Novel synergistic photocatalytic degradation of antibiotics and bacteria using V-N doped TiO2 under visible light: the state of nitrogen in V-doped TiO2

We report the synthesis of vanadium and nitrogen co-doped TiO2 for photocatalysis mainly emphasizing the state of nitrogen doping into TiO2 in the presence of vanadium ions. Considering the increase in antibiotic resistance developed by microbes due to the excess of pharmaceutical waste in the ecosystem, the photocatalytic activity was measured by degrading an antibiotic, chloramphenicol. A novel experiment was conducted by degrading the antibiotic and bacteria in each other's vicinity to focus on their synergistic photo-degradation by V-N co-doped TiO2. The catalysts were characterized using XRD, DRS, PL, TEM, BET and XPS analysis. Both interstitial and substitutional nitrogen doping were achieved with V-TiO2, showing high efficiency under visible light for antibiotic and bacterial degradation. In addition, the effect of doping concentration of nitrogen and vanadium in TiO2 and catalyst loading was studied thoroughly. Reusability experiments show that the prepared V-N co-doped TiO2 was stable for many cycles.

Enhanced efficiency of near-UV emitting LEDs for solid-state lighting applications

The performance of a series of near-UV (∼385 nm) emitting LEDs, consisting of high efficiency InGaN/AlInGaN QWs in the active region, was investigated. Significantly reduced roll-over of efficiency at high current density was found compared to InGaN/GaN LEDs emitting at a similar wavelength. The importance of optical cavity effects in flip-chip geometry devices has also been investigated. The light output was enhanced by more than a factor of 2 when the lightemitting region was located at an anti-node position with respect to a high reflectivity current injection mirror. A power of 0.49 mW into a numerical aperture of 0.5 was obtained for a junction area of 50μm in diameter and a current of 30 mA, corresponding to a radiance of 30 W/cm2/str.

Amorphous carbon-silicon alloys prepared by a high plasma density source

The addition of silicon to hydrogenated amorphous carbon can have the advantageous effect of lowering the compressive stress, improving the thermal stability of its hydrogen and maintaining a low friction coefficient up to high humidity. Most experiments to date have been on a-C1-xSix:H alloys deposited by RF plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD). This method gives alloys with considerable hydrogen content and only moderate hardness. Here, we use a high plasma density source, the electron cyclotron wave resonance (ECWR) source, to prepare films with a high deposition rate. The composition and bonding in the alloys is determined by XPS, visible and UV Raman and FTIR spectroscopy. We find that it is possible to produce hard, low stress, low friction, almost humidity insensitive a-C1-xSix:H alloys with a good optical transparency and a band gap over 2 eV.

Properties of amorphous carbon-silicon alloys deposited by a high plasma density source

The addition of silicon to hydrogenated amorphous carbon can have the advantageous effect of lowering the compressive stress, improving the thermal stability of its hydrogen, and maintaining a low friction coefficient up to high humidity. Most experiments to date have been on hydrogenated amorphous carbon-silicon alloys (a-C1-xSix:H) deposited by rf plasma enhanced chemical vapor deposition. This method gives alloys with sizeable hydrogen content and only moderate hardness. Here we use a high plasma density source known as the electron cyclotron wave resonance source to prepare films with higher sp3 content and lower hydrogen content. The composition and bonding in the alloys is determined by x-ray photoelectron spectroscopy, Rutherford backscattering, elastic recoil detection analysis, visible and ultraviolet (UV) Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and x-ray reflectivity. We find that it is possible to produce relatively hard, low stress, low friction, almost humidity insensitive a-C1-xSix:H alloys with a good optical transparency and a band gap well over 2.5 eV. The friction behavior and friction mechanism of these alloys are studied and compared with that of a-C:H, ta-C:H, and ta-C. We show how UV Raman spectroscopy allows the direct detection of Si-C, Si-Hx, and C-Hx vibrations, not seen in visible Raman spectra. © 2001 American Institute of Physics.

Films de polietileno oxo-degradados mediante envejecimiento acelerado por radiación UV y calor

Resumen: Los materiales plásticos utilizados en la industria del embalaje y transporte de mercaderías familiares e industriales, presentan numerosas ventajas que los han puesto en su lugar durante los últimos 50 años. En la actualidad, son miles de millones de toneladas anuales de bolsas o embalajes de polietileno, las que diariamente se producen, se usan, se recuperan (en muy pequeña parte) y son finalmente dispuestas, quemadas o literalmente arrojadas al medio ambiente. La alta estabilidad química o la muy baja tasa de degradación, hace que estos residuos perduren en el medio - en la mayoría de los casos por más de 100 años- dependiendo las condiciones ambientales locales. Hace pocos años, se adaptaron conocimientos científicos a esta problemática, y de ello nacieron dos formas de atacar la eliminación del plástico como desecho (más allá del reciclado y uso racional): por un lado, la utilización de bioplásticos con propiedades biodegradables; y por otro, el agregado de aditivos pro-degradantes a plásticos convencionales. El presente trabajo, tiene por objeto tomar a esta última herramienta, sobre la cual se han comenzado a estudiar los mecanismos químicos por los cuales cumplen su función, evaluándolos en distintas condiciones aceleradas de laboratorio. De esta manera, se caracterizaron velocidades de degradación abiótica mediante envejecimientos acelerados con radiación ultravioleta y térmica, para films de polietileno aditivados con un compuesto oxodegradante comercial. Se estudiaron distintas concentraciones de aditivo en el polímero, en función del tiempo de envejecimiento. Las caracterizaciones incluyeron análisis mecánico, análisis térmico diferencial, espectroscopía de absorción infrarroja y de Absorción Atómica.

