Shape stabilised phase change materials based on a high melt viscosity HDPE and paraffin waxes

Shape stabilised phase change materials (SSPCMs) based on a high density poly(ethylene)(hv-HDPE) with high (H-PW, Tm = 56–58 °C) and low (L-PW, Tm = 18–23 °C) melting point paraffin waxes were readily prepared using twin-screw extrusion. The thermo-physical properties of these materials were assessed using a combination of techniques and their suitability for latent heat thermal energy storage (LHTES) assessed. The melt processing temperature (160 °C) of the HDPE used was well below the onset of thermal decomposition of H-PW (220 °C), but above that for L-PW (130 °C), although the decomposition process extended over a range of 120 °C and the residence time of L-PW in the extruder was <30 s. The SSPCMs prepared had latent heats up to 89 J/g and the enthalpy values for H-PW in the respective blends decreased with increasing H-PW loading, as a consequence of co-crystallisation of H-PW and hv-HDPE. Static and dynamic mechanical analysis confirmed both waxes have a plasticisation effect on this HDPE. Irrespective of the mode of deformation (tension, flexural, compression) modulus and stress decreased with increased wax loading in the blend, but the H-PW blends were mechanically superior to those with L-PW.

Partial Palmprint Matching Using Invariant Local Minutiae Descriptors

In forensic investigations, it is common for forensic investigators to obtain a photograph of evidence left at the scene of crimes to aid them catch the culprit(s). Although, fingerprints are the most popular evidence that can be used, scene of crime officers claim that more than 30% of the evidence recovered from crime scenes originate from palms. Usually, palmprints evidence left at crime scenes are partial since very rarely full palmprints are obtained. In particular, partial palmprints do not exhibit a structured shape and often do not contain a reference point that can be used for their alignment to achieve efficient matching. This makes conventional matching methods based on alignment and minutiae pairing, as used in fingerprint recognition, to fail in partial palmprint recognition problems. In this paper a new partial-to-full palmprint recognition based on invariant minutiae descriptors is proposed where the partial palmprint’s minutiae are extracted and considered as the distinctive and discriminating features for each palmprint image. This is achieved by assigning to each minutiae a feature descriptor formed using the values of all the orientation histograms of the minutiae at hand. This allows for the descriptors to be rotation invariant and as such do not require any image alignment at the matching stage. The results obtained show that the proposed technique yields a recognition rate of 99.2%. The solution does give a high confidence to the judicial jury in their deliberations and decision.

The Determinants of Brownfields Redevelopment in England

This paper uses discrete choice models, supported by GIS data, to analyse the National Land Use Database, a register of more than 21,000 English brownfields - previously used sites with or without contamination that are currently unused or underused. Using spatial discrete choice models, including the first application of a spatial probit latent class model with class-specific neighbourhood effects, we find evidence of large local differences in the determinants of brownfields redevelopment in England and that the reuse decisions of adjacent sites affect the reuse of a site. We also find that sites with a history of industrial activities, large sites, and sites that are located in the poorest and bleakest areas of cities and regions of England are more difficult to redevelop. In particular, we find that the probability of reusing a brownfield increases by up to 8.5% for a site privately owned compared to a site publicly owned and between 15% - 30% if a site is located in London compared to the North West of England. We suggest that local tailored policies are more suitable than regional or national policies to boost the reuse of brownfield sites.

Scoup-SMT: Scalable Coupled Sparse Matrix-Tensor Factorization

How can we correlate neural activity in the human brain as it responds to words, with behavioral data expressed as answers to questions about these same words? In short, we want to find latent variables, that explain both the brain activity, as well as the behavioral responses. We show that this is an instance of the Coupled Matrix-Tensor Factorization (CMTF) problem. We propose Scoup-SMT, a novel, fast, and parallel algorithm that solves the CMTF problem and produces a sparse latent low-rank subspace of the data. In our experiments, we find that Scoup-SMT is 50-100 times faster than a state-of-the-art algorithm for CMTF, along with a 5 fold increase in sparsity. Moreover, we extend Scoup-SMT to handle missing data without degradation of performance. We apply Scoup-SMT to BrainQ, a dataset consisting of a (nouns, brain voxels, human subjects) tensor and a (nouns, properties) matrix, with coupling along the nouns dimension. Scoup-SMT is able to find meaningful latent variables, as well as to predict brain activity with competitive accuracy. Finally, we demonstrate the generality of Scoup-SMT, by applying it on a Facebook dataset (users, friends, wall-postings); there, Scoup-SMT spots spammer-like anomalies.

