Multiscale modeling of the plastic behaviour in single crystal tungsten: from atomistic to crystal plasticity simulations

En una planta de fusión, los materiales en contacto con el plasma así como los materiales de primera pared experimentan condiciones particularmente hostiles al estar expuestos a altos flujos de partículas, neutrones y grandes cargas térmicas. Como consecuencia de estas diferentes y complejas condiciones de trabajo, el estudio, desarrollo y diseño de estos materiales es uno de los más importantes retos que ha surgido en los últimos años para la comunidad científica en el campo de los materiales y la energía. Debido a su baja tasa de erosión, alta resistencia al sputtering, alta conductividad térmica, muy alto punto de fusión y baja retención de tritio, el tungsteno (wolframio) es un importante candidato como material de primera pared y como posible material estructural avanzado en fusión por confinamiento magnético e inercial. Sin embargo, el tiempo de vida del tungsteno viene controlado por diversos factores como son su respuesta termo-mecánica en la superficie, la posibilidad de fusión y el fallo por acumulación de helio. Es por ello que el tiempo de vida limitado por la respuesta mecánica del tungsteno (W), y en particular su fragilidad, sean dos importantes aspectos que tienes que ser investigados. El comportamiento plástico en materiales refractarios con estructura cristalina cúbica centrada en las caras (bcc) como el tungsteno está gobernado por las dislocaciones de tipo tornillo a escala atómica y por conjuntos e interacciones de dislocaciones a escalas más grandes. El modelado de este complejo comportamiento requiere la aplicación de métodos capaces de resolver de forma rigurosa cada una de las escalas. El trabajo que se presenta en esta tesis propone un modelado multiescala que es capaz de dar respuestas ingenieriles a las solicitudes técnicas del tungsteno, y que a su vez está apoyado por la rigurosa física subyacente a extensas simulaciones atomísticas. En primer lugar, las propiedades estáticas y dinámicas de las dislocaciones de tipo tornillo en cinco potenciales interatómicos de tungsteno son comparadas, determinando cuáles de ellos garantizan una mayor fidelidad física y eficiencia computacional. Las grandes tasas de deformación asociadas a las técnicas de dinámica molecular hacen que las funciones de movilidad de las dislocaciones obtenidas no puedan ser utilizadas en los siguientes pasos del modelado multiescala. En este trabajo, proponemos dos métodos alternativos para obtener las funciones de movilidad de las dislocaciones: un modelo Monte Cario cinético y expresiones analíticas. El conjunto de parámetros necesarios para formular el modelo de Monte Cario cinético y la ley de movilidad analítica son calculados atomísticamente. Estos parámetros incluyen, pero no se limitan a: la determinación de las entalpias y energías de formación de las parejas de escalones que forman las dislocaciones, la parametrización de los efectos de no Schmid característicos en materiales bcc,etc. Conociendo la ley de movilidad de las dislocaciones en función del esfuerzo aplicado y la temperatura, se introduce esta relación como ecuación de flujo dentro de un modelo de plasticidad cristalina. La predicción del modelo sobre la dependencia del límite de fluencia con la temperatura es validada experimentalmente con ensayos uniaxiales en tungsteno monocristalino. A continuación, se calcula el límite de fluencia al aplicar ensayos uniaxiales de tensión para un conjunto de orientaciones cristalográticas dentro del triángulo estándar variando la tasa de deformación y la temperatura de los ensayos. Finalmente, y con el objetivo de ser capaces de predecir una respuesta más dúctil del tungsteno para una variedad de estados de carga, se realizan ensayos biaxiales de tensión sobre algunas de las orientaciones cristalográficas ya estudiadas en función de la temperatura.-------------------------------------------------------------------------ABSTRACT ----------------------------------------------------------Tungsten and tungsten alloys are being considered as leading candidates for structural and functional materials in future fusion energy devices. The most attractive properties of tungsten for the design of magnetic and inertial fusion energy reactors are its high melting point, high thermal conductivity, low sputtering yield and low longterm disposal radioactive footprint. However, tungsten also presents a very low fracture toughness, mostly associated with inter-granular failure and bulk plasticity, that limits its applications. As a result of these various and complex conditions of work, the study, development and design of these materials is one of the most important challenges that have emerged in recent years to the scientific community in the field of materials for energy applications. The plastic behavior of body-centered cubic (bcc) refractory metals like tungsten is governed by the kink-pair mediated thermally activated motion of h¿ (\1 11)i screw dislocations on the atomistic scale and by ensembles and interactions of dislocations at larger scales. Modeling this complex behavior requires the application of methods capable of resolving rigorously each relevant scale. The work presented in this thesis proposes a multiscale model approach that gives engineering-level responses to the technical specifications required for the use of tungsten in fusion energy reactors, and it is also supported by the rigorous underlying physics of extensive atomistic simulations. First, the static and dynamic properties of screw dislocations in five interatomic potentials for tungsten are compared, determining which of these ensure greater physical fidelity and computational efficiency. The large strain rates associated with molecular dynamics techniques make the dislocation mobility functions obtained not suitable to be used in the next steps of the multiscale model. Therefore, it is necessary to employ mobility laws obtained from a different method. In this work, we suggest two alternative methods to get the dislocation mobility functions: a kinetic Monte Carlo model and analytical expressions. The set of parameters needed to formulate the kinetic Monte Carlo model and the analytical mobility law are calculated atomistically. These parameters include, but are not limited to: enthalpy and energy barriers of kink-pairs as a function of the stress, width of the kink-pairs, non-Schmid effects ( both twinning-antitwinning asymmetry and non-glide stresses), etc. The function relating dislocation velocity with applied stress and temperature is used as the main source of constitutive information into a dislocation-based crystal plasticity framework. We validate the dependence of the yield strength with the temperature predicted by the model against existing experimental data of tensile tests in singlecrystal tungsten, with excellent agreement between the simulations and the measured data. We then extend the model to a number of crystallographic orientations uniformly distributed in the standard triangle and study the effects of temperature and strain rate. Finally, we perform biaxial tensile tests and provide the yield surface as a function of the temperature for some of the crystallographic orientations explored in the uniaxial tensile tests.

