Surface-induced melting of metal nanoclusters

We investigate the size effect on melting of metal nanoclusters by molecular dynamics simulation and thermo dynamic theory based on Kofman's melt model. By the minimization of the free energy of metal nanoclusters with respect to the thickness of the surface liquid layer, it has been found that the nanoclusters of the same metal have the same premelting temperature T-pre = T-0 - T-0(gamma(su) - gamma(lv) - gamma(sl))/(rhoLxi) (T-0 is the melting point of bulk metal, gamma(sv) the solid-vapour interfacial free energy, gamma(sl) the liquid-vapour interfacial free energy, gamma(sl),l the solid-liquid interfacial free energy, p the density of metal, L the latent heat of bulk metal, and xi the characteristic length of surface-interface interaction) to be independent of the size of nanoclusters, so that the characteristic length of a metal can be obtained easily by T-pre, which can be obtained by experiments or molecular dynamics (MD) simulations. The premelting temperature T-pre of Cu is obtained by AID simulations, then xi is obtained. The melting point T-cm is further predicted by free energy analysis and is in good agreement with the result of our MD simulations. We also predict the maximum premelting-liquid width of Cu nanoclusters with various sizes and the critical size, below which there is no premelting.

Modeling, numerical methods, and simulation for particle-fluid two-phase flow problems

In this paper, we study the issues of modeling, numerical methods, and simulation with comparison to experimental data for the particle-fluid two-phase flow problem involving a solid-liquid mixed medium. The physical situation being considered is a pulsed liquid fluidized bed. The mathematical model is based on the assumption of one-dimensional flows, incompressible in both particle and fluid phases, equal particle diameters, and the wall friction force on both phases being ignored. The model consists of a set of coupled differential equations describing the conservation of mass and momentum in both phases with coupling and interaction between the two phases. We demonstrate conditions under which the system is either mathematically well posed or ill posed. We consider the general model with additional physical viscosities and/or additional virtual mass forces, both of which stabilize the system. Two numerical methods, one of them is first-order accurate and the other fifth-order accurate, are used to solve the models. A change of variable technique effectively handles the changing domain and boundary conditions. The numerical methods are demonstrated to be stable and convergent through careful numerical experiments. Simulation results for realistic pulsed liquid fluidized bed are provided and compared with experimental data. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Discussions on slip length measurements by microPIV/PTV in microchannels

Fluid transportation in microfluidic system could be benefit from the slip on solid-liquid interface. Slip length on many kinds of hydrophilic/hydrophobic surfaces have been measured recently. The two common-used experimental methods for boundary slip measurement include: (1) surface force measurement, such as surface force apparatus (SFA), atom force microscope (AFM), and (2) velocity measurement, like microPIV/PTV (Particle image velocimetry / Particle tracking velocimetry), total internal reflection velocimetry (TIRV). However, the measured results are rather scattered, larger measured slip lengths were reported by microPIV/PTV experiments. In this paper, we will investigate the deviations of the measured slip length on smooth hydrophilic surface. After measuring detailed velocity profiles very close to hydrophilic glass wall, we give a discussion on the effects influencing the slip measurements.

节流器内液-固两相流固体颗粒冲蚀数值模拟

建立了考虑颗粒碰撞的颗粒冲蚀计算模型,该数学模型包括:在Eulerian坐标系下求解连续相流场;在Lagrangian坐标系下运用离散颗粒硬球模型求解颗粒碰撞;应用半实验关联式求解颗粒冲蚀速率。对水力加砂压裂施工中节流器内液-固两相流的固体颗粒运动和冲蚀特性进行了数值模拟。计算结果表明,固体颗粒密集于节流器入口到出口的一段狭长区域内,冲蚀速率随流体速度呈指数性变化。颗粒直径越大,冲蚀速率也越大。节流器内冲蚀最严重的位置发生在距离节流器出口上边缘10mm以内的局部区域。

Terahertz time domain spectroscopy of amino acids and sugars

A time-domain spectrometer for use in the terahertz (THz) spectral range was designed and constructed. Due to there being few existing methods of generating and detecting THz radiation, the spectrometer is expected to have vast applications to solid, liquid, and gas phase samples. In particular, knowledge of complex organic chemistry and chemical abundances in the interstellar medium (ISM) can be obtained when compared to astronomical data. The THz spectral region is of particular interest due to reduced line density when compared to the millimeter wave spectrum, the existence of high resolution observatories, and potentially strong transitions resulting from the lowest-lying vibrational modes of large molecules.

