Dynamic characterization of micro-particle systems

Ordered granular systems have been a subject of active research for decades. Due to their rich dynamic response and nonlinearity, ordered granular systems have been suggested for several applications, such as solitary wave focusing, acoustic signals manipulation, and vibration absorption. Most of the fundamental research performed on ordered granular systems has focused on macro-scale examples. However, most engineering applications require these systems to operate at much smaller scales. Very little is known about the response of micro-scale granular systems, primarily because of the difficulties in realizing reliable and quantitative experiments, which originate from the discrete nature of granular materials and their highly nonlinear inter-particle contact forces.

In this work, we investigate the physics of ordered micro-granular systems by designing an innovative experimental platform that allows us to assemble, excite, and characterize ordered micro-granular systems. This new experimental platform employs a laser system to deliver impulses with controlled momentum and incorporates non-contact measurement apparatuses to detect the particles’ displacement and velocity. We demonstrated the capability of the laser system to excite systems of dry (stainless steel particles of radius 150 micrometers) and wet (silica particles of radius 3.69 micrometers, immersed in fluid) micro-particles, after which we analyzed the stress propagation through these systems.

We derived the equations of motion governing the dynamic response of dry and wet particles on a substrate, which we then validated in experiments. We then measured the losses in these systems and characterized the collision and friction between two micro-particles. We studied wave propagation in one-dimensional dry chains of micro-particles as well as in two-dimensional colloidal systems immersed in fluid. We investigated the influence of defects to wave propagation in the one-dimensional systems. Finally, we characterized the wave-attenuation and its relation to the viscosity of the surrounding fluid and performed computer simulations to establish a model that captures the observed response.

The findings of the study offer the first systematic experimental and numerical analysis of wave propagation through ordered systems of micro-particles. The experimental system designed in this work provides the necessary tools for further fundamental studies of wave propagation in both granular and colloidal systems.

Modulation of the effectiveness of 17-alpha-hydroxy-20-beta-dihydroprogesterone or of a gonadotrophic extract on the in vitro intrafollicular maturation of oocytes of the rainbow trout Salmo gairdnerii by various non-maturing steroids [Translation from: Compte Rendu Hebdomadaire des Seances de l'Academie des Sciences, Paris, Series D 281, 811-814, 1975]

The effectiveness of 17 α-hydroxy-20 β-dihydroprogesterone (17 α-20 β Pg) or of a trout hypophyseal gonadotrophic extract on the in vitro intrafollicular maturation of trout oocytes can be modulated by steroids which do not have a direct maturing effect; the effectiveness of the gonadotrophic extract is lowered by oestradiol and oestrone and increased by testosterone. As these steroids have no significant effect on maturation induced by 17 α-20 β Pg, the site of their activity is probably in the follicular envelopes. Corticosteroids, and Cortisol and cortisone in particular increase the effectiveness of the gonadotrophic extract, but increase the effectiveness of 17 α-20 β Pg even more strongly, suggesting that this 'progestagen' has a direct effect on oocyte sensitivity.

Um método SN híbrido direto para cálculos de sistemas combustível-moderador em geometria unidimensional

Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Descrevemos uma análise espectral das equações de ordenadas discretas (SN)a um grupo e a dois grupos de energia, onde seguimos uma analogia com o método de Case. Utilizamos, neste método, quadraturas angulares diferentes no combustível (NC) e no moderador (NM), onde em geral assumimos que NC > NM . Condições de continuidade especiais que acoplam os fluxos angulares que emergem do combustível (moderador) e incidem no moderador (combustível), foram utilizadas com base na equivalência entre as equações SN e PN-1, o que caracteriza a propriedade híbrida do modelo proposto. Sendo um método híbrido direto, utilizamos as NC + NM equações lineares e algébricas constituídas pelas (NC + NM)/2 condições de contorno reflexivas e (NC + NM)/2 condições de continuidade para determinarmos as NC + NM constantes. Com essas constantes podemos calcular os valores dos fluxos angulares e dos fluxos escalares em qualquer ponto do domínio. Apresentamos resultados numéricos para ilustrar a eficiência e a precisão do método proposto.

