技术结合柔性加工系统正是解决这类问题的新途径。传统的激光表面强化是采用把激光束离焦后进行扫描的方式，这种方法不能充分利用激光功率密度，而且往往要用转镜或振镜形成条形光斑来加快处理速度，这就需要复杂的机械结构，而且产生难以避免的重叠回火。我们提出一种新方法，利用二元光学元件来获得一种新型的周期光强分布，实现其在高功率激光系统中的应用，并设计成为集成到柔性加工系统中的组成部分，能够完成对大、中型模具表面的激光强化处理。本论文的工作主要是有关激光柔性加工系统中的光束传输及变换子系统，不仅包括理论设计、加工制作，同时还包括把该子系统有效的结合到整个系统中。本研究工作广泛涉及激光理论，光束变换和光纤传输，系统中的模块化集成应用技术，金属材料的特殊分布光强表面改性试验研究等等，是跨学科的交叉研究工作。在本论文中，重点是二元光学元件的设计方法的选择、计算机辅助设计的实现、二元光学元件的制作和在高功率激光传输中的应用，以及特殊光强分布应用于金属表面改性中的相关工作。通过把二元光学元件引入到高功率激光加工中，对出现的新现象给出一定的预测和分析，并获得了良好的强化结果，最终实现了系统的集成化，并具有实际生产所要求的可靠性和灵活性。本论文共分六章，主要包括两方面的内容。第一章为绪论，第六章为结论。第一方面内容在第二章到第四章中说明，是用于高功率激光应用中的二元光学元件的原理、设计和制作。第二方面的内容在第五章中，是关于应用前面设计制作的二元光学元件，在实际的金属材料表面处理中的实验研究，给出了相关试验结果。

A Temperature Sensor Based on a Polymer Optical Fiber Macro-Bend

The design and development of a plastic optical fiber (POF) macrobend temperature sensor is presented. The sensor has a linear response versus temperature at a fixed bend radius, with a sensitivity of 1.92.10(-3) (degrees C)(-1). The sensor system used a dummy fiber-optic sensor for reference purposes having a resolution below 0.3 degrees C. A comprehensive experimental analysis was carried out to provide insight into the effect of different surrounding media on practical macro-bend POF sensor implementation. Experimental results are successfully compared with bend loss calculations.

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

Estudo do crescimento bacteriano e da aplicação de procedimentos de limpeza e desinfecção no aço inoxidável 304L

Técnicas de limpeza química ou mecânica são comumente empregadas para evitar a formação de biofilmes e problemas associados com a colonização de superfícies por micro-organismos. Neste trabalho, amostras de aço inox 304L foram submetidas a ensaios acelerados de crescimento de biofilme, o qual foi posteriormente removido por tratamentos de limpeza e desinfecção (choque térmico com água a 70C por 1h, limpeza com ácido fosfórico 20 % v/v por 30min e desinfecção com peróxido de hidrogênio 0,17 % v/v por 1h). Com o objetivo de verificar a influência destes tratamentos na remoção do biofilme, este foi caracterizado (por quantificação microbiana e análises de espectroscopia de impedância eletroquímica - EIE), antes e após a aplicação dos tratamentos. Dois casos foram estudados. No primeiro caso, simularam-se condições presentes em tubulações de ambientes hospitalares e sistemas de distribuição de água quente. O micro-organismo utilizado foi a bactéria Serratia marcences. O processo de formação de biofilme e posterior limpeza e desinfecção foi realizado de modo contínuo durante 15 semanas. Os resultados de quantificação microbiana e de EIE mostraram que desde a primeira semana de exposição e ao longo dos ensaios, formou-se um biofilme aderente à superfície do aço e que o emprego dos tratamentos de limpeza e desinfecção não foi eficaz na remoção do biofilme. Em um segundo caso, simularam-se condições presentes em tubulações da indústria de água mineral, empregando-se a bactéria Pseudomonas aeruginosa. Neste caso, as técnicas de limpeza e desinfecção foram aplicadas individualmente e em conjunto. A aplicação de choque térmico, assim como da limpeza ácida, sobre um biofilme com 72 h de formação foi capaz de eliminar as bactérias viáveis, presentes na superfície do aço. Entretanto, a desinfecção com peróxido de hidrogênio não foi capaz de eliminá-las. Nas duas condições, porém, as análises de EIE do sistema aço/biofilme mostraram que o mesmo não foi completamente removido da superfície do metal. Correlacionando os dois casos, pode-se inferir que a superfície do aço inox 304L é rapidamente colonizada pelas duas espécies microbianas e que as técnicas de limpeza e desinfecção são capazes de reduzir e até eliminar as células viáveis, embora não removam completamente o biofilme da superfície. Por outro lado, é importante ressaltar que fatores como a arquitetura, espessura e porosidade do biofilme, e propriedades intrínsecas da superfície, são fatores que afetam os valores de impedância medidos, sendo necessário considerá-los na análise, tanto da formação do biofilme, quanto dos efeitos dos procedimentos de limpeza e desinfecção

