A numerical model of a liquid-feed solid polymer electrolyte DMFC and its experimental validation

A one-dimensional, biphasic, multicomponent steady-state model based on phenomenological transport equations for the catalyst layer, diffusion layer, and polymeric electrolyte membrane has been developed for a liquid-feed solid polymer electrolyte direct methanol fuel cell (SPE- DMFC). The model employs three important requisites: (i) implementation of analytical treatment of nonlinear terms to obtain a faster numerical solution as also to render the iterative scheme easier to converge, (ii) an appropriate description of two-phase transport phenomena in the diffusive region of the cell to account for flooding and water condensation/evaporation effects, and (iii) treatment of polarization effects due to methanol crossover. An improved numerical solution has been achieved by coupling analytical integration of kinetics and transport equations in the reaction layer, which explicitly include the effect of concentration and pressure gradient on cell polarization within the bulk catalyst layer. In particular, the integrated kinetic treatment explicitly accounts for the nonhomogeneous porous structure of the catalyst layer and the diffusion of reactants within and between the pores in the cathode. At the anode, the analytical integration of electrode kinetics has been obtained within the assumption of macrohomogeneous electrode porous structure, because methanol transport in a liquid-feed SPE- DMFC is essentially a single-phase process because of the high miscibility of methanol with water and its higher concentration in relation to gaseous reactants. A simple empirical model accounts for the effect of capillary forces on liquid-phase saturation in the diffusion layer. Consequently, diffusive and convective flow equations, comprising Nernst-Plank relation for solutes, Darcy law for liquid water, and Stefan-Maxwell equation for gaseous species, have been modified to include the capillary flow contribution to transport. To understand fully the role of model parameters in simulating the performance of the DMCF, we have carried out its parametric study. An experimental validation of model has also been carried out. (C) 2003 The Electrochemical Society.

Rapid sonochemical synthesis of mesoporous MnO2 for supercapacitor applications

Mesoporous MnO2 samples with average pore-size in the range of 2-20 nm are synthesized in sonochemical method from KMnO4 by using a tri-block copolymer, namely, poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol) (P123) as a soft template as well as a reducing agent. The MnO2 samples are found to be poorly crystalline. On increasing the amplitude of sonication, a change in the morphology of MnO2 from nanoparticles to nanorods and also change in porosity are observed. A high BET surface area of 245 m(2) g(-1) is achieved for MnO2 sample. The MnO2 samples are subjected to electrochemical capacitance studies by cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge cycling in 0.1 M aqueous Ca(NO3)(2) electrolyte. A maximum specific capacitance (SC) of 265 Fg(-1) is obtained for the MnO2 sample synthesized in sonochemical method using an amplitude of 30 mu m. The MnO2 samples also possess good electrochemical stability due to their favourable porous structure and high surface area. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Particle size, morphology and color tunable ZnO:Eu3+ nanophosphors via plant latex mediated green combustion synthesis

Efficient ZnO:Eu3+ (1-11 mol%) nanophosphors were prepared for the first time by green synthesis route using Euphorbia tirucalli plant latex. The final products were well characterized by powder X-ray diffraction (PXRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), UV-visible spectroscopy (UV-Vis), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), etc. The average particle size of ZnO:Eu3+ (7 mol%) was found to be in the range 27-47 nm. With increase of plant latex, the particle size was reduced and porous structure was converted to spherical shaped particles. Photoluminescence (PL) spectra indicated that the peaks situated at similar to 590, 615, 648 and 702 nm were attributed to the D-5(0) -> F-7(j(j=1,2,3,4)) transitions of Eu3+ ions. The highest PL intensity was recorded for 7 mol% with Eu3+ ions and 26 ml plant latex concentration. The PL intensity increases with increase of plant latex concentration up to 30 ml and there after it decreases. The phosphor prepared by this method show spherical shaped particles, excellent chromaticity co-ordinates in the white light region which was highly useful for WLED's. Further, present method was reliable, environmentally friendly and alternative to economical routes. (c) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Optical detection of submicromolar levels of nitro explosives by a submicron sized metal-organic phosphor material