Development of a Novel Assay for the Detection of Active Neutrophil Elastase in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease

Neutrophil elastase (NE), a biomarker of infection and inflammation, correlates with the severity of several respiratory diseases including chronic obstructive pulmonary disease (COPD). However, it’s detection and quantification in biological samples is confounded by a lack of reliable and robust methodologies. Standard assays using chromogenic or fluorogenic substrates are not specific when added to complex clinical samples containing multiple proteolytic and hydrolytic enzymes which have the ability to hydrolyse the substrate, thereby resulting in an over-estimation of the target protease. Furthermore, ELISA systems measure total protease levels which can be a mixture of latent, active and protease-inhibitor complexes. Therefore, we have developed a novel immunoassay (ProteaseTag™ Active NE Immunoassay) which is selective and specific for the capture of active NE in sputum and Bronchoalveolar Lavage (BAL) in patients with COPD. The objective of this study was to clinically validate ProteaseTag™ Active NE Ultra Immunoassay for the detection of NE in sputum from COPD patients. 20 matched sputum sol samples were collected from 10 COPD patients (M=6, F=4; 73 ± 6 years) during stable and exacerbation phases. Samples were assayed for NE activity utilising both ProteaseTag™ Active NE Ultra Immunoassay and a fluorogenic substrate-based kinetic activity assay. Both assays detected elevated levels of NE in the majority of patients (n=7) during an exacerbation (mean=217.2 μg/ml ±296.6) compared to their stable phase (mean=92.37 μg/ml ±259.8). However, statistical analysis did not show this difference to be significant (p=0.07, ProteaseTag™ Active NE Ultra Immunoassay; p=0.06 kinetic assay), most likely due to the low study number. A highly significant correlation was found between the 2 assay types (p≤0.0001, r=0.996). NE as a primary efficacy endpoint in clinical trials or as a marker of inflammation within the clinic has been hampered by the lack of a robust and simple to use assay. ProteaseTag™ Active NE Immunoassay specifically measures only active NE in clinical samples, is quick and easy to use (< 3 hours) and has no dependency on a kinetic readout. ProteaseTag™ technology is currently being transferred to a lateral flow device for use at Point of Care.

Utilisation of a novel ProteaseTag™ activity immunoassay for the specific measurement of neutrophil elastase in BAL from children with cystic fibrosis

Introduction: Neutrophil elastase (NE) is a serine protease implicated in the pathogenesis of several respiratory diseases including cystic fibrosis (CF). The presence of free NE in BAL is a predictor of subsequent bronchiectasis in children with CF (Sly et al, 2013, NEJM 368: 1963-1970). Furthermore, children with higher levels of sputum NE activity (NEa) tend to experience a more rapid decline in FEV1 over time even after adjusting for age, gender and baseline FEV1 (Sagel et al, 2012, AJRCCM 186: 857-865). Its detection and quantification in biological samples is however confounded by a lack of robust methodologies. Standard assays using chromogenic or fluorogenic substrates are not specific when added to complex samples containing multiple proteolytic and hydrolytic enzymes. ELISA systems measure total protein levels which can be a mixture of latent, active and protease-inhibitor complexes. We have therefore developed a novel assay (ProteaseTag™ Active NE Immunoassay), which couples an activity dependent NE-Tag with a specific antibody step, resulting in an assay which is both selective and specific for NEa. Aims: To clinically validate ProteaseTag™ Active NE for the detection of free NEa in BAL from children with CF. Methods: A total of 95 paediatric BAL samples [CF (n=76; 44M, 32F) non-CF (n=19; 12M, 7F)] collected through the Study of Host Immunity and Early Lung Disease in CF (SHIELD CF) were analysed for NEa using ProteaseTag™ Active NE (ProAxsis Ltd) and a fluorogenic substrate-based assay utilising Suc-AAPV-AMC (Sigma). IL-8 was measured by ELISA (R&D Systems). Results were analysed to show comparisons in free NEa between CF and non-CF samples alongside correlations with a range of clinical parameters. Results: NEa measured by ProteaseTag™ Active NE correlated significantly with age (r=0.3, p=0.01) and highly significantly with both IL-8 (r=0.4, p=<0.0001) and the absolute neutrophil count (ANC) (r=0.4, p=<0.0001). These correlations were not observed when NEa was measured by the substrate assay even though a significant correlation was found between the two assays (r=0.8, p<0.0001). A trend towards significance was found between NEa in the CF and non-CF groups when measured by ProteaseTag™ Active NE (p=0.07). Highly significant differences were found with the other inflammatory parameters between the 2 groups (IL-8: p=0.0002 and ANC: p=0.006). Conclusion: NEa as a primary efficacy endpoint in clinical trials or as a marker of inflammation within the clinic has been hampered by the lack of a robust and simple to use assay. ProteaseTag™ Active NE has been shown to be a specific and superior tool in the measurement of NEa in paediatric CF BAL samples (supporting data from previous studies using adult CF expectorated samples). The technology is currently being transferred to a lateral flow device for use at Point of Care. Acknowledgements: This work was supported by the National Children’s Research Centre, Dublin (SHIELD CF) and grants from the Medical Research Council and Cystic Fibrosis Foundation Therapeutics.