Avaliação de aminoácidos como inibidores de corrosão para cobre em meio de água do mar artificial

Inibidores de corrosão são substâncias que quando adicionadas a um meio agressivo, diminuem ou previnem a reação de oxidação de um metal com este meio e/ou as reações de redução de espécies presentes no meio. Para a inibição da corrosão de cobre e suas ligas em meios ácidos ou neutros, o inibidor mais empregado é o benzotriazol (BTAH), o qual forma complexos com os íons Cu (I) e Cu (II) na superfície do metal, diminuindo o processo corrosivo. A preocupação com a preservação ambiental e a toxicidade de inibidores de corrosão vem sendo discutida na literatura. Vários estudos têm-se intensificado usando aminoácidos, como proposta para substituição ao BTAH, considerado tóxico. Entre os aminoácidos estudados, dois apresentavam enxofre em suas moléculas (cisteína e metionina) e um outro sem heteroátomo na cadeira lateral (glicina). As concentrações variaram entre 10-2 a 10-4 mol/L e pH da solução entre 7,2 e 8,4. Foram realizadas medidas gravimétricas (ensaios de imersão total) e técnicas eletroquímicas, tais como polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A caracterização morfológica da superfície do substrato após os ensaios de imersão total (743 horas) foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS ou EDX) e difração de raios X (DRX). Embora os resultados com aminoácidos tenham sido sempre muito inferiores àqueles obtidos na presença de BTAH, comportamentos semelhantes em função da concentração dos aminoácidos puderam ser observados pelos diagramas de Nyquist. Contudo, com exceção dos resultados verificados para o meio contendo cisteína 10-2 mol/L, todas as eficiências de inibição para os meios contendo aminoácidos, obtidas pelos ensaios de imersão total, foram negativas, mostrando que o tempo de exposição também pode ser relevante para o desempenho destes inibidores. Entre todos os aminoácidos testados, os meios contendo glicina apresentaram os piores desempenhos anticorrosivos, inclusive acelerando o processo de dissolução anódica do cobre. Esse resultado pode estar relacionado à faixa de pH das soluções testadas e à solubilidade dos complexos de cobre formados com os aminoácidos, mostrando que uma faixa ótima de pH também deve ser assegurada para aprimorar a ação destes aminoácidos como inibidores de corrosão

Avaliação de biocidas no controle da corrosão microbiologicamente induzida do aço carbono 1020 por bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) são os principais micro-organismos envolvidos na corrosão microbiologicamente induzida (CMI). Estas bactérias reduzem o sulfato, tendo como resultado a produção de H2S, o que pode influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais metálicos em ambientes marinhos, óleos e solos úmidos. Uma das formas de prevenir e controlar esse tipo de corrosão é a adição de biocidas ao meio corrosivo. Esta dissertação tem como objetivo avaliar o uso de biocidas no controle da CMI do aço AISI 1020 por BRS. Para isto, o comportamento da CMI no aço foi avaliado em água do mar sintética, em condições de anaerobiose, na ausência e na presença de uma cultura mista contendo BRS. Um biocida natural (óleo de alho) e outro comercial (glutaraldeído) foram utilizados para controlar a corrosão causada por estas bactérias. Duas formas de adição de biocida foram avaliadas: antes da formação do biofilme e após sua formação na superfície do metal. O crescimento microbiano na superfície do aço foi avaliado através da quantificação das BRS sésseis, pelo método do número mais provável (NMP). O comportamento eletroquímico do aço, na ausência e na presença de BRS e também para os ensaios com biocidas, foi estudado através das técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e polarização potenciodinâmica, sempre usando água do mar sintética como meio eletrolítico. A formação de biofilme e de produtos de corrosão na superfície do aço foi observada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o aço exposto ao meio contendo BRS apresentou um processo corrosivo mais acelerado, quando comparado aos sistemas na ausência de micro-organismo. Esse processo foi evidenciado por um decréscimo na magnitude do arco capacitivo, nos ensaios de EIE, e um aumento da densidade de corrente de corrosão (Icorr), nos ensaios de polarização. Na análise de MEV, foi possível observar a formação de corrosão localizada após a remoção do biofilme da superfície. Os ensaios com biocidas, adicionados antes da formação de biofilmes, mostraram uma redução no número de bactérias sésseis, quando comparados com os ensaios sem biocida realizados pelo mesmo período de tempo (7 dias). Foi verificado também um decréscimo do processo corrosivo do aço, evidenciado através de aumento nos arcos capacitivos, nos ensaios de EIE e pelos menores valores de Icorr nos ensaios de polarização, quando comparados com o biofilme formado sem biocidas, nas mesmas condições. Apesar de não ter inibido completamente o crescimento das BRS sésseis, o óleo de alho apresentou maior redução no processo corrosivo quando comparado ao glutaraldeído, indicando sua possível aplicação como biocida natural nestas condições. Os ensaios realizados com biocidas adicionados após a formação do biofilme mostraram que o glutaraldeído apresentou alta eficácia em reduzir o número de células sésseis. Já o óleo de alho exibiu uma ação menos efetiva, sugerindo que este composto não conseguiu penetrar completamente a matriz do biofilme. Entretanto, ambos causaram aceleração do processo corrosivo do aço no meio estudado após 7 dias de exposição