Deep level analysis of homoepitaxial ZnO doped with N

High intrinsic carrier concentration (n-type) • Efforts to reduce this effect: • Homoepitaxy1 • Non-polar orientations • Similar samples exhibit residual doping as low as ~1014 cm-3 (2) The path to p-type doping • Many dopants proposed • N is a promising candidate • Simple NO is a deep level • Complex levels have shallower energies • N-related levels observed near the VB by many groups • Energies between 130 meV and 160 meV from VBM

Atomistic modeling of Ge damage accumulation, amorphization and solid phase epitaxial regrowth

En los últimos años, el Ge ha ganado de nuevo atención con la finalidad de ser integrado en el seno de las existentes tecnologías de microelectrónica. Aunque no se le considera como un canddato capaz de reemplazar completamente al Si en el futuro próximo, probalemente servirá como un excelente complemento para aumentar las propiedades eléctricas en dispositivos futuros, especialmente debido a su alta movilidad de portadores. Esta integración requiere de un avance significativo del estado del arte en los procesos de fabricado. Técnicas de simulación, como los algoritmos de Monte Carlo cinético (KMC), proporcionan un ambiente atractivo para llevar a cabo investigación y desarrollo en este campo, especialmente en términos de costes en tiempo y financiación. En este estudio se han usado, por primera vez, técnicas de KMC con el fin entender el procesado “front-end” de Ge en su fabricación, específicamente la acumulación de dañado y amorfización producidas por implantación iónica y el crecimiento epitaxial en fase sólida (SPER) de las capas amorfizadas. Primero, simulaciones de aproximación de clisiones binarias (BCA) son usadas para calcular el dañado causado por cada ión. La evolución de este dañado en el tiempo se simula usando KMC sin red, o de objetos (OKMC) en el que sólamente se consideran los defectos. El SPER se simula a través de una aproximación KMC de red (LKMC), siendo capaz de seguir la evolución de los átomos de la red que forman la intercara amorfo/cristalina. Con el modelo de amorfización desarrollado a lo largo de este trabajo, implementado en un simulador multi-material, se pueden simular todos estos procesos. Ha sido posible entender la acumulación de dañado, desde la generación de defectos puntuales hasta la formación completa de capas amorfas. Esta acumulación ocurre en tres regímenes bien diferenciados, empezando con un ritmo lento de formación de regiones de dañado, seguido por una rápida relajación local de ciertas áreas en la fase amorfa donde ambas fases, amorfa y cristalina, coexisten, para terminar en la amorfización completa de capas extensas, donde satura el ritmo de acumulación. Dicha transición ocurre cuando la concentración de dañado supera cierto valor límite, el cual es independiente de las condiciones de implantación. Cuando se implantan los iones a temperaturas relativamente altas, el recocido dinámico cura el dañado previamente introducido y se establece una competición entre la generación de dañado y su disolución. Estos efectos se vuelven especialmente importantes para iones ligeros, como el B, el cual crea dañado más diluido, pequeño y distribuido de manera diferente que el causado por la implantación de iones más pesados, como el Ge. Esta descripción reproduce satisfactoriamente la cantidad de dañado y la extensión de las capas amorfas causadas por implantación iónica reportadas en la bibliografía. La velocidad de recristalización de la muestra previamente amorfizada depende fuertemente de la orientación del sustrato. El modelo LKMC presentado ha sido capaz de explicar estas diferencias entre orientaciones a través de un simple modelo, dominado por una única energía de activación y diferentes prefactores en las frecuencias de SPER dependiendo de las configuraciones de vecinos de los átomos que recristalizan. La formación de maclas aparece como una consecuencia de esta descripción, y es predominante en sustratos crecidos en la orientación (111)Ge. Este modelo es capaz de reproducir resultados experimentales para diferentes orientaciones, temperaturas y tiempos de evolución de la intercara amorfo/cristalina reportados por diferentes autores. Las parametrizaciones preliminares realizadas de los tensores de activación de tensiones son también capaces de proveer una buena correlación entre las simulaciones y los resultados experimentales de velocidad de SPER a diferentes temperaturas bajo una presión hidrostática aplicada. Los estudios presentados en esta tesis han ayudado a alcanzar un mejor entendimiento de los mecanismos de producción de dañado, su evolución, amorfización y SPER para Ge, además de servir como una útil herramienta para continuar el trabajo en este campo. In the recent years, Ge has regained attention to be integrated into existing microelectronic technologies. Even though it is not thought to be a feasible full replacement to Si in the near future, it will likely serve as an excellent complement to enhance electrical properties in future devices, specially due to its high carrier mobilities. This integration requires a significant upgrade of the state-of-the-art of regular manufacturing processes. Simulation techniques, such as kinetic Monte Carlo (KMC) algorithms, provide an appealing environment to research and innovation in the field, specially in terms of time and funding costs. In the present study, KMC techniques are used, for the first time, to understand Ge front-end processing, specifically damage accumulation and amorphization produced by ion implantation and Solid Phase Epitaxial Regrowth (SPER) of the amorphized layers. First, Binary Collision Approximation (BCA) simulations are used to calculate the damage caused by every ion. The evolution of this damage over time is simulated using non-lattice, or Object, KMC (OKMC) in which only defects are considered. SPER is simulated through a Lattice KMC (LKMC) approach, being able to follow the evolution of the lattice atoms forming the amorphous/crystalline interface. With the amorphization model developed in this work, implemented into a multi-material process simulator, all these processes can be simulated. It has been possible to understand damage accumulation, from point defect generation up to full amorphous layers formation. This accumulation occurs in three differentiated regimes, starting at a slow formation rate of the damage regions, followed by a fast local relaxation of areas into the amorphous phase where both crystalline and amorphous phases coexist, ending in full amorphization of extended layers, where the accumulation rate saturates. This transition occurs when the damage concentration overcomes a certain threshold value, which is independent of the implantation conditions. When implanting ions at relatively high temperatures, dynamic annealing takes place, healing the previously induced damage and establishing a competition between damage generation and its dissolution. These effects become specially important for light ions, as B, for which the created damage is more diluted, smaller and differently distributed than that caused by implanting heavier ions, as Ge. This description successfully reproduces damage quantity and extension of amorphous layers caused by means of ion implantation reported in the literature. Recrystallization velocity of the previously amorphized sample strongly depends on the substrate orientation. The presented LKMC model has been able to explain these differences between orientations through a simple model, dominated by one only activation energy and different prefactors for the SPER rates depending on the neighboring configuration of the recrystallizing atoms. Twin defects formation appears as a consequence of this description, and are predominant for (111)Ge oriented grown substrates. This model is able to reproduce experimental results for different orientations, temperatures and times of evolution of the amorphous/crystalline interface reported by different authors. Preliminary parameterizations for the activation strain tensors are able to also provide a good match between simulations and reported experimental results for SPER velocities at different temperatures under the appliance of hydrostatic pressure. The studies presented in this thesis have helped to achieve a greater understanding of damage generation, evolution, amorphization and SPER mechanisms in Ge, and also provide a useful tool to continue research in this field.