Step by step: reconstruction of terrestrial animal movement paths by dead-reckoning

BACKGROUND: Research on wild animal ecology is increasingly employing GPS telemetry in order to determine animal movement. However, GPS systems record position intermittently, providing no information on latent position or track tortuosity. High frequency GPS have high power requirements, which necessitates large batteries (often effectively precluding their use on small animals) or reduced deployment duration. Dead-reckoning is an alternative approach which has the potential to 'fill in the gaps' between less resolute forms of telemetry without incurring the power costs. However, although this method has been used in aquatic environments, no explicit demonstration of terrestrial dead-reckoning has been presented.

RESULTS: We perform a simple validation experiment to assess the rate of error accumulation in terrestrial dead-reckoning. In addition, examples of successful implementation of dead-reckoning are given using data from the domestic dog Canus lupus, horse Equus ferus, cow Bos taurus and wild badger Meles meles.

CONCLUSIONS: This study documents how terrestrial dead-reckoning can be undertaken, describing derivation of heading from tri-axial accelerometer and tri-axial magnetometer data, correction for hard and soft iron distortions on the magnetometer output, and presenting a novel correction procedure to marry dead-reckoned paths to ground-truthed positions. This study is the first explicit demonstration of terrestrial dead-reckoning, which provides a workable method of deriving the paths of animals on a step-by-step scale. The wider implications of this method for the understanding of animal movement ecology are discussed.

Cartografia da oferta educativa e formativa destinada à população adulta do concelho de Vendas Novas na última década (2000 a 2010)

A presente dissertação constitui-se num estudo desenvolvido na área da educação de adultos, tendo como questão central: qual a oferta educativa e formativa certificada dirigida à população adulta do concelho de Vendas Novas, no período de 2000 a 2010? Procurámos dar resposta a esta questão, reflectindo sobre os conceitos relativos à Educação e Aprendizagem ao Longo da Vida e traçando uma breve retrospectiva das políticas educativas que nortearam este sector da educação. Atendendo à natureza do objecto em estudo, seguiu-se uma metodologia qualitativa, tendo a recolha de dados recaído sobre documentos oficiais produzidos por instâncias locais e regionais. Para a sua análise e interpretação, recorreu-se à técnica de análise de conteúdo, com o objectivo de destacar o seu conteúdo, quer evidente, quer latente. Os resultados emanados deste estudo permitiram-nos concluir efectivamente que as ofertas formativas colocadas ao dispor da população do concelho de Vendas Novas, durante a década de 2000 – 2010, foram muito diversificadas e procuraram, não só dar resposta às necessidades de formação/qualificação diagnosticadas, mas também dar cumprimento às orientações políticas nacionais e internacionais, em matéria de educação de adultos; ABSTRACT:This dissertation is the result of a study carries out in the area of adult education, having as central concern the mapping of the certified educational and training offer for adults in the county of Vendas Novas, in the period between 2000 and 2010. We tried to answer this question, reflecting on the concepts relating to education and lifelong learning and plotting a brief review of educational policies that guided this sector of education. Due to the nature of the subject under study, was followed a qualitative methodology, and data collection has relied on official documents produced by local and regional authorities. For the analysis and interpretation of data, we used the technique of content analysis, in order to highlight its content, either obvious or latent. The results emanating from this study allowed us to conclude that the provision of educational and training offer made available to the population of the county of Vendas Novas, during the decade 2000 - 2010, was very diverse and sought to address not only the training / qualification needs diagnosed, but also to comply with the national and international guidelines, in the field of adult education.