Síntese, caracterização e aplicações na desidrogenação oxidativa de propano de materiais tipo hidrotalcita Ni-Mg-Al com diferentes ânions de compensação

Na reação de desidrogenação oxidativa de propano (ODHP), propano reage com oxigênio da superfície de metais de transição para produzir propeno e água, em temperaturas de 300-700C. Porém, o propeno pode facilmente oxidar, formando CO e CO2. Assim, busca-se catalisadores que promovam a seletividade do propeno. Compostos tipo hidrotalcitas estão sendo apontados como catalisadores de grande potencial para a reação. Portanto, o principal objetivo desse trabalho foi sintetizar precursores tipo hidrotalcitas (contendo íons Ni2+, Mg2+ e Al3+ e tereftalato, heptamolibdato e decavanadato como ânions de compensação) para serem testados na reação de desidrogenação oxidativa de propano. Esses precursores foram sintetizados com uma razão Al/(Al+Ni+Mg)=0,5, variando a razão de Ni/Mg. Além disso, realizou-se a troca iônica do tereftalato (TA) por heptamolibdato (Mo7O24) e decavanadato (V10O28). Esses compostos foram calcinados, obtendo-se assim, óxidos mistos de NiMgAl, NiMgAlMo e NiMgAlV que foram testados como catalisadores na reação de ODHP. Para a determinação das propriedades dos catalisadores foram usadas as técnicas de caracterização: DRX, TGA, volumetria de N2, TPR, Raman e FTIR e ICP. Os resultados indicaram que os materiais tipo hidrotalcita foram obtidos com sucesso. No caso dos precursores preparados por troca iônica a cristalinidade foi menor que os da série NiMgAl-TA. Estes mesmos precursores quando calcinados apresentaram áreas muito altas. Nas três séries, os precursores calcinados são constituídos por óxidos mistos como NiO, NiMoO4, Ni2V2O7 cristalinos e espécies de alumínio e magnésio não detectados na DRX. No teste catalítico de ODHP, observou-se que com o aumento da conversão diminuía a seletividade de propeno, para os óxidos mistos que não continham molibdênio. Os catalisadores da série molibdênio foram os que obtiveram melhor desempenho com altas seletividades, mesmo em altas conversões e a série de cujo precursor foi o tereftalato foi a que exibiu maiores conversões, mas com seletividades menores que da série de Mo

INFLUENCE OF ATMOSPHERIC COMPOSITION ON THE ABRASIVE WEAR OF TITANIUM AND Ti-6Al-4V.

A pin-on-disc apparatus has been used to investigate the wear and friction (sliding force) behavior of metals on bonded silicon carbide and alumina papers under conditions of controlled atmospheric composition. The wear rates of both commercial purity titanium and the alloy Ti-6%Al-4%V tested in air were found to remain constant with time, in contrast with the behavior of other metals tested under similar conditions, which exhibited a progressive decrease in wear rate with increasing number of passes along the same track. It is proposed that the concentration of interstitial nitrogen and oxygen in the worn metal surface, which largely determines its mechanical properties, strongly influences both the ductility of the abraded material and the force of adhesion between the metal and the abrasive particles. Parallels are drawn between abrasive wear and machining to illustrate the importance of oxygen at the interface between workpiece and tool surfaces.

Vitrification of Yunnan Yellow Cattle oocytes: work in progress

The objective of this study was to provide a simple cryopreservation method for oocytes from Yunnan Yellow Cattle and facilitate preservation efforts in this native Chinese breed, which is threatened by agricultural modernization. Cumulus-oocyte complexes (COCs) were collected from slaughterhouse ovaries and matured in vitro for 22-24 h, then selected for cryopreservation. Vitrification in open pulled straws (OPS) or in microdrops on a cooled metal surface (solid surface vitrification, SSV) was compared. The OPS vitrification solution consisted of 20% ethylene glycol (EG) and 20% DMSO. The SSV solution was a mixture of 35% EG, 5% polyvinyl-pyrrolidon (PVP) and 0.4 M trehalose. Vitrified and warmed oocytes were either fertilized in vitro or parthenogenetically activated. The rates of cleavage and development to blastocysts of fertilized oocytes following OPS versus SSV were not statistically different (38.3 and 12.5% versus 35.8 and 6.0%, respectively). The corresponding rates of parthenogenetic development to blastocysts were also not different (8.2 versus 3.5%, respectively). Development to blastocysts of non-vitrified controls following fertilization was significantly higher than that of the vitrified oocytes (22.6%, P < 0.05). These results demonstrate for the first time, that although both OPS and SSV procedures reduced embryonic development, Yunnan Yellow Cattle oocytes are capable of developing to blastocysts following cryopreservation. (C) 2002 Elsevier Science Inc. All rights reserved.