Two isomorphous submicron sized metal-organic network compounds, Y-2(PDA)(3)(H2O)1]center dot 2H(2)O (PDA = 1,4-phenylenediacetate), 1 and Y1.8Tb0.2(PDA)(3)(H2O)1]center dot 2H(2)O, Tb@1 have been synthesized by employing solvent assisted liquid grinding followed by heating at 180 degrees C for 1' min and washing with water. Single crystal X-ray data of bulk 1 confirmed a three dimensional porous structure. The structure and morphology of 1 and Tb@1 were systematically characterized by PXRD, TGA, DSC, IR, SEM and EDX analysis. Dehydrated Tb@1 Tb@1'] shows a high intense visible green emission upon exposure to UV light. The green emission of Tb@1' was used for the detection of nitro explosives, such as 2,4,6-trinitrophenol (TNP), 1,3-dinitro benzene (DNB), 2,4-dinitro toluene (DNT), nitro benzene (NB), and 4-nitro toluene (NT) in acetonitrile. The results show that the emission intensity of dehydrated Tb@1' can be quenched by all the nitro analytes used in the present work. Remarkably, Tb@1' exhibited a high efficiency for TNP, DNB and DNT detection with K-SV K-SV = quenching constant based on linear Stern-Volmer plot] values of 70 920, 44 000 and 35 430 M-1, respectively, which are the highest values amongst known metal-organic materials. Using this material submicromolar level (equivalent to 0.18 ppm), a detection of nitro explosives has been achieved.

Stimuli-responsive weak polyelectrolyte multilayer films: A thin film platform for self triggered multi-drug delivery

Polyelectrolyte multilayer (PEM) thin film composed of weak polyelectrolytes was designed by layer-by-layer (LbL) assembly of poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly(methacrylic acid) (PMA) for multi-drug delivery applications. Environmental stimuli such as pH and ionic strength showed significant influence in changing the film morphology from pore-free smooth structure to porous structure and favored triggered release of loaded molecules. The film was successfully loaded with bovine serum albumin (BSA) and ciprofloxacin hydrochloride (CH) by modulating the porous polymeric network of the film. Release studies showed that the amount of release could be easily controlled by changing the environmental conditions such as pH and ionic strength. Sustained release of loaded molecules was observed up to 8 h. The fabricated films were found to be biocompatible with epithelial cells during in-vitro cell culture studies. PEM film reported here not only has the potential to be used as self-responding thin film platform for transdermal drug delivery, but also has the potential for further development in antimicrobial or anti-inflammatory coatings on implants and drug-releasing coatings for stents. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

微米尺度结构最大抗扭强度的在线测试和研究

提出了一种新型的测试结构，对面积为微米量级下键合的最大抗扭强度进行了测试) 实验设计一系列的单晶硅悬臂梁结构测试键合面积在微米量级时的最大剪切力，键合面为常用的矩形其边长从*!+ 到!#$!+，并根据实际移动距离计算得出的最大剪切力) 并实验实际得出最大剪切扭矩和相应的键合面积的曲线，以及最大扭转剪切破坏应力与悬臂梁加载距离的关系，并针对*$!+, *$!+ 的矩形键合结构进行了加载和位移的重复性实验测量，两次测量结果符合较好) 微电子机械系统（+-./0121.3/0+1.456-.52 78731+，9:9;）器件的设计人员可以根据结论曲线，针对所需的抗扭强度设计相应的键合面积，为9:9; 器件工艺的在线定量测试与设计提供参考)

Avaliação da influência da interação polímero-solvente sobre a porosidade de copolímeros de acrilonitrila e divinilbenzeno obtidos por polimerização em suspensão

