Band Engineering in Thermoelectric Materials Using Optical, Electronic, and Ab-Initio Computed Properties

Thermoelectric materials have demanded a significant amount of attention for their ability to convert waste heat directly to electricity with no moving parts. A resurgence in thermoelectrics research has led to significant enhancements in the thermoelectric figure of merit, zT, even for materials that were already well studied. This thesis approaches thermoelectric zT optimization by developing a detailed understanding of the electronic structure using a combination of electronic/thermoelectric properties, optical properties, and ab-initio computed electronic band structures. This is accomplished by applying these techniques to three important classes of thermoelectric materials: IV-VI materials (the lead chalcogenides), Half-Heusler’s (XNiSn where X=Zr, Ti, Hf), and CoSb₃ skutterudites.

In the IV-VI materials (PbTe, PbSe, PbS) I present a shifting temperature-dependent optical absorption edge which correlates well to the computed ab-initio molecular dynamics result. Contrary to prior literature that suggests convergence of the primary and secondary bands at 400 K, I suggest a higher convergence temperature of 700, 900, and 1000 K for PbTe, PbSe, and PbS, respectively. This finding can help guide electronic properties modelling by providing a concrete value for the band gap and valence band offset as a function of temperature.

Another important thermoelectric material, ZrNiSn (half-Heusler), is analyzed for both its optical and electronic properties; transport properties indicate a largely different band gap depending on whether the material is doped n-type or p-type. By measuring and reporting the optical band gap value of 0.13 eV, I resolve the discrepancy in the gap calculated from electronic properties (maximum Seebeck and resistivity) by correlating these estimates to the electron-to-hole weighted mobility ratio, A, in narrow gap materials (A is found to be approximately 5.0 in ZrNiSn).

I also show that CoSb₃ contains multiple conduction bands that contribute to the thermoelectric properties. These bands are also observed to shift towards each other with temperature, eventually reaching effective convergence for T>500 K. This implies that the electronic structure in CoSb₃ is critically important (and possibly engineerable) with regards to its high thermoelectric figure of merit.

裂缝光纤传感的工程应用

光纤传感的灵敏性及工程"存活率"是其工程实用化的两个关键技术参量,对光纤-混凝土结构两种常用裂缝光纤传感光信号对裂缝宽度的灵敏性与存活率进行了实验研究,对光纤涂覆层对灵敏性影响的大小和机理进行了分析,并制作了灵敏性与存活率均较高的光纤试验样本,与裂缝成45°夹角时,相比于等直径的普通二次涂覆粗光纤(10/125/900μm),样本的灵敏性提高近65%,而存活率亦高出约15%。研究结果可为裂缝光纤传感的优化设计和工程应用提供了基本参照。

Região Serrana do Estado do Rio de Janeiro e a expansão dos riscos ambientais, ações preventivas e catástrofes: o caso de Petrópolis

