Properties of patchy colloidal particles close to a surface: a Monte Carlo and density functional study

We investigate the behavior of a patchy particle model close to a hard-wall via Monte Carlo simulation and density functional theory (DFT). Two DFT approaches, based on the homogeneous and inhomogeneous versions of Wertheim's first order perturbation theory for the association free energy are used. We evaluate, by simulation and theory, the equilibrium bulk phase diagram of the fluid and analyze the surface properties for two isochores, one of which is close to the liquid side of the gas-liquid coexistence curve. We find that the density profile near the wall crosses over from a typical high-temperature adsorption profile to a low-temperature desorption one, for the isochore close to coexistence. We relate this behavior to the properties of the bulk network liquid and find that the theoretical descriptions are reasonably accurate in this regime. At very low temperatures, however, an almost fully bonded network is formed, and the simulations reveal a second adsorption regime which is not captured by DFT. We trace this failure to the neglect of orientational correlations of the particles, which are found to exhibit surface induced orientational order in this regime.

Characterization of soils in an area of prescribed fire

The prescribed fire is a technique that is often used, it has several advantages. Pedological and hydropedological techniques were tested to assess the prescribed fire changes may cause in soils. This work was performed in Tresminas area (Vila Pouca de Aguiar, Northern Portugal), during February and March 2011. In the present study we applied several techniques. For the field sampling was followed the ISO 10381-1[1], ISO 10381-2[2], and FAO rules [3], as well as were used a grid with 17 points for measuring the soil parameters. During the fire, we have tried to check, with the assistance of the Portuguese Forestry Authority, some important parameters such as, the propagation speed, the size of the flame front and the intensity of energy emitted per unit area. Before the fire, was collected carefully soil disturbed and undisturbed samples for laboratory analysis, and measured soil water content; we also have placed four sets of thermocouples for measuring soil temperature. After the fire, were collected the thermocouples and new soil samples; the water content were measured in the soil and collected ashes. In the laboratory, after preparing and sieving the samples, were determined the soil particle size. The soil pH and electrical conductivity in water was also determined. The total carbon (TC) and inorganic carbon (IC)[4] was measured by a Shimadzu TOC-Vcsn. The water content in soil has not varied significantly before and after the fire, as well as soil pH and soil electrical conductivity. The TC and IC did not change, which was expected, since the fire not overcome the 200° C. Through the various parameters, we determined that the prescribed fire didn’t affect the soil. The low temperature of the fire and its rapid implementation that lead to the possible adverse effects caused by the wild fire didn’t occurred.

Dual-phase inkjet printed electrochromic layers based on PTA and WOX/TiO2 nanoparticles for electrochromic applications

Thesis submitted in Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa for the degree of Master in Materials Engineering

Projetos geotérmicos para usos diretos em Portugal Continental: tipologias e viabilidade económica

Os aproveitamentos geotérmicos têm vindo a aumentar significativamente em todo o mundo, sendo os Estados Unidos da América, o maior produtor desta energia proveniente do interior da Terra, com cerca de 3.187 MW de capacidade instalada. Portugal tem capacidade instalada total de 29 MW, no entanto no que se refere ao aproveitamento de “alta entalpia”, isto é, o aproveitamento geotérmico para produção elétrica, apenas se encontra no arquipélago dos Açores, na ilha de S. Miguel, onde estão instaladas e em funcionamento duas centrais geotérmicas com a potência total de 23 MW, com produção de energia de 185 GWh. Em Portugal Continental, não se consegue produzir energia elétrica devido às temperaturas existentes, restringindo esta utilização apenas ao aproveitamento de baixa entalpia (máximo de 76 ºC). Este aproveitamento normalmente é feito em cascata, segundo, predominando o aquecimento de águas sanitárias, climatização, e para termas, usando águas termominerais. Para a exploração deste recurso renovável, é necessário conhecer a hidrogeologia do país, e relacioná-la com a fracturação, e acidentes tectónicos. Portugal Continental, está divido em quatros partes distintas a nível hidrogeológico, o Maciço Antigo, a Orla Ocidental, a Bacia Tejo-Sado e a Orla Meridional. Qualquer aproveitamento geotérmico em Portugal terá de atender a estas características, potenciando também, novas explorações geotérmicas orientadas para as pessoas, respeitando os valores sociais, culturais e ambientais. Neste contexto, existem alguns complexos geotérmicos em funcionamento, outros abandonados, e muitos outros em estudo para uma breve aplicação. Um exemplo de sucesso no aproveitamento do calor geotérmico, é o complexo de Chaves, que foi evoluindo desde 1985, até aos dias de hoje, continuando em exploração e em expansão para um melhor servir da população local. A existência de dois furos, e brevemente dum terceiro, servem para o abastecimento duma piscina, dum hotel, das termas, e da balneoterapia. Devido à riqueza a nível das temperaturas, dos caudais, e ao nível das necessidades energéticas existentes, este complexo apresenta um tempo de retorno de investimento de cerca de 7 anos, o que é geralmente considerado para investimentos para fins públicos, como é o caso. No âmbito das investigações agora realizadas, foi constatado que estes projetos suportam a cobertura de alguma incerteza hidrogeológica, dada a importante procura existente.