Avaliação da influência do material de confecção das matrizes no teste de conversão monomérica por espectrometria no infravermelho de um compósito

Este estudo teve por objetivo avaliar, in vitro, a influência do material de confecção das matrizes, traçando um perfil da conversão monomérica de um compósito micro-híbrido, além de avaliar qual dos materiais testados mais se assemelha a uma matriz de dentina. A avaliação foi feita através da análise do grau de conversão (GC). Foram confeccionadas 3 matrizes bipartidas, sendo estas de teflon negro, tefon branco e aço inoxidável, ambas com 10mm de diâmetro e 2 mm de profundidade. Para o grupo controle foi utilizado um incisivo central bovino, o qual teve sua face vestibular aplainada em uma lixadeira sob refrigeração constante, com o auxílio de uma lixa de carbeto de silício, número 800. Após, este dente foi preparado com uma broca diamantada número 2294 (KG Sorensen) em alta rotação, própria para a preparação de cavidades padronizadas para ensaios de laboratório, apresentando um limitador de penetração. Em seguida, com um motor de baixa rotação foi realizado o acabamento das paredes, obtendo-se uma cavidade de 2,0 mm de profundidade por 9,0 mm de diâmetro. Pela palatina desse dente, com uma broca carbide cilíndrica de numeração 2056 (KG Sorensen), fez-se uma penetração até se obter uma parede de dentina extremamente fina, porém sem que esta fosse rompida. Assim, com uma agulha, fez-se uma pequena perfuração no centro dessa dentina para que este instrumental servisse como um pino para remoção do corpo de prova de dentro da matriz de dente. Os corpos de prova (CP) foram obtidos a partir da inserção do compósito no interior da perfuração das matrizes em um único incremento e cobertos na superfície externa com uma matriz de poliéster mais uma lamínula de vidro. Os CP foram fotopolimerizados por 40 s pela fonte de luz halógena Optilux 501 (Demetron), com 500 mW/cm. Imediatamente após a polimerização, os corpos de prova eram submetidos no topo e na base para a análise de espectrometria no infravermelho para a determinação da profundidade de polimerização, pela técnica do filme vazado para o compósito não polimerizado e pela técnica da pastilha de brometo de potássio (KBr) para o compósito polimerizado. Foram confeccionados 5 CP de cada grupo. Em cada grupo, o compósito da base e do topo das amostras foi moído até se obter de 1,5 a 2,0 mg de pó e misturado com 70 mg de KBr, para obtenção da pastilha de KBr. Foi feita a análise de espectrofotometria no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). As absorções selecionadas para o cálculo foram 1610 cm-1 e 1637 cm-1, os picos dos espectros das ligações dos carbonos aromáticos e alifáticos, respectivamente. Os dados obtidos foram tratados estatisticamente. Os grupos Gr1B, Gr2B, Gr3B e Gr4B representam, respectivamente, as bases dos CP confeccionados pelas matrizes de DB, TN, TB e AI. Já os Gr1T, Gr2T, Gr3T e Gr4T representam os topos. Médias (%) e DP: Gr1T (46,461,99), Gr2T (39,864,51), Gr3T (44,053,44) e Gr4T (38,045,08). Gr1B (40,441,49), Gr2B (36,153,81), Gr3B (40,093,18) e Gr4B (35,593,35). Em posse dos resultados, pôde-se concluir que os grupos do teflon negro, teflon branco e aço inoxidável não apresentaram diferenças entre o grau de conversão do topo e da base, enquanto que o grupo da dentina apresentou maior conversão do topo. Comparando as matrizes entre elas, pôde-se perceber que no topo, o GC do dente bovino é maior que o GC do aço inoxidável e do que o de teflon negro, o GC do teflon branco é maior que o GC do aço inoxidável e do que o de teflon negro. Já o topo dos grupos de dente bovino e teflon banco foram semelhantes. Nas bases dos CPs, não houve diferença significativa entre os grupos testados. De acordo com os resultados obtidos no experimento, pôde-se concluir que nos grupos do teflon negro, teflon branco e aço inoxidável não houve diferença entre 0 e 2 mm, ou seja, topo e base, o que mostra que o material de confecção da matriz não influênciou o grau de conversão do compósito. Já para o grupo da matriz de dentina, o topo apresentou valor de conversão monomérica maior, mostrando que, neste caso, o material da matriz interferiu no grau de conversão. Pode-se perceber também que existe uma tendência da matriz de teflon branco se assemelhar mais a matriz de dentina, pois foi o único grupo que apresentou semelhança nos valores de conversão monomérica no topo das amostras. Porém analisando a base das amostras, percebe-se que todos os grupos se comportaram de forma semelhante, obtendo valores do grau de conversão sem diferença significante.