O município de Petrópolis, palco de recorrente de problemas ambientais envolvendo movimentos de massa concentrados historicamente na sua área mais urbanizada, os distritos Sede e Cascatinha, vive nas últimas décadas um crescimento populacional que se orienta basicamente para antigas áreas rurais de Itaipava, Pedro do Rio e Posse. O objetivo geral da pesquisa é investigar como este crescimento vem ocorrendo, analisando as características geológico-geomorfológicas dos novos espaços ocupados, os fatores predisponentes às novas condições de risco envolvendo os movimentos de massa e as inundações. Assim, foi elaborado um panorama sócio-evolutivo do processo de ocupação do solo em Petrópolis, considerando especialmente a dinâmica demográfica registrada nos distritos através dos censos demográficos a partir da década de 1940. Utilizando o geoprocessamento como ferramenta e a classificação visual de segmentação de OrtofotosCarta IBGE na escala 1: 25.000, foram produzidos mapas de uso do solo para o município e distritos detalhando a área ocupada. Com o fim de atender ao diagnóstico das situações de risco foi realizado o levantamento da situação atual da ocorrência dos movimentos de massa e inundações no município, comparando levantamentos anteriores e verificando a distribuição das ocorrências e a população atingida. Por fim, a avaliação da execução da política de desenvolvimento e expansão urbana definida no Plano Diretor de Petrópolis e na Lei de Uso, Parcelamento e Ocupação do Solo, analisando o zoneamento e seus usos (rural, rururbano, urbano e zona de proteção especial) resultando no entendimento de como os aspectos normativos vem sendo tratados, naquilo que são respeitados e naquilo que não são cumpridos na dinâmica da ocupação do espaço, levantando as ações de prevenção, ou não, dos problemas ambientais. Contudo, a definição dos objetivos do trabalho teve dois momentos. O primeiro com a análise da expansão urbana construindo novas condições de risco e o segundo momento, lamentavelmente, aquele no qual as evidências ganharam contorno de realidade com o ocorrido em dezembro de 2010 e em janeiro de 2011, principalmente quando inundações bruscas associadas aos deslizamentos de terra nas encostas atingiram áreas de Petrópolis e de outros municípios da região Serrana do Estado do Rio de Janeiro, certamente, a maior tragédia ambiental ocorrida no Centro-Sul do país até então. Com mais de 900 mortos, centenas de desaparecidos e milhares de desabrigados e desalojados, os eventos suplantaram os objetivos do trabalho, colocando novas questões, ao mesmo tempo em que a realidade demonstrou a coerência e pertinência daqueles objetivos com os problemas apresentados. Assim, dentre os objetivos passou a constar também a verificação in loco das conseqüências de movimentos de massa e inundações nas áreas apontadas anteriormente, como foi o caso do vale do Rio Santo Antônio em Itaipava. O trabalho, assim, se pautou por indicar a necessidade ter-se maior atenção às novas áreas de ocupação no município, considerando a natureza do território, contribuindo como um subsídio na prevenção ao risco.

Dualidade na teoria de Landau-Ginzburg da supercondutividade

Neste trabalho abordamos a teoria de Ginzburg-Landau da supercondutividade (teoria GL). Apresentamos suas origens, características e resultados mais importantes. A idéia fundamental desta teoria e descrever a transição de fase que sofrem alguns metais de uma fase normal para uma fase supercondutora. Durante uma transição de fase em supercondutores do tipo II é característico o surgimento de linhas de fluxo magnético em determinadas regiões de tamanho finito chamadas comumente de vórtices. A dinâmica destas estruturas topológicas é de grande interesse na comunidade científica atual e impulsiona incontáveis núcleos de pesquisa na área da supercondutividade. Baseado nisto estudamos como essas estruturas topológicas influenciam em uma transição de fase em um modelo bidimensional conhecido como modelo XY. No modelo XY vemos que os principais responsáveis pela transição de fase são os vórtices (na verdade pares de vórtice-antivórtice). Villain, observando este fato, percebeu que poderia tornar explícita a contribuição desses defeitos topológicos na função de partição do modelo XY realizando uma transformação de dualidade. Este modelo serve como inspiração para a proposta deste trabalho. Apresentamos aqui um modelo baseado em considerações físicas sobre sistemas de matéria condensada e ao mesmo tempo utilizamos um formalismo desenvolvido recentemente na referência [29] que possibilita tornar explícita a contribuição dos defeitos topológicos na ação original proposta em nossa teoria. Após isso analisamos alguns limites clássicos e finalmente realizamos as flutuações quânticas visando obter a expressão completa da função correlação dos vórtices o que pode ser muito útil em teorias de vórtices interagentes (dinâmica de vórtices).

Tratamento de efluentes líquidos na Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF): avaliação da aplicabilidade do processo eletrolítico.