Evolução hidrogeoquímica das águas sulfúreas de Entre-os-Rios: avaliação preliminar

O principal objectivo desta dissertação foi avaliar a evolução hidrogeoquímica das águas minerais de Entre‐os‐Rios, para uma melhor compreensão do modelo hidrogeológico conceptual deste sistema hidromineral. Desta forma, foram coligidos diversos dados hidroquímicos, quer das nascentes clássicas (Torre, Curveira, Ardias, Arcos Esquerda e Arcos Direita), quer do furo Barbeitos. Foram compiladas e analisadas oitenta análises hidroquímicas no período 1938‐2012, incluindo características organolépticas (cheiro, cor e turbidez), diversas propriedades físico-químicas (temperatura, pH, condutividade eléctrica, sulfuração, etc), os principais catiões e aniões (bicarbonato, fluoreto, sódio, lítio, etc) e os elementos vestigiários (chumbo, tungsténio, boro, etc). Além disso, foram integrados os dados históricos disponíveis de finais do século XIX e inícios do século XX. Foram igualmente reunidos e discutidos alguns dados isotópicos (oxigénio‐18, deutério e trítio). O recurso hidromineral de Entre‐os‐Rios está condicionado pela litologia e pelas condições tectónicas. As análises químicas revelaram que as águas minerais de Entre‐os‐Rios apresentam uma estabilidade química nos últimos 100 anos. Estas águas são orto‐ a hipertermais, fracamente mineralizadas, de reacção alcalina, sulfídricas, bicarbonatadas sódicas, carbonatadas e muito fluoretadas. Estas características são claramente distintas das águas normais da região. As águas de Entre‐os‐Rios são muito semelhantes às águas minerais de S. Vicente e, em diversos parâmetros, bastante diferentes das águas minerais das Caldas da Saúde. Os dados isotópicos permitiram concluir que as águas de Entre‐os‐Rios têm uma origem meteórica, com um tempo de residência longo no sistema aquífero, e que são, muito provavelmente, submodernas, com uma recarga anterior a 1952. Na região de Entre‐os‐Rios coexistem três sistemas aquíferos, um sistema granítico superficial, livre e um sistema livre a semi‐confinado, ambos com circulação de águas normais, e um sistema aquífero granítico, profundo, confinado, com circulação de água mineral.