Expressão de fatores de virulência, mecanismos de resistência aos agentes antimicrobianos e análise molecular da resistência aos beta-lactâmicos de enterobactérias isoladas de bolsas periodontais

Em estudo anterior, as espécies de enterobactérias apresentando perfis variados de resistência aos antimicrobianos foram detectadas em 20% dos sítios com lesões periodontais de pacientes sadios do ponto de vista sistêmico. Tais cepas microbianas foram submetidas a investigações com o intuito de determinar à expressão de enzimas hidrolíticas para substratos diversos, a multirresistência aos agentes antimicrobianos e os mecanismos de resistência aos antimicrobianos da classe dos β lactâmicos. A maioria das amostras expressou atividade de gelatinase (65%), caseinase (30%) e elastase (10%). Lipase, lecitinase e DNase foram observadas apenas para Serratia marcescens. A multirresistência (considerado como a resistência a pelo menos dois agentes antimicrobianos de famílias diferentes) foi observada em 56% das amostras isoladas. A maioria das cepas foi resistentes à ampicilina (93,75%) e amoxicilina/ácido clavulânico (81,25%). Investigações sobre a resistência aos antibióticos β-lactâmicos mostraram que três amostras resistentes à cefalosporinas de 2 geração, apresentaram perfis plasmidiais de diferentes pesos moleculares. A expressão fenotípica de β-lacatamases, foi detectada nas cepas de Enterobacter cloacae (PcOM46 e PcOM5) e S. marcescens (PcOM63). No entanto, na análise molecular, não foi possível confirmar a expressão fenotípica de diferentes β-lactamases, com exceção do E. cloacae PcOM46, que apresentou amplificação para AmpC e blaTEM. Embora sensível à maioria dos antibióticos β-lactâmicos (exceção feita à ampicilina e amoxicilina / ácido clavulânico), amostra de S. marcescens PcOM68 apresentou amplificação para o gene blaSHV. Os experimentos de conjugação não detectaram a transferência de plasmídios para uma cepa de Escherichia coli K12 sensívei aos β-lactâmicos, o mesmo ocorreu nos procedimentos de transformação por eletroporação e por CaCl2, sugerindo uma resistência dependente de genes cromossomiais. A expressão de diferentes atividades enzimáticas, juntamente com a resistência aos antimicrobianos, aponta estes grupos de bactérias como agentes patogênicos potenciais capazes de contribuir para a patogênese e resposta à quimioterapia antimicrobiana nas doenças periodontais, além da disseminação sistêmica para outros locais do corpo, especialmente em indivíduos imunocomprometidos. A colonização prévia de lesões periodontais por espécies resistentes aos β-lactâmicos, pode contribuir para a disseminação destes genes relacionados à resistência aos antimicrobianos em ambientes hospitalares.

Utilização da transformada de características invariante a escala (SIFT) na automatização da obtenção de pontos do Sistema de Imagens Tridimensional Híbrido (SITH)

Esta dissertação apresenta um aperfeiçoamento para o Sistema de Imagens Tridimensional Híbrido (SITH) que é utilizado para obtenção de uma superfície tridimensional do relevo de uma determinada região a partir de dois aerofotogramas consecutivos da mesma. A fotogrametria é a ciência e tecnologia utilizada para obter informações confiáveis a partir de imagens adquiridas por sensores. O aperfeiçoamento do SITH consistirá na automatização da obtenção dos pontos através da técnica de Transformada de Características Invariantes a Escala (SIFT - Scale Invariant Feature Transform) dos pares de imagens estereoscópicas obtidos por câmeras aéreas métricas, e na utilização de técnicas de interpolação por splines cúbicos para suavização das superfícies tridimensionais obtidas pelo mesmo, proporcionando uma visualização mais clara dos detalhes da área estudada e auxiliando em prevenções contra deslizamentos em locais de risco a partir de um planejamento urbano adequado. Os resultados computacionais mostram que a incorporação destes métodos ao programa SITH apresentaram bons resultados.

Beta and gamma vibrational bands in deformed nuclei

Energies and relative intensities of gamma transitions in ¹⁵²Sm, ¹⁵²Gd, ¹⁵⁴Gd, ¹⁶⁶Er, and ²³²U following radioactive decay have been measured with a Ge(Li) spectrometer. A peak fitting program has been developed to determine gamma ray energies and relative intensities with precision sufficient to give a meaningful test of nuclear models. Several previously unobserved gamma rays were placed in the nuclear level schemes. Particular attention has been paid to transitions from the beta and gamma vibrational bands, since the gamma ray branching ratios are sensitive tests of configuration mixing in the nuclear levels. As the reduced branching ratios depend on the multipolarity of the gamma transitions, experiments were performed to measure multipole mixing ratios for transitions from the gamma vibrational band. In ¹⁵⁴Gd, angular correlation experiments showed that transitions from the gamma band to the ground state band were predominantly electric quadrupole, in agreement with the rotational model. In ²³²U, the internal conversion spectrum has been studied with a Si(Li) spectrometer constructed for electron spectroscopy. The strength of electric monopole transitions and the multipolarity of some gamma transitions have been determined from the measured relative electron intensities.