Esta pesquisa enfoca o uso do processo eletrolítico, como alternativa para tratamento de efluentes líquidos na Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF), considerando as limitações ambientais locais e aspectos de consumo de energia. Este processo, classificado como não convencional, vem sendo estudado pela comunidade científica nacional e internacional para tratamento de diversos efluentes, inclusive esgotos domésticos, apresentando várias vantagens que estimularam a verificação de sua aplicabilidade para as condições peculiares da EACF. Foram realizados ensaios, em escala de laboratório, com esgotos domésticos coletados em um condomínio no Rio de Janeiro, usando reatores eletrolíticos com capacidade de 4 L, com eletrodos de desgaste de alumínio (Al) e de ferro (Fe), distância entre as placas de 0,9 cm e 1,8 cm, temperaturas na faixa de 7C a 22C, e ensaios para verificação da sua eficiência, por meio de parâmetros como DQO, DBO5, SST, turbidez e volume de lodo gerado. Sob temperatura de 15C e condições de condutividade da ordem de 900 S/cm, estimada para os esgotos da EACF, aplicando densidade de corrente de 22,9 A/m2, 4,5 V, tempo de retenção de 25 min, os resultados apresentaram valores de DQO no efluente tratado de 65 mg/L(redução de 89%), DBO de 56 mg/L (redução de 64 %), SST de 8 mg/L, com turbidez de 11,3 uT e, após filtração, turbidez de 3,2 uT, consumo de energia de 0,8 Wh/L. O aspecto é límpido e a qualidade final obtida é compatível para ser submetida a tratamento de desinfecção. A partir dos dados obtidos, foram avaliadas por meio de pré-projeto: a viabilidade de sua implantação em container, a estimativa de consumo de energia e de lodo gerado, requisitos de manutenção, operação, além da sugestão de monitoramentos e de medidas de mitigação de impactos ambientais associados à respectiva instalação.

Photoproduction of charged pion pairs from hydrogen at photon energies between 800 and 1500 MeV

The reaction γ + p p + π⁺ + π^- has been studied for photon energies between 800 and 1500 MeV and for dipion masses between 510 and 900 MeV. The bremsstrahlung beam from the Caltech synchrotron was passed through a liquid hydrogen target and spark chambers were used to detect the three final particles. In addition, the proton energy was determined by a range measurement. Approximately 40,000 photographs were taken, yielding 3018 acceptable events. The results were fit to an incoherent combination of the N*(1238) resonance, the p^o (750) resonance, and three-body phase space, with various models being tried for p^o production. The total cross section for p^o production is consistent with previous experiments. However, the angular dependence of the cross section is slightly more peaked in the forward direction, and the ratio of p^o production to phase space production is larger than previously observed.

However, since this experiment was only sensitive to the production angles cos θ cm ≥ .75, statistical fluctuations and/or an anisotropic distribution of background production have a severe influence on the p^o to background ratio. Of the p^o models tested, the results prefer p^o production by the one pion exchange mechanism with a very steep form factor dependence. The values of the mass and width of the p^o found here are consistent with previous experiments.

The rate and mechanism of the partial oxidation of acetaldehyde by PPM concentrations of nitrogen dioxide

The thermal reaction between nitrogen dioxide and acetaldehyde in the gas phase was investigated at room temperature and atmospheric pressure. The initial rate of disappearance of nitrogen dioxide was 1.00 ± 0.03 order with respect to nitrogen dioxide and 1.00 ± 0.07 order with respect to acetaldehyde. An initial second order rate constant of (8.596 ± 0.189) x 10^-3 1.mole^-1 sec^-1 was obtained at 22.0 ± 0.1 °C and a total pressure of one atmosphere. The activation energy of the reaction was 12,900 cal/mole in the temperature range between 22°C and 122°C.

The products of the reaction were nitric oxide, carbon dioxide, methyl nitrite, nitromethane and a trace amount of trans-dimeric nitrosomethane. The addition of nitric oxide increased the rate of formation of nitromethane and decreased the rate of formation of methyl nitrite. There were no measurable surface effects due to the addition of glass wool or glass beads to the reactor.

Reactants and products were analyzed by gas chromatography. A mechanism was proposed incorporating the principal features of the reaction.

