Absolute Magnitudes of Pan-STARRS 1 Asteroids

It is well known that the absolute magnitudes (H) in the MPCORB and ASTORB orbital element catalogs suffer from a systematic offset. Juric at al. (2002) found 0.4 mag offset in the SDSS data and detailed light curve studies of WISE asteroids by Pravec et al. (2012) revealed size-dependent offsets of up to 0.5 mag. The offsets are thought to be caused by systematic errors introduced by earlier surveys using different photometric catalogs and filters. The next generation asteroid surveys provide an order of magnitude more asteroids and well-defined and calibrated magnitudes. The Pan-STARRS 1 telescope (PS1) has observed hundreds of thousands asteroids, submitted more than 2 million detections to the Minor Planet Center (MPC) and discovered almost 300 NEOs since the beginning of operations in late 2010. We transformed the observed apparent magnitudes of PS1-detected asteroids from the gP1,rP1,iP1,yP1,zP1 and wP1-bands into Johnson photometric system by assuming the mean S and C-type asteroid color (Fitzsimmons 2011 - personal communication, Schlafly et al. 2012, Magnier et al. 2012 - in preparation) and calculated the absolute magnitude (H) in the V-band and its uncertainty (Bowell et al., 1989) for more than 200,000 known asteroids having on average 6.7 detections per object. The H error with respect to the MPCORB catalog revealed a mean offset of -0.49+0.30 mag in good agreement with published values. We will also discuss the statistical and systematical errors in H and slope parameter G.

Spitzer observations of the asteroid-comet transition object and potential spacecraft target 107P (4015) Wilson-Harrington

Context: Near-Earth asteroid-comet transition object 107P/ (4015) Wilson-Harrington is a possible target of the joint European Space Agency (ESA) and Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA) Marco Polo sample return mission. Physical studies of this object are relevant to this mission, and also to understanding its asteroidal or cometary nature. Aims: Our aim is to obtain significant new constraints on the surface thermal properties of this object. Methods: We present mid-infrared photometry in two filters (16 and 22 μm) obtained with NASA's Spitzer Space Telescope on February 12, 2007, and results from the application of the Near Earth Asteroid Thermal Model (NEATM). We obtained high S/N in two mid-IR bands allowing accurate measurements of its thermal emission. Results: We obtain a well constrained beaming parameter (η = 1.39±0.26) and obtain a diameter and geometric albedo of D = 3.46±0.32 km, and pV = 0.059±0.011. We also obtain similar results when we apply this best-fitting thermal model to single-band mid-IR photometry reported by Campins et al. (1995, P&SS, 43, 733), Kraemer et al. (2005, AJ, 130, 2363) and Reach et al. (2007, Icarus, 191, 298). Conclusions: The albedo of 4015 Wilson-Harrington is low, consistent with those of comet nuclei and primitive C-, P-, D-type asteorids. We establish a rough lower limit for the thermal inertia of W-H of 60 Jm-2s-0.5 K-1 when it is at r = 1 AU, which is slightly over the limit of 30 Jm-2 s-0.5 K-1 derived by Groussin et al. (2009, Icarus, 199, 568) for the thermal inertia of the nucleus of comet 22P/Kopff.

Selection of burst-like transients and stochastic variables using multi-brand image differencing in the Pan-STARRS1 Medium Deep Survey