Análisis de la composición cromática en el tejido residencial de la ciudad de Madrid

En el planteamiento de la tesis se desarrolla una metodología para la construcción de la paleta cromática representativa de un espacio urbano. El objetivo principal es hallar una paleta representativa con la finalidad de determinar diferencias cromáticas entre ámbitos urbanos de época y composición urbana distinta. En el estado del arte se describe en primer lugar la teoría del color resaltando los factores que influyen en el proceso cromático perceptivo; en segundo lugar se hace un estudio clasificatorio de diferentes sistemas cromáticos y la teoría de la verbalidad del color y por último se hace un análisis del espacio público puntualizando en la relación entre la morfología y el factor cromático. Para la construcción de las paletas cromáticas se lleva a cabo un procesamiento informático de fotografías digitales con una aplicación que ha sido creada específicamente para la extracción y conversión de valores cromáticos y un proceso de filtrado con cálculo estadístico para la elección de las muestras. En el análisis también se establece una relación entre los factores urbanos y la resultante cromática, como instrumento para determinar las correspondencias de ciertas características urbanas con el comportamiento cromático. La resultante cromática de cada espacio se establece mediante el sistema cromático HSL y su composición es valorada y comparada entre los diferentes puntos de análisis establecidos y las diferentes orientaciones. Finalmente, en base a las paletas cromáticas se plantea una comparativa entre espacios urbanos de la ciudad de Madrid con la finalidad de establecer diferencias cromáticas entre planteamientos urbanos de distinta índole morfológica y constructiva. ABSTRACT In the approach of the thesis is developed a methodology for the construction of a representative palette of urban space. The main objective is to find a representative palette in order to determine color differences between urban areas of different age and urban composition. In the prior art is described first color theory highlighting the factors that influencing the perceptual color process; in second it is a qualifying study of various color systems and the theory of color verbality and finally is an analysis of public space pointing in the relationship between morphology and the color factor. For the construction of the color palette is carried out computer processing of digital photos in an application that has been created specifically for the extraction and conversion of color values and a filtering process with statistical calculation for the election of the samples. In analyzing a relationship between urban factors and the resulting color as an instrument is also set to determine the correlation of certain urban characteristics with the color behavior. The resulting color of each space is set by the HSL color system and its composition is evaluated and compared between the different established points of analysis and different orientations. Finally, based on the color palettes, arises a comparison between urban spaces in the city of Madrid with the aim of establishing color differences between urban approaches of different morphological and constructive nature.