The results of the experiments have been compared with the rotational model and several microscopic models. Relative B(E2) strengths for transitions from the gamma band in ²³²U and ¹⁶⁶Er are in good agreement with a single parameter band mixing model, with values of z₂= 0.025(10) and 0.046(2), respectively. Neither the beta nor the gamma band transition strengths in ¹⁵²Sm and ¹⁵⁴Gd can be accounted for by a single parameter theory, nor can agreement be found by considering the large mixing found between the beta and gamma bands. The relative B(E2) strength for transitions from the gamma band to the beta band in ²³²U is found to be five times greater than the strength to the ground state band, indicating collective transitions with strength approximately 15 single particle units.

Electrical and optical investigations of beta-gallium oxide

An experimental investigation of the optical properties of β–gallium oxide has been carried out, covering the wavelength range 220-2500 nm.

The refractive index and birefringence have been determined to about ± 1% accuracy over the range 270-2500 nm, by the use of a technique based on the occurrence of fringes in the transmission of a thin sample due to multiple internal reflections in the sample (ie., the "channelled spectrum" of the sample.)

The optical absorption coefficient has been determined over the range 220 - 300 nm, which range spans the fundamental absorption edge of β – Ga₂O₃. Two techniques were used in the absorption coefficient determination: measurement of transmission of a thin sample, and measurement of photocurrent from a Schottky barrier formed on the surface of a sample. Absorption coefficient was measured over a range from 10 to greater than 10⁵, to an accuracy of better than ± 20%. The absorption edge was found to be strongly polarization-dependent.

Detailed analyses are presented of all three experimental techniques used. Experimentally determined values of the optical constants are presented in graphical form.

Real-time micro-vibration measurement in sinusoidal phase-modulating interferometry

As there exist some problems with the previous laser diode (LD) real-time microvibration measurement interferometers, such as low accuracy, correction before every use, etc., in this paper, we propose a new technique to realize the real-time microvibration measurement by using the LD sinusoidal phase-modulating interferometer, analyze the measurement theory and error, and simulate the measurement accuracy. This interferometer utilizes a circuit to process the interference signal in order to obtain the vibration frequency and amplitude of the detective signal, and a computer is not necessary in it. The influence of the varying light intensity and light path difference on the measurement result can be eliminated. This technique is real-time, convenient, fast, and can enhance the measurement accuracy too. Experiments show that the repeatable measurement accuracy is less than 3.37 nm, and this interferometer can be applied to real-time microvibration measurement of the MEMS. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Understanding Micro- and Macro-Mechanics of Soil Liquefaction: A Necessary Step for Field-Scale Assessment

Liquefaction is a devastating instability associated with saturated, loose, and cohesionless soils. It poses a significant risk to distributed infrastructure systems that are vital for the security, economy, safety, health, and welfare of societies. In order to make our cities resilient to the effects of liquefaction, it is important to be able to identify areas that are most susceptible. Some of the prevalent methodologies employed to identify susceptible areas include conventional slope stability analysis and the use of so-called liquefaction charts. However, these methodologies have some limitations, which motivate our research objectives. In this dissertation, we investigate the mechanics of origin of liquefaction in a laboratory test using grain-scale simulations, which helps (i) understand why certain soils liquefy under certain conditions, and (ii) identify a necessary precursor for onset of flow liquefaction. Furthermore, we investigate the mechanics of liquefaction charts using a continuum plasticity model; this can help in modeling the surface hazards of liquefaction following an earthquake. Finally, we also investigate the microscopic definition of soil shear wave velocity, a soil property that is used as an index to quantify liquefaction resistance of soil. We show that anisotropy in fabric, or grain arrangement can be correlated with anisotropy in shear wave velocity. This has the potential to quantify the effects of sample disturbance when a soil specimen is extracted from the field. In conclusion, by developing a more fundamental understanding of soil liquefaction, this dissertation takes necessary steps for a more physical assessment of liquefaction susceptibility at the field-scale.