Analysis of multirate behavior in electronic systems

Esta tese insere-se na área da simulação de circuitos de RF e microondas, e visa o estudo de ferramentas computacionais inovadoras que consigam simular, de forma eficiente, circuitos não lineares e muito heterogéneos, contendo uma estrutura combinada de blocos analógicos de RF e de banda base e blocos digitais, a operar em múltiplas escalas de tempo. Os métodos numéricos propostos nesta tese baseiam-se em estratégias multi-dimensionais, as quais usam múltiplas variáveis temporais definidas em domínios de tempo deformados e não deformados, para lidar, de forma eficaz, com as disparidades existentes entre as diversas escalas de tempo. De modo a poder tirar proveito dos diferentes ritmos de evolução temporal existentes entre correntes e tensões com variação muito rápida (variáveis de estado activas) e correntes e tensões com variação lenta (variáveis de estado latentes), são utilizadas algumas técnicas numéricas avançadas para operar dentro dos espaços multi-dimensionais, como, por exemplo, os algoritmos multi-ritmo de Runge-Kutta, ou o método das linhas. São também apresentadas algumas estratégias de partição dos circuitos, as quais permitem dividir um circuito em sub-circuitos de uma forma completamente automática, em função dos ritmos de evolução das suas variáveis de estado. Para problemas acentuadamente não lineares, são propostos vários métodos inovadores de simulação a operar estritamente no domínio do tempo. Para problemas com não linearidades moderadas é proposto um novo método híbrido frequência-tempo, baseado numa combinação entre a integração passo a passo unidimensional e o método seguidor de envolvente com balanço harmónico. O desempenho dos métodos é testado na simulação de alguns exemplos ilustrativos, com resultados bastante promissores. Uma análise comparativa entre os métodos agora propostos e os métodos actualmente existentes para simulação RF, revela ganhos consideráveis em termos de rapidez de computação.

Extracção supercrítica de óleo de grainha de uva combinada com pré-tratamentos enzimáticos

Neste trabalho estudou-se a extracção supercrítica do óleo de grainha de uva, usando dióxido de carbono, e combinou-se este processo com um prétratamento enzimático da semente para aumentar o rendimento global da extracção. A qualidade dos extractos obtidos foi avaliada pelo seu conteúdo em triacilglicerídeos, perfil de ácidos gordos e capacidade antioxidante. Realizaram-se também alguns estudos exploratórios sobre a aplicação de um pré-tratamento de alta pressão (HPP) à grainha da uva. Adicionalmente, efectuou-se o estudo da extracção, fraccionamento e caracterização estrutural das procianidinas da grainha da uva, bem como a avaliação da sua capacidade antioxidante. A extracção de procianidinas da grainha da uva foi efectuada sequencialmente com metanol e acetona/água, tendo sido posteriormente fraccionadas por adição sucessiva de misturas metanol/clorofórmio progressivamente mais concentradas em clorofórmio. A caracterização das procianidinas foi feita por HPLC-UV e LC–MS, antes e depois de sujeitar as amostras a uma tiólise, e também por ESI-MS e ESI-MS/MS. Este estudo permitiu reportar, pela primeira vez, a ocorrência de procianidinas do tipo-A galoiladas na grainha da uva. Os resultados de HPLC-UV permitiram determinar o grau médio de polimerização das procianidinas e a sua composição monomérica em (+)- catequina, (-)-epicatequina e (-)-epicatequina-O-galato. Mostrou-se que a (+)- catequina é o flavan-3-ol terminal mais abundante e a (-)-epicatequina predomina largamente como unidade de extensão. No caso de procianidinas do tipo A, a ligação interflavânica C2-C7 encontra-se essencialmente nas unidades terminais. O grau médio de polimerização das diversas fracções varia entre 1.0 e 10.8. A sua capacidade antioxidante, medida pelo método espectrofotométrico de DPPH•, mostrou-se ser equivalente à de uma amostra comercial de (+)-catequina usada como referência. A partir dos graus médios de polimerização experimentais e das análises de FTIR das fracções correspondentes foi possível obter um modelo preditivo O-PLS com apenas uma variável latente. O pré-tratamento enzimático justificou-se pelo conhecimento existente acerca do uso de enzimas específicas que destroem parcialmente as paredes celulares. Atendendo à composição das paredes celulares da grainha da uva preparou-se uma suspensão contendo protease, xilanase, pectinase e celulase. Para determinar as condições experimentais do pré-tratamento que maximizam o rendimento da extracção, estudou-se o efeito do tempo de reacção, temperatura, pH, diâmetro médio das partículas de grainha moída e a concentração das enzimas. Os incrementos do rendimento da extracção de óleo observados atingiram 163.2%. O estudo da extracção supercrítica (SFE) do óleo da grainha de uva tratada e não-tratada permitiu obter as curvas de extracção correspondentes, bem com analisar a influência das condições operatórias sobre o seu andamento. Montou-se uma instalação laboratorial onde se realizaram experiências com dióxido de carbono a 160, 180, 200 e 220 bar e temperaturas de 313.15 e 323.15 K. Os rendimentos obtidos por SFE foram semelhantes aos de Soxhlet com n-hexano. As curvas de extracção medidas compreendem um primeiro período de extracção, onde se remove cerca de 92-97% do óleo disponível, e um segundo período, essencialmente difusional, com pouco impacto no rendimento final. Os vários extractos recolhidos e o óleo global obtido foram caracterizados para avaliar a sua qualidade e relacioná-la com as condições operatórias de SFE. Determinaram-se o conteúdo total em triacilglicerídeos, o seu perfil de ácidos gordos e a capacidade antioxidante (AOC). Os resultados mostraram que a AOC aumenta com a elevação da pressão e, acentuadamente, com o acréscimo da temperatura. Ao longo da curva de extracção, a AOC é mais pronunciada nos extractos iniciais, nomeadamente nos primeiros 30 a 40% da extracção. A modelação efectuada considerou que o óleo extractável se reparte entre células rompidas, predominantes na periferia da semente, e células intactas, mais interiores. Admitiu-se que o transporte de massa ocorre em série, i.e. das células intactas para as rompidas e destas para o solvente; mostrou-se que a dispersão axial era desprezável. Os balanços materiais à fase fluida e aos volumes de células rompidas e intactas, combinados com os fluxos interno, externo e a relação de equilíbrio foram resolvidos numericamente pelo método das linhas combinado com diferenças finitas atrasadas. O modelo reproduziu bem as curvas experimentais e permitiu simular curvas de eluição e os três perfis de concentração no leito.