Multiscale analysis of the mechanical behavior of needle-punched nonwoven fabrics

Los fieltros son una familia de materiales textiles constituidos por una red desordenada de fibras conectadas por medio de enlaces térmicos, químicos o mecánicos. Presentan menor rigidez y resistencia (al igual que un menor coste de procesado) que sus homólogos tejidos, pero mayor deformabilidad y capacidad de absorción de energía. Los fieltros se emplean en diversas aplicaciones en ingeniería tales como aislamiento térmico, geotextiles, láminas ignífugas, filtración y absorción de agua, impacto balístico, etc. En particular, los fieltros punzonados fabricados con fibras de alta resistencia presentan una excelente resistencia frente a impacto balístico, ofreciendo las mismas prestaciones que los materiales tejidos con un tercio de la densidad areal. Sin embargo, se sabe muy poco acerca de los mecanismos de deformación y fallo a nivel microscópico, ni sobre como influyen en las propiedades mecánicas del material. Esta carencia de conocimiento dificulta la optimización del comportamiento mecánico de estos materiales y también limita el desarrollo de modelos constitutivos basados en mecanismos físicos, que puedan ser útiles en el diseño de componentes estructurales. En esta tesis doctoral se ha llevado a cabo un estudio minucioso con el fin de determinar los mecanismos de deformación y las propiedades mecánicas de fieltros punzonados fabricados con fibras de polietileno de ultra alto peso molecular. Los procesos de deformación y disipación de energía se han caracterizado en detalle por medio de una combinación de técnicas experimentales (ensayos mecánicos macroscópicos a velocidades de deformación cuasi-estáticas y dinámicas, impacto balístico, ensayos de extracción de una o múltiples fibras, microscopía óptica, tomografía computarizada de rayos X y difracción de rayos X de gran ángulo) que proporcionan información de los mecanismos dominantes a distintas escalas. Los ensayos mecánicos macroscópicos muestran que el fieltro presenta una resistencia y ductilidad excepcionales. El estado inicial de las fibras es curvado, y la carga se transmite por el fieltro a través de una red aleatoria e isótropa de nudos creada por el proceso de punzonamiento, resultando en la formación de una red activa de fibra. La rotación y el estirado de las fibras activas es seguido por el deslizamiento y extracción de la fibra de los puntos de anclaje mecánico. La mayor parte de la resistencia y la energía disipada es proporcionada por la extracción de las fibras activas de los nudos, y la fractura final tiene lugar como consecuencia del desenredo total de la red en una sección dada donde la deformación macroscópica se localiza. No obstante, aunque la distribución inicial de la orientación de las fibras es isótropa, las propiedades mecánicas resultantes (en términos de rigidez, resistencia y energía absorbida) son muy anisótropas. Los ensayos de extracción de múltiples fibras en diferentes orientaciones muestran que la estructura de los nudos conecta más fibras en la dirección transversal en comparación con la dirección de la máquina. La mejor interconectividad de las fibras a lo largo de la dirección transversal da lugar a una esqueleto activo de fibras más denso, mejorando las propiedades mecánicas. En términos de afinidad, los fieltros deformados a lo largo de la dirección transversal exhiben deformación afín (la deformación macroscópica transfiere directamente a las fibras por el material circundante), mientras que el fieltro deformado a lo largo de la dirección de la máquina presenta deformación no afín, y la mayor parte de la deformación macroscópica no es transmitida a las fibras. A partir de estas observaciones experimentales, se ha desarrollado un modelo constitutivo para fieltros punzonados confinados por enlaces mecánicos. El modelo considera los efectos de la deformación no afín, la conectividad anisótropa inducida durante el punzonamiento, la curvatura y re-orientación de la fibra, así como el desenredo y extracción de la fibra de los nudos. El modelo proporciona la respuesta de un mesodominio del material correspondiente al volumen asociado a un elemento finito, y se divide en dos bloques. El primer bloque representa el comportamiento de la red y establece la relación entre el gradiente de deformación macroscópico y la respuesta microscópica, obtenido a partir de la integración de la respuesta de las fibras en el mesodominio. El segundo bloque describe el comportamiento de la fibra, teniendo en cuenta las características de la deformación de cada familia de fibras en el mesodominio, incluyendo deformación no afín, estiramiento, deslizamiento y extracción. En la medida de lo posible, se ha asignado un significado físico claro a los parámetros del modelo, por lo que se pueden identificar por medio de ensayos independientes. Las simulaciones numéricas basadas en el modelo se adecúan a los resultados experimentales de ensayos cuasi-estáticos y balísticos desde el punto de vista de la respuesta mecánica macroscópica y de los micromecanismos de deformación. Además, suministran información adicional sobre la