Neste trabalho, copolímeros à base de acrilonitrila e divinilbenzeno foram sintetizados, utilizando a técnica de polimerização em suspensão, na presença de três agentes porogênicos diferentes (álcool isoamílico, metil-etil-cetona e tolueno). Esses copolímeros foram caracterizados por meio da determinação da densidade aparente, do volume e diâmetro de poros, por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura e foram avaliados quanto à capacidade de inchamento em heptano e tolueno. O principal intuito dessa pesquisa foi correlacionar a formação da estrutura porosa desses materiais com os principais parâmetros de síntese (grau de diluição dos monômeros, poder solvatante do diluente e teor do agente de reticulação). Desses parâmetros, o que mais influenciou na formação da estrutura porosa desses materiais foi o poder solvatante do diluente. A teoria dos parâmetros de solubilidade de Hansen e Hildebrand foi utilizada com o intuito de fazer uma previsão das características porosas dos copolímeros à base de acrilonitrila e divinilbenzeno sintetizados na presença de três diluentes diferentes. Dentre esses diluentes, o álcool isoamílico foi o pior solvente para os copolímeros de AN-DVB, em todos os teores de agente de reticulação e em todas as diluições utilizadas. O tolueno foi o melhor solvente para os copolímeros que contêm altos teores de agente de reticulação. Estas observações estão de acordo com as previsões dos parâmetros de solubilidade de Hansen e Hildebrand. A metil-etil-cetona foi o melhor solvente para os copolímeros que contêm teores intermediários de agente de reticulação. Esta observação só está condizente com o parâmetro de solubilidade de Hansen.

Conversão do metanol em olefinas catalisada por zeólitas com diferentes características ácidas e estruturais

A reação de transformação de metanol em olefinas leves foi investigada sobre as peneiras moleculares HZSM-5, HFER, SAPO-34 e HMCM-22. A caracterização físico-química das amostras foi realizada através das técnicas de FRX, DRX, fisissorção de nitrogênio, MEV, espectrometria no IV com adsorção de piridina e TPD de NH3. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado em condições de isoconversão inicial de 755%. Verificou-se que as características ácidas e estruturais exerceram forte influência sobre o desempenho catalítico quanto à atividade, estabilidade e seletividade aos produtos da reação. A amostra mais estável foi a HZSM-5 que apresentou maior densidade de sítios fortes e uma estrutura porosa que permite uma circulação tridimensional das moléculas. Já a menos estável, SAPO-34, apresentou a menor concentração de sítios ácidos fortes dentre os materiais estudados e uma estrutura com cavidades com aberturas estreitas (4Å) que oferecem restrições ao acesso dos reagentes aos sítios ácidos do catalisador. Quanto à seletividade a olefinas, a primeira foi mais seletiva a propeno e a segunda, a eteno. A ferrierita não se mostrou seletiva às olefinas leves tendo apresentado, no entanto, comportamento promissor quanto a formação de DME a partir do metanol. Já a HMCM-22 foi seletiva às olefinas leves e aos hidrocarbonetos com 4, 5 e 6 ou mais átomos de carbono. A influência da temperatura no desempenho catalítico foi investigada variando-se a temperatura de reação (300, 400 e 500C). Verificou-se que para a HZSM-5 e HMCM-22, perda da atividade catalítica foi intensificada a partir de 400C. Quanto à seletividade a olefinas leves, apenas a SAPO-34 não se mostrou sensível a variações na temperatura, efeito este que foi nitidamente observado nos outros três catalisadores: um aumento na temperatura promoveu um aumento na seletividade a olefinas leves no caso da HZSM-5 e da HMCM-22 e queda nesse valor para a HFER

Síntese, caracterização e avaliação de materiais poliméricos com propriedades bactericidas