We present a novel method for the light-curve characterization of Pan-STARRS1 Medium Deep Survey (PS1 MDS) extragalactic sources into stochastic variables (SVs) and burst-like (BL) transients, using multi-band image-differencing time-series data. We select detections in difference images associated with galaxy hosts using a star/galaxy catalog extracted from the deep PS1 MDS stacked images, and adopt a maximum a posteriori formulation to model their difference-flux time-series in four Pan-STARRS1 photometric bands gP1, rP1, iP1, and zP1. We use three deterministic light-curve models to fit BL transients; a Gaussian, a Gamma distribution, and an analytic supernova (SN) model, and one stochastic light-curve model, the Ornstein-Uhlenbeck process, in order to fit variability that is characteristic of active galactic nuclei (AGNs). We assess the quality of fit of the models band-wise and source-wise, using their estimated leave-out-one cross-validation likelihoods and corrected Akaike information criteria. We then apply a K-means clustering algorithm on these statistics, to determine the source classification in each band. The final source classification is derived as a combination of the individual filter classifications, resulting in two measures of classification quality, from the averages across the photometric filters of (1) the classifications determined from the closest K-means cluster centers, and (2) the square distances from the clustering centers in the K-means clustering spaces. For a verification set of AGNs and SNe, we show that SV and BL occupy distinct regions in the plane constituted by these measures. We use our clustering method to characterize 4361 extragalactic image difference detected sources, in the first 2.5 yr of the PS1 MDS, into 1529 BL, and 2262 SV, with a purity of 95.00% for AGNs, and 90.97% for SN based on our verification sets. We combine our light-curve classifications with their nuclear or off-nuclear host galaxy offsets, to define a robust photometric sample of 1233 AGNs and 812 SNe. With these two samples, we characterize their variability and host galaxy properties, and identify simple photometric priors that would enable their real-time identification in future wide-field synoptic surveys.

PESSTO: Survey description and products from the first data release by the Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects

Context. The Public European Southern Observatory Spectroscopic Survey of Transient Objects (PESSTO) began as a public spectroscopic survey in April 2012. PESSTO classifies transients from publicly available sources and wide-field surveys, and selects science targets for detailed spectroscopic and photometric follow-up. PESSTO runs for nine months of the year, January - April and August - December inclusive, and typically has allocations of 10 nights per month. 

Aims. We describe the data reduction strategy and data products that are publicly available through the ESO archive as the Spectroscopic Survey data release 1 (SSDR1). 

Methods. PESSTO uses the New Technology Telescope with the instruments EFOSC2 and SOFI to provide optical and NIR spectroscopy and imaging. We target supernovae and optical transients brighter than 20.5^m for classification. Science targets are selected for follow-up based on the PESSTO science goal of extending knowledge of the extremes of the supernova population. We use standard EFOSC2 set-ups providing spectra with resolutions of 13-18 Å between 3345-9995 Å. A subset of the brighter science targets are selected for SOFI spectroscopy with the blue and red grisms (0.935-2.53 μm and resolutions 23-33 Å) and imaging with broadband JHK<inf>s</inf> filters. 

Results. This first data release (SSDR1) contains flux calibrated spectra from the first year (April 2012-2013). A total of 221 confirmed supernovae were classified, and we released calibrated optical spectra and classifications publicly within 24 h of the data being taken (via WISeREP). The data in SSDR1 replace those released spectra. They have more reliable and quantifiable flux calibrations, correction for telluric absorption, and are made available in standard ESO Phase 3 formats. We estimate the absolute accuracy of the flux calibrations for EFOSC2 across the whole survey in SSDR1 to be typically ∼15%, although a number of spectra will have less reliable absolute flux calibration because of weather and slit losses. Acquisition images for each spectrum are available which, in principle, can allow the user to refine the absolute flux calibration. The standard NIR reduction process does not produce high accuracy absolute spectrophotometry but synthetic photometry with accompanying JHK<inf>s</inf> imaging can improve this. Whenever possible, reduced SOFI images are provided to allow this. 

Conclusions. Future data releases will focus on improving the automated flux calibration of the data products. The rapid turnaround between discovery and classification and access to reliable pipeline processed data products has allowed early science papers in the first few months of the survey.

Memory Cost Analysis for OpenFlow Multiple Table Lookup

Multiple Table Lookup architectures in Software Defined Networking (SDN) open the door for exciting new network applications. The development of the OpenFlow protocol supported the SDN paradigm. However, the first version of the OpenFlow protocol specified a single table lookup model with the associated constraints in flow entry numbers and search capabilities. With the introduction of multiple table lookup in OpenFlow v1.1, flexible and efficient search to support SDN application innovation became possible. However, implementation of multiple table lookup in hardware to meet high performance requirements is non-trivial. One possible approach involves the use of multi-dimensional lookup algorithms. A high lookup performance can be achieved by using embedded memory for flow entry storage. A detailed study of OpenFlow flow filters for multi-dimensional lookup is presented in this paper. Based on a proposed multiple table lookup architecture, the memory consumption and update performance using parallel single field searches are evaluated. The results demonstrate an efficient multi-table lookup implementation with minimum memory usage.