influencia de las características microstructurales (orientación de la fibra, conectividad de la fibra anisótropa, afinidad, etc) en el comportamiento mecánico de los fieltros punzonados. Nonwoven fabrics are a class of textile material made up of a disordered fiber network linked by either thermal, chemical or mechanical bonds. They present lower stiffness and strength (as well as processing cost) than the woven counterparts but much higher deformability and energy absorption capability and are used in many different engineering applications (including thermal insulation, geotextiles, fireproof layers, filtration and water absorption, ballistic impact, etc). In particular, needle-punched nonwoven fabrics manufactured with high strength fibers present an excellent performance for ballistic protection, providing the same ballistic protection with one third of the areal weight as compared to dry woven fabrics. Nevertheless, very little is known about their deformation and fracture micromechanisms at the microscopic level and how they contribute to the macroscopic mechanical properties. This lack of knowledge hinders the optimization of their mechanical performance and also limits the development of physically-based models of the mechanical behavior that can be used in the design of structural components with these materials. In this thesis, a thorough study was carried out to ascertain the micromechanisms of deformation and the mechanical properties of a needle-punched nonwoven fabric made up by ultra high molecular weight polyethylene fibers. The deformation and energy dissipation processes were characterized in detail by a combination of experimental techniques (macroscopic mechanical tests at quasi-static and high strain rates, ballistic impact, single fiber and multi fiber pull-out tests, optical microscopy, X-ray computed tomography and wide angle X-ray diffraction) that provided information of the dominant mechanisms at different length scales. The macroscopic mechanical tests showed that the nonwoven fabric presented an outstanding strength and energy absorption capacity. It was found that fibers were initially curved and the load was transferred within the fabric through the random and isotropic network of knots created by needlepunching, leading to the formation of an active fiber network. Uncurling and stretching of the active fibers was followed by fiber sliding and pull-out from the entanglement points. Most of the strength and energy dissipation was provided by the extraction of the active fibers from the knots and final fracture occurred by the total disentanglement of the fiber network in a given section at which the macroscopic deformation was localized. However, although the initial fiber orientation distribution was isotropic, the mechanical properties (in terms of stiffness, strength and energy absorption) were highly anisotropic. Pull-out tests of multiple fibers at different orientations showed that structure of the knots connected more fibers in the transverse direction as compared with the machine direction. The better fiber interconnection along the transverse direction led to a denser active fiber skeleton, enhancing the mechanical response. In terms of affinity, fabrics deformed along the transverse direction essentially displayed affine deformation {i.e. the macroscopic strain was directly transferred to the fibers by the surrounding fabric, while fabrics deformed along the machine direction underwent non-affine deformation, and most of the macroscopic strain was not transferred to the fibers. Based on these experimental observations, a constitutive model for the mechanical behavior of the mechanically-entangled nonwoven fiber network was developed. The model accounted for the effects of non-affine deformation, anisotropic connectivity induced by the entanglement points, fiber uncurling and re-orientation as well as fiber disentanglement and pull-out from the knots. The model provided the constitutive response for a mesodomain of the fabric corresponding to the volume associated to a finite element and is divided in two blocks. The first one was the network model which established the relationship between the macroscopic deformation gradient and the microscopic response obtained by integrating the response of the fibers in the mesodomain. The second one was the fiber model, which took into account the deformation features of each set of fibers in the mesodomain, including non-affinity, uncurling, pull-out and disentanglement. As far as possible, a clear physical meaning is given to the model parameters, so they can be identified by means of independent tests. The numerical simulations based on the model were in very good agreement with the experimental results of in-plane and ballistic mechanical response of the fabrics in terms of the macroscopic mechanical response and of the micromechanisms of deformation. In addition, it provided additional information about the influence of the microstructural features (fiber orientation, anisotropic fiber connectivity, affinity) on the mechanical performance of mechanically-entangled nonwoven fabrics.