Nesta dissertação, foram preparados materiais poliméricos com atividade bactericida a partir de copolímeros de estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) e de celulose bacteriana. Três copolímeros à base de Sty e DVB foram sintetizados através da técnica de polimerização em suspensão aquosa. Os copolímeros foram preparados com diferentes estruturas porosas, por meio da variação da composição do sistema diluente. Um copolímero comercial macrorreticulado, Amberlite XAD4, de elevada área superficial, também foi usado neste estudo com o objetivo de comparar sua estrutura polimérica e seu desempenho com o dos copolímeros sintetizados. Os copolímeros de Sty-DVB foram caracterizados por meio da densidade aparente, área específica, diâmetro médio de poros, volume de poros, microscopias ótica e eletrônica de varredura, grau de inchamento, espectrometria de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica e análise elementar. Os copolímeros de Sty-DVB foram modificados quimicamente através da reação de nitração, seguida da reação de redução do grupo nitro a amino e posterior reação de diazotação e hidrólise do grupo sal de diazônio. Os copolímeros modificados contendo os grupos NH2 e OH foram utilizados como suporte para a ancoragem das nanopartículas de prata. As partículas de prata foram obtidas pela redução dos íons Ag+ empregando-se cloridrato de hidroxilamina como redutor e PVP como protetor de colóide. O teor de prata impregnada foi determinado pelo método volumétrico. A celulose bacteriana (BC) foi empregada como uma matriz para impregnação de nanopartículas de prata. Membranas de BC foram impregnadas com solução aquosa de AgNO3, a seguir foi realizada a redução dos íons Ag+ com três diferentes agentes redutores (hidrazina, hidroxilamina e ácido ascórbico) empregando ou não protetor de colóide (PVP ou gelatina). As membranas de BC/Ag0 obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A capacidade bactericida dos copolímeros de Sty-DVB, dos copolímeros funcionalizados e impregnados com prata e das membranas de BC/Ag0 foi avaliada através do método da contagem em placa contra suspensões de Escherichia coli, em diferentes concentrações (103 a 107 células/mL). Foi observado que os copolímeros de origem e os copolímeros modificados contendo os grupos NO2 e NH2 não apresentaram atividade bactericida contra suspensões de E. coli em nenhuma concentração. Por outro lado, os copolímeros modificados contendo o grupo OH apresentaram alguma atividade bactericida, embora abaixo do esperado devido à baixa incorporação de hidroxilas fenólicas. Os copolímeros modificados impregnados com Ag apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados, o que comprova que a ação bactericida é devida às partículas de prata ancoradas nos copolímeros. Os copolímeros modificados contendo o grupo OH impregnados com Ag mesmo possuindo menores teores de prata apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados contendo o grupo NH2 impregnados com Ag. A maior ação bactericida pode ser atribuída à combinação da atividade bactericida das partículas de prata com a atividade dos grupos hidroxilas fenólicas mesmo que estes grupos estejam pouco incorporados nos copolímeros. Os compósitos de BC/Ag0 exibiram atividade bactericida contra E. coli que foi atribuída à ação das nanoparticulas de prata obtidas quando foi empregada a hidroxilamina como agente redutor e a gelatina como protetor de colóide

Transformação de metanol em olefinas leves catalisada por zeólitas HZSM-5

A reação de transformação de MeOH em olefinas leves foi investigada sobre zeólitas HZSM-5 com razões SiO2/Al2O3 (SAR) iguais a 30, 80 e 280. As propriedades ácidas e texturais da amostra com SAR 30 foram modificadas por impregnação com ácido fosfórico. A caracterização físico-química das amostras foi realizada empregando-se as técnicas de FRX, fisissorção de N2, DRX, DTP de NH3 e IV com adsorção de piridina. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado tanto em condições reacionais similares (mesma T, pressão parcial de MeOH e WHSV) como em condições de isoconversão. Verificou-se, que quanto maior a SAR da zeólita, menor a densidade total e a força dos sítios ácidos presentes, sendo este efeito mais significativo para os sítios de Brönsted. O efeito do aumento da SAR favoreceu a estabilidade catalítica e a formação de olefinas leves, principalmente propeno. No caso das amostras contendo fósforo, foi observada uma redução linear na área específica BET e no volume de microporos com o aumento do teor de fósforo. Estes resultados, aliados aos obtidos por DRX, sugerem que a redução mais significativa na área específica e no volume de microporos pode ser associada à redução na cristalinidade e à formação de espécies amorfas contendo fósforo, que bloqueariam a estrutura porosa da zeólita. Não se observou alteração significativa na força dos sítios fracos, enquanto a força dos sítios fortes diminuiu significativamente. As amostras apresentando menor SAR e menor teor de fósforo foram mais ativas. Por outro lado, em condições de isoconversão de 916%, a amostra mais seletiva à formação de olefinas foi aquela com maior SAR. Dentre as amostras impregnadas, aquela contendo 4% de fósforo foi a mais seletiva a propeno, enquanto a que continha 6% foi mais seletiva a eteno. A amostra com SAR igual a 280 foi investigada variando-se a temperatura de reação (400, 500 e 540C) e a pressão parcial de metanol (0,038; 0,083 e 0,123 atm), através de um planejamento experimental do tipo Box-Benhnken (32). O rendimento otimizado em olefinas leves foi alcançado a 480C e 0,08 atm. O modelo proposto descreveu bem os dados experimentais e evidenciou a existência de uma faixa ótima de temperatura para maximização do rendimento em propeno e eteno, o qual foi também afetado pela pressão parcial de MeOH na faixa estudada. Palavras-chave: ZSM-5, olefinas, propeno, eteno, processo MTO, fósforo.