Factors that impact on the use of mechanical ventilation weaning protocols in critically ill adults and children: a qualitative-evidence synthesis

Background:
Prolonged mechanical ventilation is associated with a longer intensive care unit (ICU) length of stay and higher mortality. Consequently, methods to improve ventilator weaning processes have been sought. Two recent Cochrane systematic reviews in ICU adult and paediatric populations concluded that protocols can be effective in reducing the duration of mechanical ventilation, but there was significant heterogeneity in study findings. Growing awareness of the benefits of understanding the contextual factors impacting on effectiveness has encouraged the integration of qualitative evidence syntheses with effectiveness reviews, which has delivered important insights into the reasons underpinning (differential) effectiveness of healthcare interventions.

Objectives:
1. To locate, appraise and synthesize qualitative evidence concerning the barriers and facilitators of the use of protocols for weaning critically-ill adults and children from mechanical ventilation;

2. To integrate this synthesis with two Cochrane effectiveness reviews of protocolized weaning to help explain observed heterogeneity by identifying contextual factors that impact on the use of protocols for weaning critically-ill adults and children from mechanical ventilation;

3. To use the integrated body of evidence to suggest the circumstances in which weaning protocols are most likely to be used.

Search methods:
We used a range of search terms identified with the help of the SPICE (Setting, Perspective, Intervention, Comparison, Evaluation) mnemonic. Where available, we used appropriate methodological filters for specific databases. We searched the following databases: Ovid MEDLINE, Embase, OVID, PsycINFO, CINAHL Plus, EBSCOHost, Web of Science Core Collection, ASSIA, IBSS, Sociological Abstracts, ProQuest and LILACS on the 26th February 2015. In addition, we searched: the grey literature; the websites of professional associations for relevant publications; and the reference lists of all publications reviewed. We also contacted authors of the trials included in the effectiveness reviews as well as of studies (potentially) included in the qualitative synthesis, conducted citation searches of the publications reporting these studies, and contacted content experts.

We reran the search on 3rd July 2016 and found three studies, which are awaiting classification.

Selection criteria:
We included qualitative studies that described: the circumstances in which protocols are designed, implemented or used, or both, and the views and experiences of healthcare professionals either involved in the design, implementation or use of weaning protocols or involved in the weaning of critically-ill adults and children from mechanical ventilation not using protocols. We included studies that: reflected on any aspect of the use of protocols, explored contextual factors relevant to the development, implementation or use of weaning protocols, and reported contextual phenomena and outcomes identified as relevant to the effectiveness of protocolized weaning from mechanical ventilation.

Data collection and analysis:
At each stage, two review authors undertook designated tasks, with the results shared amongst the wider team for discussion and final development. We independently reviewed all retrieved titles, abstracts and full papers for inclusion, and independently extracted selected data from included studies. We used the findings of the included studies to develop a new set of analytic themes focused on the barriers and facilitators to the use of protocols, and further refined them to produce a set of summary statements. We used the Confidence in the Evidence from Reviews of Qualitative Research (CERQual) framework to arrive at a final assessment of the overall confidence of the evidence used in the synthesis. We included all studies but undertook two sensitivity analyses to determine how the removal of certain bodies of evidence impacted on the content and confidence of the synthesis. We deployed a logic model to integrate the findings of the qualitative evidence synthesis with those of the Cochrane effectiveness reviews.

Main results:
We included 11 studies in our synthesis, involving 267 participants (one study did not report the number of participants). Five more studies are awaiting classification and will be dealt with when we update the review.