Motivación, flow e intención de práctica físico-deportiva en estudiantes de educación física de España y Latinoamérica

A pesar de los innegables beneficios físicos y psicosociales que la práctica de actividad física tiene para la población en las últimas décadas se observa un importante descenso en el nivel de práctica de actividad física durante la adolescencia. La Educación Física (EF) es una asignatura presente en las primeras etapas educativas de los currículums de todos los países y supone para la población infantil y adolescente, durante el periodo de escolarización obligatoria, un entorno de contacto cotidiano con la actividad física y deportiva lo que explica el creciente interés que existe por investigar en este contexto y extraer conclusiones que puedan ayudar a revertir el proceso de progresivo abandono de la práctica en estas edades. El presente trabajo se centra en un periodo, la adolescencia, especialmente sensible al abandono de la práctica de actividad física. Apoyándonos en tres de los marcos teóricos más importantes de los últimos años - Teoría de Metas de Logro, Teoría de la Autodeterminación y Teoría del Flow - hemos realizado un diseño con tres estudios complementarios que nos permitan avanzar en el conocimiento de las variables que afectan a esta realidad. En el primero de los estudios, en el que participaron 3990 estudiantes de EF de España, Argentina, Colombia y Ecuador con edades comprendidas entre 12 y 18 años, se fijaron como objetivos el establecimiento de perfiles motivacionales en estudiantes de EF considerando las orientaciones motivacionales, la motivación intrínseca y el flow disposicional; la comprobación de la posible estabilidad de los perfiles establecidos en cuatro países diferentes; y el análisis de la relación entre los perfiles motivacionales establecidos con la práctica de actividad física realizada en la actualidad y la intención de ser activo en el futuro. Los resultados revelaron la existencia de tres perfiles motivacionales en los estudiantes: perfil de motivación baja-moderada, perfil de motivación de alta motivación con bajo ego y perfil de alta motivación. Se encontraron similitudes en los perfiles motivacionales obtenidos en los cuatro países analizados, sugiriéndose la posibilidad de que la lengua materna compartida pueda ser una variable de influencia en la existencia de patrones conductuales similares. La orientación al ego resultó ser un elemento diferenciador en la relación de los dos perfiles que mostraron niveles más altos de motivación intrínseca, flow disposicional y orientación a la tarea con las variables de práctica. Mayores niveles de orientación al ego determinaron mayores valores de práctica e intención de práctica. En el segundo estudio, en el que participaron 365 estudiantes de EF de España, Argentina y Colombia con edades comprendidas entre 12 y 16 años, se testó un modelo explicativo de la intención de ser físicamente activo en el futuro en estudiantes de EF poco motivados introduciendo el flow disposicional como variable explicativa junto a las orientaciones motivacionales y la motivación intrínseca. El modelo de ecuaciones estructurales testado muestra que tanto la orientación al ego como la orientación a la tarea y la motivación intrínseca predijeron el flow disposicional. No se encontró un efecto significativo de la orientación a la tarea sobre la motivación intrínseca, ni de esta sobre la intención de práctica de AFD en el futuro. El flow disposicional resultó ser un mediador entre ambas orientaciones motivacionales y dicha intención, adquiriendo un papel relevante en la predicción de la intención de realizar actividad física en el futuro en los sujetos con poca motivación hacia la clase de EF. En el último estudio, con una muestra de 53 estudiantes de EF pertenecientes a dos clases de segundo curso de ESO con edades comprendidas entre 13 y 15 años, se analizó el efecto de una intervención de apoyo a las NPB sobre la satisfacción de las mismas, la motivación intrínseca, la disposición a experimentar flow y la intención de ser físicamente activo en el futuro; estudiándose también el efecto de la misma sobre ciertas variables presentes en el proceso de enseñanza-aprendizaje tales como la diversión, el aprendizaje y el gusto hacia el contenido y la metodología empleada. La intervención resultó efectiva en la mejora de todas las variables motivacionales analizadas a excepción de la satisfacción de la necesidad de relaciones sociales, variable que podría ser más difícilmente modificable en tanto que los grupos de clase suelen permanecer estables a lo largo de esta etapa educativa. Los alumnos de la condición experimental presentaron niveles más elevados de diversión, aprendizaje y gusto hacia el contenido y la metodología empleada. ABSTRACT Despite the undeniable physical and psychological benefits that physical activity has on health, a significant drop in the level of physical activity during adolescence has been observed over the last few decades. Physical education (PE) is present in the early stages of educational curricula of all countries, creating an environment in which children and adolescents can maintain daily contact with sport and physical activity during the period of compulsory education. There is thus a growing interest in research within this context, helping to draw conclusions aimed at reversing the progressive decline of physical activity in this age bracket. The work presented here focuses on adolescence – a period particularly sensitive when faced with declining rates of physical activity. Relying on three of the most important recent theoretical frameworks – Achievement Goal Theory, Self-Determination Theory and Flow Theory – we have carried out a design using three complementary studies that allow us to advance the understanding of variables affecting this reality. The first two studies employ a correlational methodology while the third follows a quasi-experimental design. The objectives of the first study, with the participation of 3990 PE students aged 12 to 18 from Spain, Argentina, Colombia and Ecuador, were: a) to establish motivational profiles in physical education students taking into consideration motivational orientations, intrinsic motivation and dispositional flow; b) to check the possible stability of the established profiles in the four countries; and c) to analyze the relationship between motivational profiles and both current levels of physical activity and intention to be physically active in the future. Results revealed the existence of three motivational profiles: low-moderate motivation profile, high motivation and low ego profile and high motivation profile. Similarities were found across the four countries, which presents the possibility that sharing the same mother tongue might influence the existence of similar behavioral patterns. Amongst the profiles that showed the highest levels of intrinsic motivation, dispositional flow and task orientation with practice variables, ego orientation became apparent as a differentiating element. Higher levels of ego orientation correlated with higher levels both in current level of physical activity and intention to be physically active in the future. In the second study, with the participation of 365 PE students aged 12 to 16 from Spain, Argentina and Colombia, an explanatory model of the intention to be physically active within the low-moderate motivation profile was tested, including dispositional flow as an influence variable together with motivational orientations and intrinsic motivation. The structural model equation in the low-moderate motivation profile shows some differences with respect to findings of similar studies using heterogeneous samples in motivational profiles. It was found that ego orientation, task orientation and intrinsic motivation predicted dispositional flow. No significant effects of task orientation on intrinsic motivation, or of intrinsic motivation on intention to be physically active in the future were found. Dispositional flow emerged as a mediator between both motivational orientations and intention, acquiring an important role in the prediction of future intentions to be physically active in adolescents who show low levels of motivation towards physical education. In the last of the three studies, with the participation of 53 PE students drawn from two classes in the second year of secondary education aged 13 to 15, the effect of an intervention to support basic psychological needs was tested against the satisfaction of these needs, intrinsic motivation, disposition to experience flow and intention to be physically active in the future. Alongside this, the aforementioned intervention was tested on certain variables present in the teaching-learning process such as fun, learning and taste for the activity and methodology. Supportive intervention was effective in improving all the motivational variables, except for the satisfaction of the relatedness variable, which may be more difficult to modify as class groups tend to remain stable throughout this educational state. Students in the experimental condition showed higher levels of fun, learning and taste for the content and methodology.

3D Maize Plant Reconstruction Based on Georeferenced Overlapping LiDAR Point Clouds

3D crop reconstruction with a high temporal resolution and by the use of non-destructive measuring technologies can support the automation of plant phenotyping processes. Thereby, the availability of such 3D data can give valuable information about the plant development and the interaction of the plant genotype with the environment. This article presents a new methodology for georeferenced 3D reconstruction of maize plant structure. For this purpose a total station, an IMU, and several 2D LiDARs with different orientations were mounted on an autonomous vehicle. By the multistep methodology presented, based on the application of the ICP algorithm for point cloud fusion, it was possible to perform the georeferenced point clouds overlapping. The overlapping point cloud algorithm showed that the aerial points (corresponding mainly to plant parts) were reduced to 1.5%–9% of the total registered data. The remaining were redundant or ground points. Through the inclusion of different LiDAR point of views of the scene, a more realistic representation of the surrounding is obtained by the incorporation of new useful information but also of noise. The use of georeferenced 3D maize plant reconstruction at different growth stages, combined with the total station accuracy could be highly useful when performing precision agriculture at the crop plant level.