Efecto de la radiación visible sobre la supervivencia de Acinetobacter baumannii sobre soportes inertes

Acinetobacter baumannii es una bacteria de gran importancia clínica debido a las infecciones nosocomiales a las que se asocia. La amenaza que supone en el ámbito hospitalario está directamente relacionada con su capacidad para sobrevivir a condiciones hostiles tales como cambios de temperatura, estrés lumínico y sequedad. En este contexto, se ha estudiado el efecto de la radiación visible sobre poblaciones de A. baumannii (ATCC 19606) mantenidas a temperatura ambiente en medio líquido (condiciones de ayuno) y sobre soporte sólido (condiciones de ayuno y sequedad). Para determinar la posible pérdida de cultivabilidad y la entrada en estado viable no cultivable (VNC), las poblaciones de A. baumannii se inocularon en solución salina estéril o se fijaron a filtros de acetato de celulosa estériles y se incubaron a 20ºC en condiciones de oscuridad (control) o exposición a luz visible. A lo largo de la supervivencia, utilizando microscopía de epifluerescencia, se cuantificaron las células totales, viables y cultivables. Además, se determinó la capacidad de formar biofilms de estas poblaciones. Bajo condiciones de oscuridad, tanto en soportes sólidos como en medio líquido, no se detectó pérdida de cultivabilidad, actividad o integridad celular durante al menos 7 días. Sin embargo, la luz visible tuvo un efecto negativo sobre las poblaciones de A. baumannii expuestas tanto en medio líquido como sobre soporte sólidos. En medio líquido, si bien la radiación luminosa no afectó a la integridad celular, al finalizar el periodo de exposición (7 días) el número de células cultivables descendió 1,5 log y el 27% de la población se encontraba en estado VNC. En condiciones de sequedad, la pérdida de cultivabilidad se detectó ya desde el primer día de exposición, situándose por debajo del límite de detección tras 5 días; la densidad de células viable también disminuyó, de modo que tras 7 días de exposición el 4% de la población era VNC. Además, la capacidad de formar biofilms se vio negativamente afectada a lo largo de la permanencia tanto en luz como en oscuridad. El efecto negativo de la luz fue especialmente relevante en poblaciones mantenidas en soportes sólidos. Bajo condiciones de ayuno, A. baumannii es capaz de persistir durante periodos de tiempo de al menos una semana incluso en ausencia de humedad. Sin embargo, la exposición de radiación luminosa induce la entrada en estado VNC en estas mismas condiciones, siendo este efecto negativo más acusado en condiciones de ayuno y sequedad.

Efecto de la radiación visible sobre la supervivencia de Vibrio harveyi en el medio marino

Vibrio harveyi es un microorganismo marino perteneciente a la familia Vibrionaceae, patógeno de numerosos animales marinos; tanto invertebrados como vertebrados, pudiendo producir pérdidas económicas en países que se benefician de la acuicultura. Se trata de un microorganismo que vive en un medio natural con escasa cantidad de nutrientes, por ello es un microorganismo oligotrofo. Además el medio marino es un medio con una gran cantidad de sales, con lo cual V. harveyi es una bacteria halófila. 3 V. harveyi es capaz de entrar en lo que se conoce como estado Viable No Cultivable (VNC), en dicho estado es capaz de sobrevivir a situaciones de estrés manteniendo niveles bajos de actividad y perdiendo la cultivabilidad. La radiación luminosa visible, a pesar de tener efectos beneficiosos en los seres vivos, puede provocar efectos negativos en las poblaciones microbianas marinas. En este trabajo se determinó la entrada en estado VNC en sus condiciones de temperatura ambiente (20ºC) tanto en un control en oscuridad así como bajo estrés lumínico. Los resultados mostraron como las células mantenidas en oscuridad no entraron en estado VNC, aunque sí se produjo una pérdida de cultivabilidad relacionada con lesiones celulares provocadas por los nutrientes de determinados medios de cultivo. En cambio, las células que fueron expuestas a la luz visible indicaron una pérdida de cultivabilidad a lo largo de los días de exposición, manteniéndose al finalizar el trabajo experimental el 93% de la población en estado VNC. Por lo tanto, la luz visible provoca un efecto negativo en la población de V. harveyi que es capaz de mantenerse en un estado VNC para sobrevivir a las condiciones adversas.

Coupled plasmonic systems and devices : applications in visible metamaterials, nanophotonic circuits, and CMOS imaging

With the size of transistors approaching the sub-nanometer scale and Si-based photonics pinned at the micrometer scale due to the diffraction limit of light, we are unable to easily integrate the high transfer speeds of this comparably bulky technology with the increasingly smaller architecture of state-of-the-art processors. However, we find that we can bridge the gap between these two technologies by directly coupling electrons to photons through the use of dispersive metals in optics. Doing so allows us to access the surface electromagnetic wave excitations that arise at a metal/dielectric interface, a feature which both confines and enhances light in subwavelength dimensions - two promising characteristics for the development of integrated chip technology. This platform is known as plasmonics, and it allows us to design a broad range of complex metal/dielectric systems, all having different nanophotonic responses, but all originating from our ability to engineer the system surface plasmon resonances and interactions. In this thesis, we demonstrate how plasmonics can be used to develop coupled metal-dielectric systems to function as tunable plasmonic hole array color filters for CMOS image sensing, visible metamaterials composed of coupled negative-index plasmonic coaxial waveguides, and programmable plasmonic waveguide network systems to serve as color routers and logic devices at telecommunication wavelengths.