Auditoria energética às unidades de cogeração e central térmica

A tese de mestrado teve como objetivo o estudo e análise do funcionamento das centrais de cogeração e térmica da fábrica da Unicer em Leça do Balio, com o intuito de melhorar a sua eficiência, propondo alterações processuais. O trabalho realizado consistiu no reconhecimento das instalações, seguido da formulação e resolução dos balanços de energia globais. Com o acompanhamento diário do funcionamento foi possível propor melhorias sem custos que se revelaram muito benéficas, registando-se um aumento nas recuperações térmicas e por consequência no Rendimento Elétrico Equivalente (R.E.E.), na eficiência da instalação da cogeração e da central térmica. Na cogeração registou-se um aumento de 36,2% na potência recuperada em água quente, aproximadamente 600 kW, sendo já superior à prevista pelo projeto. Na caldeira recuperativa registou-se um ligeiro aumento de 4,0% na potência recuperada. Deste modo o rendimento térmico da central aumentou 6,4%, atingindo os 40,8% e superando os 40,4% projetados. O rendimento global final foi de 83,1% o que representa um aumento de 6,3%. O R.E.E. em Maio de 2014 foi de 76,3%, superior ao valor em Junho de 2013 em 8,7%. Tendo como referência o valor alvo de 70,5% para o R.E.E. apontado no início do estágio, nos últimos 8 meses o seu valor tem sido sempre superior e em crescimento. Existe ainda a possibilidade de aproveitar a energia térmica de baixa temperatura que está a ser dissipada numa torre de arrefecimento, no mínimo 40 kW, num investimento com um período de retorno de investimento máximo de 8,1 meses. Na central térmica registou-se um aumento do rendimento para a mesma quantidade de energia produzida na central, pois esta é a principal variável do processo. Em 2014 a produção de energia apresentou um valor inferior a 2013, 6,9%, e a eficiência registou um acréscimo de 2,0%. A incorporação de biogás na alimentação de combustível à caldeira bifuel não pareceu comprometer significativamente a eficiência da central térmica, pelo que a sua utilização é benéfica. Com o aumento das recuperações térmicas na central de cogeração foram estimadas poupanças de gás natural equivalentes a 3,3 GWh, o que significa 120.680€ economizados nos últimos 11 meses do trabalho. É esperado uma poupança de 18.000€ mensais com a melhoria do funcionamento obtida nas duas centrais.

Novel LTCC-potentiometric microfluidic device for biparametric analysis of organic compounds carrying plastic antibodies as ionophores: Application to sulfamethoxazole and trimethoprim

Monitoring organic environmental contaminants is of crucial importance to ensure public health. This requires simple, portable and robust devices to carry out on-site analysis. For this purpose, a low-temperature co-fired ceramics (LTCC) microfluidic potentiometric device (LTCC/μPOT) was developed for the first time for an organic compound: sulfamethoxazole (SMX). Sensory materials relied on newly designed plastic antibodies. Sol–gel, self-assembling monolayer and molecular-imprinting techniques were merged for this purpose. Silica beads were amine-modified and linked to SMX via glutaraldehyde modification. Condensation polymerization was conducted around SMX to fill the vacant spaces. SMX was removed after, leaving behind imprinted sites of complementary shape. The obtained particles were used as ionophores in plasticized PVC membranes. The most suitable membrane composition was selected in steady-state assays. Its suitability to flow analysis was verified in flow-injection studies with regular tubular electrodes. The LTCC/μPOT device integrated a bidimensional mixer, an embedded reference electrode based on Ag/AgCl and an Ag-based contact screen-printed under a micromachined cavity of 600 μm depth. The sensing membranes were deposited over this contact and acted as indicating electrodes. Under optimum conditions, the SMX sensor displayed slopes of about −58.7 mV/decade in a range from 12.7 to 250 μg/mL, providing a detection limit of 3.85 μg/mL and a sampling throughput of 36 samples/h with a reagent consumption of 3.3 mL per sample. The system was adjusted later to multiple analyte detection by including a second potentiometric cell on the LTCC/μPOT device. No additional reference electrode was required. This concept was applied to Trimethoprim (TMP), always administered concomitantly with sulphonamide drugs, and tested in fish-farming waters. The biparametric microanalyzer displayed Nernstian behaviour, with average slopes −54.7 (SMX) and +57.8 (TMP) mV/decade. To demonstrate the microanalyzer capabilities for real applications, it was successfully applied to single and simultaneous determination of SMX and TMP in aquaculture waters.