COMUNIDADES ECLESIAIS DE BASE: EDUCAÇÃO POPULAR E CONSCIENTIZAÇÃO NO ABC (1964-1985)

Esta dissertação procurou apreender que consciência, ou consciências, formaram as Comunidades Eclesiais de Base CEBs com a apropriação das orientações da Educação Popular e da Teologia da Libertação durante o Regime Militar brasileiro. Entretanto, diferente da maioria dos trabalhos que se voltam a essa experiência, o estudo elaborou uma abordagem que as colocaram em prismas diversos. Focalizou, inicialmente, o momento histórico e algumas experiências nos vinte anos de regime e, em seguida, a Educação Popular e a Teologia da Libertação (teoria e prática), objetivando compreender seus projetos político-pedagógicos. A reflexão sobre a Educação Popular e a Teologia da Libertação aliada à reconstituição histórica do período forneceram o contexto no qual se inseriu a análise pretendida: a observação do fenômeno educacional numa perspectiva de micro-análise retratando os processos sociais e as experiências vividas para conhecer a consciência que emergiu de tal experiência educacional. Neste sentido, a pesquisa inferiu, por meio da análise de uma comunidade em particular, que a consciência nascida de tal prática foi de curto alcance, uma vez que os sujeitos envolvidos nesse projeto conscientizador perceberam apenas a ausência imediata de direitos.(AU)

COMUNIDADES ECLESIAIS DE BASE: EDUCAÇÃO POPULAR E CONSCIENTIZAÇÃO NO ABC (1964-1985)

Esta dissertação procurou apreender que consciência, ou consciências, formaram as Comunidades Eclesiais de Base CEBs com a apropriação das orientações da Educação Popular e da Teologia da Libertação durante o Regime Militar brasileiro. Entretanto, diferente da maioria dos trabalhos que se voltam a essa experiência, o estudo elaborou uma abordagem que as colocaram em prismas diversos. Focalizou, inicialmente, o momento histórico e algumas experiências nos vinte anos de regime e, em seguida, a Educação Popular e a Teologia da Libertação (teoria e prática), objetivando compreender seus projetos político-pedagógicos. A reflexão sobre a Educação Popular e a Teologia da Libertação aliada à reconstituição histórica do período forneceram o contexto no qual se inseriu a análise pretendida: a observação do fenômeno educacional numa perspectiva de micro-análise retratando os processos sociais e as experiências vividas para conhecer a consciência que emergiu de tal experiência educacional. Neste sentido, a pesquisa inferiu, por meio da análise de uma comunidade em particular, que a consciência nascida de tal prática foi de curto alcance, uma vez que os sujeitos envolvidos nesse projeto conscientizador perceberam apenas a ausência imediata de direitos.(AU)

A POLÍTICA DE FORMAÇÃO DO PROFESSOR DE QUÍMICA

Considerando as inúmeras fragilidades em relação à minha própria formação de professora de Química, considerando também as disposições legais e as orientações curriculares das políticas educacionais atuais que incorporam aportes teóricos fundamentais para que a aprendizagem se concretize e considerando ainda que as transformações nos procedimentos pedagógicos não acompanham o desenvolvimento das ciências da educação, este estudo teve com foco de investigação os seguintes problemas: a) os professores de Química que atuam no Ensino Médio estão devidamente formados para enfrentar as exigências colocadas pelos Parâmetros Curriculares Nacional para o Ensino Médio (PCNEM) e a realidade vivida na escola pública? b) O que o professor faz para que o aluno aprenda Química? c) A política de formação do professor de Química dá conta de formar o químico educador? Para obter os dados para responder a estas questões, recorri a uma pesquisa qualitativa de cunho etnográfico, aplicando questionários a um grupo de 12 professores de Química que atuam no Ensino Médio da rede pública estadual da Grande São Paulo. As questões do questionário foram agrupadas em três categorias: aprendizagem de conceitos, aprendizagem de procedimentos e aprendizagem de valores. No anos de 2001, essas categorias foram utilizadas por García Barros e Martinez Losada em pesquisa com professores da educação básica na Espanha, com ênfase nas duas primeiras, para averiguar que tipo de atividades se realiza habitualmente no ensino de Química e para conhecer a importância que os professores respondentes atribuem aos procedimentos que utilizam no processo de ensino. Os dados coletados, analisados à luz de contribuições dos estudiosos que compõem o corpo teórico deste estudo e das propostas contidas nos PCNEM, evidenciam que o saber fazer do professor, como o definem Carvalho e Perez (2002), é fruto de uma formação inicial precária e da quase inexistência de processos de formação continuada na escola.(AU)