The quality of the evidence was mixed; of the 35 summary statements, we assessed 17 as ‘low’, 13 as ‘moderate’ and five as ‘high’ confidence. Our synthesis produced nine analytical themes, which report potential barriers and facilitators to the use of protocols. The themes are: the need for continual staff training and development; clinical experience as this promotes felt and perceived competence and confidence to wean; the vulnerability of weaning to disparate interprofessional working; an understanding of protocols as militating against a necessary proactivity in clinical practice; perceived nursing scope of practice and professional risk; ICU structure and processes of care; the ability of protocols to act as a prompt for shared care and consistency in weaning practice; maximizing the use of protocols through visibility and ease of implementation; and the ability of protocols to act as a framework for communication with parents.

Authors' conclusions:
There is a clear need for weaning protocols to take account of the social and cultural environment in which they are to be implemented. Irrespective of its inherent strengths, a protocol will not be used if it does not accommodate these complexities. In terms of protocol development, comprehensive interprofessional input will help to ensure broad-based understanding and a sense of ‘ownership’. In terms of implementation, all relevant ICU staff will benefit from general weaning as well as protocol-specific training; not only will this help secure a relevant clinical knowledge base and operational understanding, but will also demonstrate to others that this knowledge and understanding is in place. In order to maximize relevance and acceptability, protocols should be designed with the patient profile and requirements of the target ICU in mind. Predictably, an under-resourced ICU will impact adversely on protocol implementation, as staff will prioritize management of acutely deteriorating and critically-ill patients.

Petals of Resonance: A performance system for the transformation of small body sounds

A system of software and hardware that combines signal processing and contact microphones using normally inaudible body sounds, including heartbeat/pulse, respiration and internal sounds from the vocal tract that can be heard internally by the performer but not externally by others, to drive resonant filters. Performance at SARC Sonic Lab, Belfast, 19 Feb 2015 in collaboration with Birgit Ulher.

Communication Nonlinearities Techniques for Analysis of Passive Intermodulation

The X-parameter based nonlinear modelling tools have been adopted as the foundation for the advanced methodology
of experimental characterisation and design of passive nonlinear devices. Based upon the formalism of the Xparameters,
it provides a unified framework for co-design of antenna beamforming networks, filters, phase shifters and
other passive and active devices of RF front-end, taking into account the effect of their nonlinearities. The equivalent
circuits of the canonical elements are readily incorporated in the models, thus enabling evaluation of PIM effect on the
performance of individual devices and their assemblies. An important advantage of the presented methodology is its
compatibility with the industry-standard established commercial RF circuit simulator Agilent ADS.
The major challenge in practical implementation of the proposed approach is concerned with experimental retrieval of the X-parameters for canonical passive circuit elements. To our best knowledge commercial PIM testers and practical laboratory test instruments are inherently narrowband and do not allow for simultaneous vector measurements at the PIM and harmonic frequencies. Alternatively, existing nonlinear vector analysers (NVNA) support X-parameter measurements in a broad frequency bands with a range of stimuli, but their dynamic range is insufficient for the PIM characterisation in practical circuits. Further opportunities for adaptation of the X-parameters methodology to the PIM
characterisation of passive devices using the existing test instruments are explored.

M Dwarf Flare Continuum Variations on One-second Timescales: Calibrating and Modeling of ULTRACAM Flare Color Indices

We present a large data set of high-cadence dMe flare light curves obtained with custom continuum filters on the triple-beam, high-speed camera system ULTRACAM. The measurements provide constraints for models of the near-ultraviolet (NUV) and optical continuum spectral evolution on timescales of ≈1 s. We provide a robust interpretation of the flare emission in the ULTRACAM filters using simultaneously obtained low-resolution spectra during two moderate-sized flares in the dM4.5e star YZ CMi. By avoiding the spectral complexity within the broadband Johnson filters, the ULTRACAM filters are shown to characterize bona fide continuum emission in the NUV, blue, and red wavelength regimes. The NUV/blue flux ratio in flares is equivalent to a Balmer jump ratio, and the blue/red flux ratio provides an estimate for the color temperature of the optical continuum emission. We present a new “color-color” relationship for these continuum flux ratios at the peaks of the flares. Using the RADYN and RH codes, we interpret the ULTRACAM filter emission using the dominant emission processes from a radiative-hydrodynamic flare model with a high nonthermal electron beam flux, which explains a hot, T ≈ 104 K, color temperature at blue-to-red optical wavelengths and a small Balmer jump ratio as observed in moderate-sized and large flares alike. We also discuss the high time resolution, high signal-to-noise continuum color variations observed in YZ CMi during a giant flare, which increased the NUV flux from this star by over a factor of 100. Based on observations obtained with the Apache Point Observatory 3.5 m telescope, which is owned and operated by the Astrophysical Research Consortium, based on observations made with the William Herschel Telescope operated on the island of La Palma by the Isaac Newton Group in the Spanish Observatorio del Roque de los Muchachos of the Instituto de Astrofsica de Canarias, and observations, and based on observations made with the ESO Telescopes at the La Silla Paranal Observatory under programme ID 085.D-0501(A).