Argamassas funcionais para uma construção sustentável

A aposta na sustentabilidade tem conduzido o mercado da construção a procurar novas soluções técnicas e novos materiais, que por serem mais eficientes, conseguem dar resposta aos requisitos cada vez mais exigentes deste sector. A aplicação dos conceitos de sustentabilidade não se pode restringir a novas construções, tendo que prever também as renovações e a reabilitação de edifícios antigos. Assim, novos materiais que sejam desenvolvidos, devem contemplar todas estas vertentes de utilização. Neste trabalho desenvolveram-se argamassas com novas funcionalidades, que contribuem para melhorar os níveis de sustentabilidade dos edifícios, através da incorporação de nanomateriais para armazenamento de calor latente e degradação de poluentes do ar interior. Estudou-se não só o impacto da incorporação destas nanopartículas no estado fresco e endurecido, mas também o seu desempenho do ponto de vista funcional quando integrados na estrutura da argamassa. É possível obter argamassas com capacidade para armazenar calor latente através da incorporação de um material de mudança de fase. Este material constituído por uma mistura de parafinas, consegue armazenar calor e libertálo posteriormente. As composições desenvolvidas podem ser aplicadas em novos projectos ou na reabilitação de edifícios contribuindo para reduzir o consumo energético, melhorando o conforto térmico no interior. Com a redução da factura energética obtém-se uma efectiva diminuição do impacto ambiental, energético e económico do edifício. Para além do armazenamento de calor latente, também se desenvolveram argamassas capazes de eliminar poluentes do ar interior e, simultaneamente, com capacidade de auto-limpeza. Utilizaram-se nanopartículas de dióxido de titânio como aditivo fotocatalítico, tendo-se analisado o efeito da introdução deste aditivo nas argamassas. As composições testadas demonstraram elevada capacidade fotocatalítica e de auto-limpeza, sem comprometer as suas propriedades no estado endurecido. Ao aplicar estas composições na camada de acabamento interior melhora-se a qualidade do ar no interior das habitações e reduz-se a necessidade de utilização de sistemas de ventilação. As argamassas funcionais contribuem para melhorar os níveis de sustentabilidade da construção, tendo impacto económico e ambiental em todo o ciclo de vida do edifício.