Influence of synthetic method on the properties of La0.5Ba0.5FeO3 SOFC cathode

Power Point presentado en The Energy and Materials Research Conference - EMR2015 celebrado en Madrid (España) entre el 25-27 de febrero de 2015

Comparison of TiO2 and ZrO2 films deposited by electron-beam evaporation and by sol-gel process

TiO2 and ZrO2 films are deposited by electron-beam (EB) evaporation and by sol-gel process. The film properties are characterized by visible and Fourier-transform infrared spectrometry, x-ray diffraction analysis, surface roughness measure, absorption and laser-induced damage threshold (LIDT) test. It is found that the sol-gel Elms have lower refractive index, packing density and roughness than EB deposited films due to their amorphous structure and high OH group concentration in the film. The high LIDT of sol-gel films is mainly due to their amorphous and porous structure, and low absorption. LIDT of EB deposited film is considerably affected by defects in the Elm, and LIDT of sol-gel deposited film is mainly effected by residual organic impurities and solvent trapped in the film.

Effects of oxygen partial pressure on packing density and laser damage threshold of TiO2 thin films

TiO2 films are deposited by electron beam evaporation as a function of oxygen partial pressure. The packing density, refractive index, and extinction coefficient all decrease with the increase of pressure, which also induces the change of the film's microstructure, such as the increase of voids and H2O concentration in the film. The laser-induced damage threshold (LIDT) of the film increases monotonically with the rise of pressure in this experiment. The porous structure and low nonstoichiometric defects absorption contribute to the film's high LIDT. The films prepared at the lowest and the highest pressure show nonstoichiometric and surface-defects-induced damage features, respectively.(C) 2007 American Institute of Physics.

An investigation of the kinetics of CO2 uptake by a synthetic calcium based sorbent

This study examines the kinetics of carbonation by CO2 at temperatures of ca. 750 °C of a synthetic sorbent composed of 15 wt% mayenite (Ca12Al14O33) and CaO, designated HA-85-850, and draws comparisons with the carbonation of a calcined limestone. In-situ XRD has verified the inertness of mayenite, which neither interacts with the active CaO nor does it significantly alter the CaO carbonation–calcination equilibrium. An overlapping grain model was developed to predict the rate and extent of carbonation of HA-85-850 and limestone. In the model, the initial microstructure of the sorbent was defined by a discretised grain size distribution, assuming spherical grains. The initial input to the model – the size distribution of grains – was a fitted parameter, which was in good agreement with measurements made with mercury porosimetry and by the analysis of SEM images of sectioned particles. It was found that the randomly overlapping spherical grain assumption offered great simplicity to the model, despite its approximation to the actual porous structure within a particle. The model was able to predict the performance of the materials well and, particularly, was able to account for changes in rate and extent of reaction as the structure evolved after various numbers of cycles of calcination and carbonation.

Metal-polymer composite sensors for volatile organic compounds: Part 1. Flow-through chemi-resistors

A new type of chemi-resistor based on a novel metal-polymer composite is described. The composite contains nickel particles with sharp nano-scale surface features, which are intimately coated by the polymer matrix so that they do not come into direct physical contact. No conductive chains of filler particles are formed even at loadings above the percolation threshold and the composite is intrinsically insulating. However, when subjected to compression the composite becomes conductive, with sample resistance falling from ≥ 1012 Ω to < 0.01 Ω. The composite can be formed into insulating granules, which display similar properties to the bulk form. A bed of granules compressed between permeable frits provides a porous structure with a start resistance set by the degree of compression while the granules are free to swell when exposed to volatile organic compounds (VOCs). The granular bed presents a large surface area for the adsorption of VOCs from the gas stream flowing through it. The response of this system to a variety of vapours has been studied for two different sizes of the granular bed and for different matrix polymers. Large responses, ΔR/R0 ≥ 10^7, are observed when saturated vapours are passed through the chemi-resistor. Rapid response allows real time sensing of VOCs and the initial state is recovered in a few seconds by purging with an inert gas stream. The variation in response as a function of VOC concentration is determined.