Spatio-temporal Rich Model Based Video Steganalysis on Cross Sections of Motion Vector Planes

A rich model based motion vector steganalysis benefiting from both temporal and spatial correlations of motion vectors is proposed in this work. The proposed steganalysis method has a substantially superior detection accuracy than the previous methods, even the targeted ones. The improvement in detection accuracy lies in several novel approaches introduced in this work. Firstly, it is shown that there is a strong correlation, not only spatially but also temporally, among neighbouring motion vectors for longer distances. Therefore, temporal motion vector dependency along side the spatial dependency is utilized for rigorous motion vector steganalysis. Secondly, unlike the filters previously used, which were heuristically designed against a specific motion vector steganography, a diverse set of many filters which can capture aberrations introduced by various motion vector steganography methods is used. The variety and also the number of the filter kernels are substantially more than that of used in previous ones. Besides that, filters up to fifth order are employed whereas the previous methods use at most second order filters. As a result of these, the proposed system captures various decorrelations in a wide spatio-temporal range and provides a better cover model. The proposed method is tested against the most prominent motion vector steganalysis and steganography methods. To the best knowledge of the authors, the experiments section has the most comprehensive tests in motion vector steganalysis field including five stego and seven steganalysis methods. Test results show that the proposed method yields around 20% detection accuracy increase in low payloads and 5% in higher payloads.

Systematic Review of the Measurement Properties of Tools Used to Measure Behaviour Problems in Young Children with Autism

Background
Behaviour problems are common in young children with autism spectrum disorder (ASD). There are many different tools used to measure behavior problems but little is known about their validity for the population.

Objectives
To evaluate the measurement properties of behaviour problems tools used in evaluation of intervention or observational research studies with children with ASD up to the age of six years.

Methods
Behaviour measurement tools were identified as part of a larger, two stage, systematic review. First, sixteen major electronic databases, as well as grey literature and research registers were searched, and tools used listed and categorized. Second, using methodological filters, we searched for articles examining the measurement properties of the tools in use with young children with ASD in ERIC, MEDLINE, EMBASE, CINAHL, and PsycINFO. The quality of these papers was then evaluated using the COSMIN checklist.

Results
We identified twelve tools which had been used to measure behaviour problems in young children with ASD, and fifteen studies which investigated the measurement properties of six of these tools. There was no evidence available for the remaining six tools. Two questionnaires were found to be the most robust in their measurement properties, the Child Behavior Checklist and the Home Situations Questionnaire—Pervasive Developmental Disorders version.

Conclusions
We found patchy evidence on reliability and validity, for only a few of the tools used to measure behaviour problems in young children with ASD. More systematic research is required on measurement properties of tools for use in this population, in particular to establish responsiveness to change which is essential in measurement of outcomes of intervention.