A POLÍTICA DE FORMAÇÃO DO PROFESSOR DE QUÍMICA

Considerando as inúmeras fragilidades em relação à minha própria formação de professora de Química, considerando também as disposições legais e as orientações curriculares das políticas educacionais atuais que incorporam aportes teóricos fundamentais para que a aprendizagem se concretize e considerando ainda que as transformações nos procedimentos pedagógicos não acompanham o desenvolvimento das ciências da educação, este estudo teve com foco de investigação os seguintes problemas: a) os professores de Química que atuam no Ensino Médio estão devidamente formados para enfrentar as exigências colocadas pelos Parâmetros Curriculares Nacional para o Ensino Médio (PCNEM) e a realidade vivida na escola pública? b) O que o professor faz para que o aluno aprenda Química? c) A política de formação do professor de Química dá conta de formar o químico educador? Para obter os dados para responder a estas questões, recorri a uma pesquisa qualitativa de cunho etnográfico, aplicando questionários a um grupo de 12 professores de Química que atuam no Ensino Médio da rede pública estadual da Grande São Paulo. As questões do questionário foram agrupadas em três categorias: aprendizagem de conceitos, aprendizagem de procedimentos e aprendizagem de valores. No anos de 2001, essas categorias foram utilizadas por García Barros e Martinez Losada em pesquisa com professores da educação básica na Espanha, com ênfase nas duas primeiras, para averiguar que tipo de atividades se realiza habitualmente no ensino de Química e para conhecer a importância que os professores respondentes atribuem aos procedimentos que utilizam no processo de ensino. Os dados coletados, analisados à luz de contribuições dos estudiosos que compõem o corpo teórico deste estudo e das propostas contidas nos PCNEM, evidenciam que o saber fazer do professor, como o definem Carvalho e Perez (2002), é fruto de uma formação inicial precária e da quase inexistência de processos de formação continuada na escola.(AU)

The structure and organization within the membrane of the helices composing the pore-forming domain of Bacillus thuringiensis δ-endotoxin are consistent with an “umbrella-like” structure of the pore

The aim of this study was to elucidate the mechanism of membrane insertion and the structural organization of pores formed by Bacillus thuringiensis δ-endotoxin. We determined the relative affinities for membranes of peptides corresponding to the seven helices that compose the toxin pore-forming domain, their modes of membrane interaction, their structures within membranes, and their orientations relative to the membrane normal. In addition, we used resonance energy transfer measurements of all possible combinatorial pairs of membrane-bound helices to map the network of interactions between helices in their membrane-bound state. The interaction of the helices with the bilayer membrane was also probed by a Monte Carlo simulation protocol to determine lowest-energy orientations. Our results are consistent with a situation in which helices α4 and α5 insert into the membrane as a helical hairpin in an antiparallel manner, while the other helices lie on the membrane surface like the ribs of an umbrella (the “umbrella model”). Our results also support the suggestion that α7 may serve as a binding sensor to initiate the structural rearrangement of the pore-forming domain.

Gravity and the orientation of cell division

A novel culture system for mammalian cells was used to investigate division orientations in populations of Chinese hamster ovary cells and the influence of gravity on the positioning of division axes. The cells were tethered to adhesive sites, smaller in diameter than a newborn cell, distributed over a nonadhesive substrate positioned vertically. The cells grew and divided while attached to the sites, and the angles and directions of elongation during anaphase, projected in the vertical plane, were found to be random with respect to gravity. However, consecutive divisions of individual cells were generally along the same axis or at 90° to the previous division, with equal probability. Thus, successive divisions were restricted to orthogonal planes, but the choice of plane appeared to be random, unlike the ordered sequence of cleavage orientations seen during early embryo development.

Subtle atomic group discrimination in the RNA minor groove

As a problem in molecular recognition and for drug discovery, great interest has developed around the possibility that RNA structures could be discriminated by peptides and other small molecules. Although small peptides have been shown to have the capacity to discriminate specific bulges and loops in RNA molecules, discrimination of double helical regions by a peptide binder has not been reported. Indeed, the most accessible part of an RNA helix is the minor groove, and fundamental stereochemical considerations have suggested that discrimination of at least some base pairs would be difficult in the minor groove. Here we report the design and isolation of a peptide binder that manifests the most subtle kind of discrimination of base pair differences in the RNA minor groove. Functional discrimination of a single atomic group is demonstrated as well as the difference between two different angular orientations of the same group. This report of RNA helix discrimination by a peptide binder suggests a richer potential for RNA minor groove recognition than previously thought.

The orientation of the AP-1 heterodimer on DNA strongly affects transcriptional potency

Activation of gene transcription in eukaryotes requires the cooperative assembly of an initiation complex containing many protein subunits. The necessity that these components contact each other and the promoter/enhancer in defined ways suggests that their spatial arrangement might influence the activation response. Indeed, growing evidence indicates that DNA architecture can profoundly affect transcriptional potency. Much less is known about the influence of protein architecture on transcriptional activation. Here, we examine the architectural dependence of activator function through the analysis of matched pairs of AP-1•DNA complexes differing only in their orientation. Mutation of a critical Arg residue in the basic-leucine zipper domain of either Fos or Jun yielded single point-mutant heterodimers that bind DNA in a single defined orientation, as determined directly by native chemical ligation/affinity cleavage; by contrast, the corresponding wild-type protein binds DNA as a roughly equal mixture of two isomeric orientations, which are related by subunit interchange. The stereochemistry of the point-mutant heterodimers could be switched by inversion of a C•G base pair in the center of the AP-1 site, thus providing access to both fixed orientational isomers. Yeast reporter gene assays consistently revealed that one orientational isomer activates transcription at least 10-fold more strongly than the other. These results suggest that protein architecture, especially the spatial relationship of the activation domain to the promoter, can exert a powerful influence on activator potency.