Cinética da transferência de calor em materiais com mudança de fase

É extensa a bibliografia dedicada a potenciais aplicações de materiais com mudança de fase na regulação térmica e no armazenamento de calor ou de frio. No entanto, a baixa condutividade térmica impõe limitações numa grande diversidade de aplicações com exigências críticas em termos de tempo de resposta curto ou com requisitos de elevada potência em ciclos de carga/descarga de calor latente. Foram desenvolvidos códigos numéricos no sentido de obter soluções precisas para descrever a cinética da transferência de calor com mudança de fase, com base em geometrias representativas, i.e. planar e esférica. Foram igualmente propostas soluções aproximadas, sendo identificados correspondentes critérios de validação em função das propriedades dos materiais de mudança de fase e de outros parâmetros relevantes tais como as escalas de tamanho e de tempo, etc. As referidas soluções permitiram identificar com rigor os fatores determinantes daquelas limitações, quantificar os correspondentes efeitos e estabelecer critérios de qualidade adequados para diferentes tipologias de potenciais aplicações. Os referidos critérios foram sistematizados de acordo com metodologias de seleção propostas por Ashby e co-autores, tendo em vista o melhor desempenho dos materiais em aplicações representativas, designadamente com requisitos ao nível de densidade energética, tempo de resposta, potência de carga/descarga e gama de temperaturas de operação. Nesta sistematização foram incluídos alguns dos compósitos desenvolvidos durante o presente trabalho. A avaliação das limitações acima mencionadas deu origem ao desenvolvimento de materiais compósitos para acumulação de calor ou frio, com acentuada melhoria de resposta térmica, mediante incorporação de uma fase com condutividade térmica muito superior à da matriz. Para este efeito, foram desenvolvidos modelos para otimizar a distribuição espacial da fase condutora, de modo a superar os limites de percolação previstos por modelos clássicos de condução em compósitos com distribuição aleatória, visando melhorias de desempenho térmico com reduzidas frações de fase condutora e garantindo que a densidade energética não é significativamente afetada. Os modelos elaborados correspondem a compósitos de tipo core-shell, baseados em microestruturas celulares da fase de elevada condutividade térmica, impregnadas com o material de mudança de fase propriamente dito. Além de visarem a minimização da fração de fase condutora e correspondentes custos, os modelos de compósitos propostos tiveram em conta a adequação a métodos de processamento versáteis, reprodutíveis, preferencialmente com base na emulsificação de líquidos orgânicos em suspensões aquosas ou outros processos de reduzidas complexidade e com base em materiais de baixo custo (material de mudança de fase e fase condutora). O design da distribuição microestrutural também considerou a possibilidade de orientação preferencial de fases condutoras com elevada anisotropia (p.e. grafite), mediante auto-organização. Outros estágios do projeto foram subordinados a esses objetivos de desenvolvimento de compósitos com resposta térmica otimizada, em conformidade com previsões dos modelos de compósitos de tipo core-shell, acima mencionadas. Neste enquadramento, foram preparados 3 tipos de compósitos com organização celular da fase condutora, com as seguintes características e metodologias: i) compósitos celulares parafina-grafite para acumulação de calor, preparados in-situ por emulsificação de uma suspensão de grafite em parafina fundida; ii) compósitos celulares parafina-Al2O3 para acumulação de calor, preparados por impregnação de parafina em esqueleto cerâmico celular de Al2O3; iii) compósitos celulares para acumulação de frio, obtidos mediante impregnação de matrizes celulares de grafite com solução de colagénio, após preparação prévia das matrizes de grafite celular. Os compósitos com esqueleto cerâmico (ii) requereram o desenvolvimento prévio de um método para o seu processamento, baseado na emulsificação de suspensões de Al2O3 em parafina fundida, com adequados aditivos dispersantes, tensioactivos e consolidantes do esqueleto cerâmico, tornando-o auto-suportável durante as fases posteriores de eliminação da parafina, até à queima a alta temperatura, originando cerâmicos celulares com adequada resistência mecânica. Os compósitos desenvolvidos apresentam melhorias significativos de condutividade térmica, atingindo ganhos superiores a 1 ordem de grandeza com frações de fase condutora inferior a 10 % vol. (4 W m-1 K-1), em virtude da organização core-shell e com o contributo adicional da anisotropia da grafite, mediante orientação preferencial. Foram ainda preparados compósitos de armazenamento de frio (iii), com orientação aleatória da fase condutora, obtidos mediante gelificação de suspensões de partículas de grafite em solução aquosa de colagénio. Apesar da estabilidade microestrutural e de forma, conferida por gelificação, estes compósitos confirmaram a esperada limitação dos compósitos com distribuição aleatória, em confronto com os ganhos alcançados com a organização de tipo core-shell.

Identificação de utilizadores seniores em televisão interativa (iTV) : uma matriz de decisão tecnológica