Fields of apertured polychromatic laser beams with Gaussian and Hermite-Gaussian transverse modes

Starting from the Huygens-Fresnel diffraction integral, the field expressions of apertured polychromatic laser beams with Gaussian and Hermite-Gaussian transverse modes are derived. Influence of the bandwidth on the intensity distributions of the laser beams is analyzed. It is found that when the bandwidth increases, the amplitudes and numbers of the intensity spikes decrease and beam uniformity is improved in the near field and the width of transverse intensity distribution of the apertured beams decreases in the far field. Thus, the smoothing and narrowing effects can be achieved by increasing the bandwidth. Also, these effects are found in the laser beams with Hermite-Gaussian transverse modes as the bandwidth increases.(c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estudo da Comunidade de anfíbios anuros ao longo de um gradiente altitudinal na Ilha Grande, Angra dos Reis, RJ. Rio de Janeiro 2010

Este estudo investigou a variação altitudinal da comunidade de anfíbios anuros em uma montanha de floresta Atlântica da Ilha Grande, avaliando a ocorrência, distribuição, organização e riqueza de anuros nas diferentes altitudes. Estabelecemos seis faixas de altitude para realização do estudo: 150, 300, 450, 600, 750 e 900 metros acima do nível do mar. Utilizamos duas metodologias de amostragem: o método de parcelas grandes (5 x 5 metros) e o método de transecção, entre janeiro de 2008 e março de 2009. Os dados indicaram que na região de Mata Atlântica do Pico do Papagaio ocorre uma considerável riqueza de espécies de anuros, a qual varia dependendo da faixa de altitude ao longo do gradiente altitudinal do morro. Houve em geral uma tendência a um decréscimo da riqueza com aumento da altitude, com exceção da altitude de 900 metros, onde a riqueza teve um aumento quando comparado à faixa altitudinal imediatamente abaixo. Nossos dados mostram ainda que ao longo de todo o gradiente altitudinal do morro, as maiores riquezas de anuros em geral ocorrem nas faixas de altitudes de 150 e 300 metros. Nossos dados indicaram para a região estudada uma considerável densidade de anuros, que além de variar significativamente entre as estações seca e chuvosa, foi influenciada negativamente pela altitude: na medida em que houve um aumento da altitude ocorreu uma correspondente diminuição na densidade geral de anuros da comunidade componente. A anurofauna da região do Pico do Papagaio apresentou uma queda abrupta na abundância a partir dos 450 metros de altitude, com grande dominância, em termos numéricos, de três espécies com desenvolvimento direto. Nossos dados mostraram haver uma variação sazonal na abundância e, nas densidades de anuros na região do Pico do Papagaio. Concluímos que a região de Mata Atlântica do Pico do Papagaio possui uma elevada riqueza de espécies de anuros, a qual varia ao longo do gradiente altitudinal com os maiores valores de riqueza e abundâncias encontradas entre as faixas de 150 e 300 metros, o que pode ser favorecido pela menor inclinação do terreno, pela maior ocorrência de cursos dágua e pela elevada pluviosidade que ocorre nestas faixas altitudinais na Ilha Grande. A considerável similaridade na comunidade componente de anuros entre as altitudes de 150 e 300 pode resultar da similaridade estrutural da vegetação entre estas faixas de altitudes. A região em geral teve uma alta densidade de anuros, que além de variar sazonalmente, foi negativamente influenciada pela altitude. A observada redução na abundância dos anuros a partir dos 450 metros de altitude pareceu favorecer espécies com desenvolvimento direto.

A comunidade de pequenos mamíferos em áreas de savana metalófila e floresta ombrófila densa na Floresta Nacional de Carajás, PA: Estrutura, estratificação e impacto da mineração