Insights into the role of almond CBF transcription factors in the environmental control of cold acclimation and dormancy break

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Formation of a stable cyano-bridged dinuclear iron cluster following oxidation of the superoxide reductases from Treponema pallidum and Desulfovibrio vulgaris with K(3)Fe(CN)(6)

Inorg. Chem., 2003, 42 (4), pp 938–940 DOI: 10.1021/ic0262886

Label-free detection of biomolecules with Ta2O5-based field effect devices

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Nanotecnologias e Nanociências

Towards cryogenic liquid –vapor energy storage units for space applications

Dissertation to obtain the Doctoral degree in Physics Engineering

Regulation of the rice gene OsRMC under salt stress: identification and functional characterization of novel transcription factors

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Potential for ORC application in the Portuguese manufacturing industry

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais

40 K Neon liquid energy storage unit

Cryocoolers have been progressively replacing the use of the stored cryogens in cryogenic chains used for detector cooling, thanks to their higher and higher reliability. However, the mechanical vibrations, the electromagnetic interferences and the temperature fluctuations inherent to their functioning could reduce the sensor’s sensitivity. In order to minimize this problem, compact thermal energy storage units (ESU) are studied, devices able to store thermal energy without significant temperature increase. These devices can be used as a temporary cold source making it possible to turn the cryocooler OFF providing a proper environment for the sensor. A heat switch is responsible for the thermal decoupling of the ESU from the cryocooler’s temperature that increases when turned OFF. In this work, several prototypes working around 40 K were designed, built and characterized. They consist in a low temperature cell that contains the liquid neon connected to an expansion volume at room temperature for gas storage during the liquid evaporation phase. To turn this system insensitive to the gravity direction, the liquid is retained in the low temperature cell by capillary effect in a porous material. Thanks to pressure regulation of the liquid neon bath, 900 J were stored at 40K. The higher latent heat of the liquid and the inexistence of triple point transitions at 40 K turn the pressure control during the evaporation a versatile and compact alternative to an ESU working at the triple point transitions. A quite compact second prototype ESU directly connected to the cryocooler cold finger was tested as a temperature stabilizer. This device was able to stabilize the cryocooler temperature ((≈ 40K ±1 K) despite sudden heat bursts corresponding to twice the cooling power of the cryocooler. This thesis describes the construction of these devices as well as the tests performed. It is also shown that the thermal model developed to predict the thermal behaviour of these devices, implemented as a software,describes quite well the experimental results. Solutions to improve these devices are also proposed.

40 K neon liquid energy storage unit

Cryocoolers have been progressively replacing the use of the stored cryogens in cryogenic chains used for detector cooling, thanks to their higher and higher reliability. However, the mechanical vibrations, the electromagnetic interferences and the temperature fluctuations inherent to their functioning could reduce the sensor’s sensitivity. In order to minimize this problem, compact thermal energy storage units (ESU) are studied, devices able to store thermal energy without significant temperature increase. These devices can be used as a temporary cold source making it possible to turn the cryocooler OFF providing a proper environment for the sensor. A heat switch is responsible for the thermal decoupling of the ESU from the cryocooler’s temperature that increases when turned OFF. In this work, several prototypes working around 40 K were designed, built and characterized. They consist in a low temperature cell that contains the liquid neon connected to an expansion volume at room temperature for gas storage during the liquid evaporation phase. To turn this system insensitive to the gravity direction, the liquid is retained in the low temperature cell by capillary effect in a porous material. Thanks to pressure regulation of the liquid neon bath, 900 J were stored at 40K. The higher latent heat of the liquid and the inexistence of triple point transitions at 40 K turn the pressure control during the evaporation a versatile and compact alternative to an ESU working at the triple point transitions. A quite compact second prototype ESU directly connected to the cryocooler cold finger was tested as a temperature stabilizer. This device was able to stabilize the cryocooler temperature ((≈ 40K ±1 K) despite sudden heat bursts corresponding to twice the cooling power of the cryocooler. This thesis describes the construction of these devices as well as the tests performed. It is also shown that the thermal model developed to predict the thermal behaviour of these devices,implemented as a software, describes quite well the experimental results. Solutions to improve these devices are also proposed.