Desde que surgiu há mais de 50 anos, a televisão sofreu muitas transformações, tanto ao nível tecnológico (por exemplo com a passagem da emissão a preto/branco para cor, o som analógico para digital, a difusão digital) como a nível da sua influência nas sociedades. Entre outros fatores de ordem tecnológica, a consolidação da Internet com o seu elevado nível de personalização, da experiência de utilização, e a sua enorme quantidade de conteúdos disponíveis, catapultou a televisão no sentido de esta se tornar mais interativa. Assim, o telespectador passou a poder usufruir de uma experiência televisiva que pode, por um lado, ser mais participativa, sendo-lhe possível, por exemplo, alvitrar sobre a qualidade de um programa enquanto assiste à sua exibição, e, por outro, ser mais personalizada, possibilitando-lhe, por exemplo, receber conteúdos automaticamente adequados ao seu perfil e contexto. No entanto, esta experiência mais participativa e personalizável carece de uma identificação, idealmente automática e não intrusiva, de quem pode beneficiar da mesma – o telespectador. Contudo, e apesar de significativos avanços na área da televisão interativa, tanto ao nível da infraestrutura de suporte como ao nível dos serviços disponibilizados, a identificação dos utilizadores é, ainda, uma área de estudo com muitos aspetos por compreender. Os seniores, em particular, são grandes consumidores de televisão e representam uma fatia muito considerável das pessoas que podem beneficiar das potencialidades disponibilizadas pela interatividade presente em muitos serviços atuais. Um número crescente destes serviços são desenhados com o objetivo de promoverem um envelhecimento ativo e um concreto apoio à vida, pelo que os seniores podem beneficiar, em vários aspetos do seu quotidiano, se os utilizarem. Nesta faixa etária, a identificação de utilizadores tem, como elemento potenciador da experiência de utilização, um papel especialmente importante ao nível de um aproveitamento personalizado e dirigido destes serviços. No entanto, atendendo às diferentes combinações de características físicas, sensoriais, cognitivas e, mesmo, de literacia digital que tipificam os seniores, perspetivou-se existir uma dependência do perfil do utilizador na seleção do método de identificação mais adequado, os quais podem ser baseados, por exemplo, num leitor de impressões digitais, instalado no telecomando; na leitura de uma wearable tag ou de um cartão RFiD; no reconhecimento da face e, eventualmente, na voz do utilizador. Assim, a inerente investigação desenrolou-se em várias fases, no sentido de permitir alicerçar a construção de uma matriz de decisão tecnológica que, em função do perfil de utilizador, selecione o sistema de identificação mais adequado. O procedimento metodológico inerente à construção desta matriz de decisão, passou por um longo processo envolvendo utilizadores reais, que se iniciou com a realização de entrevistas exploratórias com o objetivo de permitir conhecer melhor os seniores e a forma como estes encaram a tecnologia e, mais concretamente, a televisão interativa. Foi depois implementado um protótipo de alta-fidelidade, completamente funcional, para a realização de testes com o objetivo de perceber qual a preferência relativamente a um subconjunto de tecnologias de identificação. Estes testes, uma vez que não permitiram testar todas as tecnologias em estudo, revelaram-se inconclusivos, porém permitiram reforçar a necessidade de identificar e caracterizar os referidos aspetos do perfil do utilizador que podem interferir na sua preferência relativamente ao sistema de identificação. As características identificadas constituíram-se como os parâmetros de entrada da matriz, sendo que para preencher as respetivas células realizaramse testes de aceitação, com um conjunto de seniores, tendo por base um protótipo, wizard of oz, especificamente implementado para permitir experienciar todas as tecnologias em estudo. Estes testes foram precedidos pela avaliação das capacidades funcionais dos participantes, nos diversos parâmetros definidos. Este texto relata, assim, todo o processo de investigação que foi conduzido, terminando com uma descrição de exemplos de utilização da matriz de decisão implementada e com a identificação de potenciais caminhos de desenvolvimento deste trabalho.

Electromechanical properties of engineered lead free potassium sodium niobate based materials