Os pequenos mamíferos apresentam maior diversidade para a região Neotropical e são bons indicadores de alterações de habitats. Nós amostramos dois tipos de fitofisionomias. Os objetivos deste estudo foram avaliar a estrutura, a estratificação vertical e o impacto da mineração na comunidade de pequenos mamíferos nas áreas de Canga e Floresta. Foram amostradas seis linhas paralelas a partir da borda, em cada área. Foram instaladas 60 armadilhas intercaladas nos três estratos: solo, sub-bosque e dossel, durante seis noites consecutivas. E armadilhas de queda e interceptação, com 15 baldes em cada trilha, apenas nas áreas de Floresta. Foram amostradas uma área de cada fitofisionomia mais próxima e mais afastada do impacto, durante dois períodos chuvosos e dois secos, de 2009 a 2011. Nós encontramos diferenças muito evidentes quanto à composição e estrutura nos dois tipos de fitofisionomias amostradas: a riqueza foi maior na Floresta e a abundância total foi maior na Canga. Das 24 espécies amostradas, 15 foram registradas exclusivamente no solo, oito no solo e sub-bosque e uma (Glironia venusta) exclusivamente no dossel. Apenas Micoureus demerarae foi registrado nos três estratos e Caluromys philander apenas no sub-bosque e dossel. O efeito do impacto é muito evidente nas Florestas e menos nas Cangas. Nas Florestas, quanto mais distante do impacto, maior a riqueza e abundância de espécies. É importante a continuidade e o aprofundamento de estudos com comunidades de pequenos mamíferos na Floresta Nacional de Carajás, ampliando o conhecimento científico para propor medidas que minimizem o impacto causado pela atividade mineradora na região.

Dieta hiperlipídica materna e pós-natal promove remodelamento adverso do fígado, pâncreas e tecido adiposo na prole

A dieta hiperlipídica (high-fat, HF) materna durante a gestação e/ou lactação aumenta a susceptibilidade da prole para o desenvolvimento de doenças crônicas na fase adulta. Verificar a hipótese que a ingestão materna de dieta HF nos períodos críticos de desenvolvimento (gestação e/ou lactação) predispõe à doença não alcoólica do fígado gorduroso e alterações pancreáticas e no tecido adiposo de camundongos machos adultos. Camundongos C57BL/6 fêmeas receberam durante a gestação e/ou lactação dieta padrão (standard chow, SC) ou HF. Filhotes machos foram divididos em cinco grupos: SC provenientes de mães SC; G provenientes de mães HF durante a gestação; L provenientes de mães HF durante a lactação; GL/HF provenientes de mães HF durante a gestação/lactação, mantendo a mesma dieta HF no período pós-natal (do desmame aos 3 meses deidade); GL provenientes de mães HF durante a gestação/lactação trocando a dieta para SC no período pós-natal (do desmame aos 3 meses deidade). Foi analisada ao longo do experimento a massa corporal da prole. No sacrifício (3 meses), o fígado, o pâncreas e a gordura epididimária foram removidos, pesados e processados e o sangue foi coletado para análise bioquímica. Ao nascimento e ao desmame, filhotes GL/HF foram mais pesados (+6% e +44%, p<0,05, respectivamente) que os filhotes SC. Os filhotes G apresentaram resistência à insulina e menor expressão do transportador de glicose no fígado (GLUT-2). A esteatose hepática foi observada nos grupos G, L, GL e principalmente nos filhotes do grupo GL/HF. A expressão hepática da proteína ligante de elementos regulatórios de esteróis (SREBP-1c) estava aumentada nos filhotes G, GL e GL/HF. Os filhotes G, GL e GL/HF apresentaram hipertrofia da ilhota pancreática e dos adipócitos quando comparados com o grupo SC. O consumo de dieta HF durante a gestação mostra-se ser o período mais prejudicial para os filhotes adultos de camundongos. A programação metabólica por dieta HF leva ao remodelamento adverso do fígado, do pâncreas e do tecido adiposo

网络的发展对光盘应用的影响

一、引言21世纪是数字化和多媒体化的信息时代,随着社会和经济的发展,特别是IT产业的快速发展,全球信息每年以指数方式上升。最近IDC的研究报告指出,2006年,全球的信息量为1610亿GB;到2010年,全球数字信息量预计为9880亿GB。中国的数字信息总量,也将从2006年的127.1亿GB增加到900.5亿GB,占全球信息总量的9.1%。同时,根据国家信息产业部的年度