PROSPERO Registration Number

CRD42012002223

High-resolution seismic reflection investigation of gas accumulation and seepage in the tidal channels of the Ria of Aveiro barrier lagoon (Portugal)

O metano é um gás de estufa potente e uma importante fonte de energia. A importância global e impacto em zonas costeiras de acumulações e escape de gás metano são ainda pouco conhecidas. Esta tese investiga acumulações e escape de gás em canais de maré da Ria de Aveiro com dados de cinco campanhas de reflexão sísmica de alta resolução realizadas em 1986, 1999, 2002 e 2003. Estas incluem três campanhas de Chirp (RIAV99, RIAV02 e RIAV02A) e duas campanhas de Boomer (VOUGA86 e RIAV03). O processamento dos dados de navegação incluíram filtros de erros, correcções de sincronização de relógios de sistemas de aquisição de dados, ajuste de “layback” e estimativa da posição de “midpoint”. O processamento do sinal sísmico consistiu na correcção das amplitudes, remoção de ruído do tipo “burst”, correcções estáticas, correcção do “normal move-out”, filtragem passabanda, desconvolução da assinatura e migração Stolt F-K. A análise da regularidade do trajecto de navegação, dos desfasamentos entre horizontes e dos modelos de superfícies foi utilizada para controlo de qualidade, e permitiu a revisão e melhoria dos parâmetros de processamento. A heterogeneidade da cobertura sísmica, da qualidade do sinal, da penetração e da resolução, no seu conjunto constrangeram o uso dos dados a interpretações detalhadas, mas locais, de objectos geológicos da Ria. É apresentado um procedimento para determinar a escolha de escalas adequadas para modelar os objectos geológicos, baseado na resolução sísmica, erros de posicionamento conhecidos e desfasamentos médios entre horizontes. As evidências de acumulação e escape de gás na Ria de Aveiro incluem turbidez acústica, reflexões reforçadas, cortinas acústicas, domas, “pockmarks” e alinhamentos de “pockmarks” enterradas, horizontes perturbados e plumas acústicas na coluna de água (flares). A estratigrafia e a estrutura geológica controlam a distribuição e extensão das acumulações e escape de gás. Ainda assim, nestes sistemas de baixa profundidade de água, as variações da altura de maré têm um impacto significativo na detecção de gás com métodos acústicos, através de alterações nas amplitudes originais de reflexões reforçadas, turbidez acústica e branqueamento acústico em zonas com gás. Os padrões encontrados confirmam que o escape de bolhas de gás é desencadeado pela descida da maré. Há acumulações de gás em sedimentos Holocénicos e no substrato de argilas e calcários do Mesozóico. Evidências directas de escape de gás em sondagens em zonas vizinhas, mostraram gás essencialmente biogénico. A maioria do gás na área deve ter sido gerado em sedimentos lagunares Holocénicos. No entanto, a localização e geometria de estruturas de escape de fluidos em alguns canais de maré, seguem o padrão de fracturas do substrato Mesozóico, indicando uma possível fonte mais profunda de gás e que estas fracturas funcionam como condutas preferenciais de migração dos fluidos e exercem um controlo estrutural na ocorrência de gás na Ria.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Híbridos orgânicos-inorgânicos para aplicações de baixo custo em óptica integrada

O objectivo desta tese é a utilização de materiais híbridos orgânicos-inorgânicos, designados por di-ureiasis modificados pela adição de tetra-propóxido de zircónio (Zr(i-OPr)4) estabilizado com ácido metacrílico (CH2=C(CH3)COOH), obtidos pela via sol-gel, para aplicações em dispositivos ópticos integrados de baixo custo. A estrutura local dos di-ureiasis com diferentes concentrações de propóxido de zircónio (20 a 80 % mol) foi estudada por difracção de raios-X, espalhamento de raios X a baixos ângulos, microscopia de força atómica, ressonância magnética nuclear dos núcleos dos átomos de 29Si e 13C, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia de Raman por transformada de Fourier e termogravimetria. A influência dos parâmetros de síntese, concentração de tetra propóxido de zircónio e rácio tetra propóxido de zircónio: ácido metacrilico na estrutura e propriedades das amostras em monólito e filmes finos (depositados pela técnica de deposição por rotação do substrato) foram avaliadas, permitindo obter amostras transparentes, fotopolimerizáveis e estáveis termicamente até aos 100 ºC. Foram determinadas as propriedades dos guias planares em substratos de vidro borosilicato e silício oxidado (1

Characterisation of gas and particle emissions from wildfires

Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.