K0.5Na0.5NbO3 (KNN), is the most promising lead free material for substituting lead zirconate titanate (PZT) which is still the market leader used for sensors and actuators. To make KNN a real competitor, it is necessary to understand and to improve its properties. This goal is pursued in the present work via different approaches aiming to study KNN intrinsic properties and then to identify appropriate strategies like doping and texturing for designing better KNN materials for an intended application. Hence, polycrystalline KNN ceramics (undoped, non-stoichiometric; NST and doped), high-quality KNN single crystals and textured KNN based ceramics were successfully synthesized and characterized in this work. Polycrystalline undoped, non-stoichiometric (NST) and Mn doped KNN ceramics were prepared by conventional ceramic processing. Structure, microstructure and electrical properties were measured. It was observed that the window for mono-phasic compositions was very narrow for both NST ceramics and Mn doped ceramics. For NST ceramics the variation of A/B ratio influenced the polarization (P-E) hysteresis loop and better piezoelectric and dielectric responses could be found for small stoichiometry deviations (A/B = 0.97). Regarding Mn doping, as compared to undoped KNN which showed leaky polarization (P-E) hysteresis loops, B-site Mn doped ceramics showed a well saturated, less-leaky hysteresis loop and a significant properties improvement. Impedance spectroscopy was used to assess the role of Mn and a relation between charge transport – defects and ferroelectric response in K0.5Na0.5NbO3 (KNN) and Mn doped KNN ceramics could be established. At room temperature the conduction in KNN which is associated with holes transport is suppressed by Mn doping. Hence Mn addition increases the resistivity of the ceramic, which proved to be very helpful for improving the saturation of the P-E loop. At high temperatures the conduction is dominated by the motion of ionized oxygen vacancies whose concentration increases with Mn doping. Single crystals of potassium sodium niobate (KNN) were grown by a modified high temperature flux method. A boron-modified flux was used to obtain the crystals at a relatively low temperature. XRD, EDS and ICP analysis proved the chemical and crystallographic quality of the crystals. The grown KNN crystals exhibit higher dielectric permittivity (29,100) at the tetragonal-to-cubic phase transition temperature, higher remnant polarization (19.4 μC/cm2) and piezoelectric coefficient (160 pC/N) when compared with the standard KNN ceramics. KNN single crystals domain structure was characterized for the first time by piezoforce response microscopy. It could be observed that <001> - oriented potassium sodium niobate (KNN) single crystals reveal a long range ordered domain pattern of parallel 180° domains with zig-zag 90° domains. From the comparison of KNN Single crystals to ceramics, It is argued that the presence in KNN single crystal (and absence in KNN ceramics) of such a long range order specific domain pattern that is its fingerprint accounts for the improved properties of single crystals. These results have broad implications for the expanded use of KNN materials, by establishing a relation between the domain patterns and the dielectric and ferroelectric response of single crystals and ceramics and by indicating ways of achieving maximised properties in KNN materials. Polarized Raman analysis of ferroelectric potassium sodium niobate (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN) single crystals was performed. For the first time, an evidence is provided that supports the assignment of KNN single crystals structure to the monoclinic symmetry at room temperature. Intensities of A′, A″ and mixed A′+A″ phonons have been theoretically calculated and compared with the experimental data in dependence of crystal rotation, which allowed the precise determination of the Raman tensor coefficients for (non-leaking) modes in monoclinic KNN. In relation to the previous literature, this study clarifies that assigning monoclinic phase is more suitable than the orthorhombic one. In addition, this study is the basis for non-destructive assessments of domain distribution by Raman spectroscopy in KNN-based lead-free ferroelectrics with complex structures. Searching a deeper understanding of the electrical behaviour of both KNN single crystal and polycrystalline materials for the sake of designing optimized KNN materials, a comparative study at the level of charge transport and point defects was carried out by impedance spectroscopy. KNN single crystals showed lower conductivity than polycrystals from room temperature up to 200 ºC, but above this temperature polycrystalline KNN displays lower conductivity. The low temperature (T < 200 ºC) behaviour reflects the different processing conditions of both ceramics and single crystals, which account for less defects prone to charge transport in the case of single crystals. As temperature increases (T > 200 ºC) single crystals become more conductive than polycrystalline samples, in which grain boundaries act as barriers to charge transport. For even higher temperatures the conductivity difference between both is increased due to the contribution of ionic conduction in single crystals. Indeed the values of activation energy calculated to the high temperature range (T > 300 ºC) were 1.60 and 0.97 eV, confirming the charge transport due to ionic conduction and ionized oxygen vacancies in single crystals and polycrystalline KNN, respectively. It is suggested that single crystals with low defects content and improved electromechanical properties could be a better choice for room temperature applications, though at high temperatures less conductive ceramics may be the choice, depending on the targeted use. Aiming at engineering the properties of KNN polycrystals towards the performance of single crystals, the preparation and properties study of (001) – oriented (K0.5Na0.5)0.98Li0.02NbO3 (KNNL) ceramics obtained by templated grain growth (TGG) using KNN single crystals as templates was undertaken. The choice of KNN single crystals templates is related with their better properties and to their unique domain structure which were envisaged as a tool for templating better properties in KNN ceramics too. X-ray diffraction analysis revealed for the templated ceramics a monoclinic structure at room temperature and a Lotgering factor (f) of 40% which confirmed texture development. These textured ceramics exhibit a long range ordered domain pattern consisting of 90º and 180º domains, similar to the one observed in the single crystals. Enhanced dielectric (13017 at TC), ferroelectric (2Pr = 42.8 μC/cm2) and piezoelectric (d33 = 280 pC/N) properties are observed for textured KNNL ceramics as compared to the randomly oriented ones. This behaviour is suggested to be due to the long range ordered domain patterns observed in the textured ceramics. The obtained results as compared with the data previously reported on texture KNN based ceramics confirm that superior properties were found due to ordered repeated domain pattern. This study provides an useful approach towards properties improvement of KNN-based piezoelectric ceramics. Overall, the present results bring a significant contribution to the pool of knowledge on the properties of sodium potassium niobate materials: a relation between the domain patterns and di-, ferro-, and piezo-electric response of single crystals and ceramics was demonstrated and ways of engineering maximised properties in KNN materials, for example by texturing were established. This contribution is envisaged to have broad implications for the expanded use of KNN over the alternative lead-based materials.