The heart of the THz time-domain spectrometer (THz-TDS) is the ultrafast laser. Due to the femtosecond duration of ultrafast laser pulses and an energy-time uncertainty relationship, the pulses typically have a several-THz bandwidth. By various means of optical rectification, the optical pulse carrier envelope shape, i.e. intensity-time profile, can be transferred to the phase of the resulting THz pulse. As a consequence, optical pump-THz probe spectroscopy is readily achieved, as was demonstrated in studies of dye-sensitized TiO₂, as discussed in chapter 4. Detection of the terahertz radiation is commonly based on electro-optic sampling and provides full phase information. This allows for accurate determination of both the real and imaginary index of refraction, the so-called optical constants, without additional analysis. A suite of amino acids and sugars, all of which have been found in meteorites, were studied in crystalline form embedded in a polyethylene matrix. As the temperature was varied between 10 and 310 K, various strong vibrational modes were found to shift in spectral intensity and frequency. Such modes can be attributed to intramolecular, intermolecular, or phonon modes, or to some combination of the three.

Biossorção de vanádio pela macroalga marinha Sargassum filipendula

Muitos biossorventes naturais têm sido pesquisados por possuírem baixo custo e apresentarem propriedades ligantes, como é o caso da macroalga marinha Sargassum filipendula (S. filipendula) que vem sendo utilizada como material biossorvente no processo de biossorção de metais pesados. No presente trabalho a alga marrom foi utilizada para estudos realizados em batelada, onde se determinou o pH ideal de biossorção de vanádio, a relação sólido/líquido ideal e a importância da velocidade de agitação. O estudo cinético e de equilíbrio dos íons metálicos também foram realizados em bateladas nas seguintes condições de ensaio: (1) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 18,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação; (2) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 36,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação. A melhor condição para biossorção de vanádio foi encontrada para 36,0 mg L-1 e pH= 2,0. O estudo cinético de biossorção de vanádio mostrou que o modelo de segunda ordem descreve melhor os dados experimentais em 36,0 mg L-1 (R2= 0,9825). O estudo de equilíbrio mostrou um perfil crescente de remoção de vanádio. A melhor eficiência de captação dos íons de vanádio foi de 61,0 % para Co= 40,0 mg L-1 em pH= 2,0. Os dados experimentais da isoterma de vanádio mostraram-se mais adequados ao modelo de Langmuir para pH= 2,0, Os parâmetros de equilíbrio calculados a partir do modelo de Langmuir (b, qmax ) 0,009 e 43,3 mg/g, respectivamente, corroboram melhor para a interpretação dos resultados quando comparados com o modelo de Freundlich (kF, n) 1,56 e 2,41, visto que o coeficiente de correlação é maior para Langmuir

Estudo termodinâmico da precipitação de parafinas em petróleos brasileiros

Um dos grandes desafios enfrentados pela indústria do petróleo é reduzir o impacto causado pela cristalização indesejável de hidrocarbonetos parafínicos de elevada massa molar em tubulações e equipamentos de produção. A cristalização de parafinas em petróleo é normalmente detectada através da determinação da temperatura inicial de aparecimento de cristais (TIAC), que pode ser estimada através de modelagem termodinâmica com base na composição do petróleo. Os objetivos deste trabalho são: estudar os principais modelos termodinâmicos adotados para descrever a precipitação de parafinas; verificar a validade desses modelos para os petróleos brasileiros e determinar qual modelo é o mais adequado para esses óleos. Para tanto, três formas de cálculo da razão entre as fugacidades das fases sólida e líquida e cinco modelos para calcular os coeficientes de atividade dos componentes em cada fase são aplicados aos dados de composição de vinte e três petróleos brasileiros. Os resultados mostram que o modelo ideal de múltiplas fases sólidas e o modelo de Escobar-Remolina geram valores bastante abaixo da TIAC experimental. Para os modelos de única fase sólida ideal, de Won e de Coutinho, foi possível observar que: a) a grande maioria dos erros é negativa; b) que estes se distribuem melhor em torno de zero quando se utiliza a correlação de Coutinho para o cálculo dos valores de i; c) os valores de erro médio para os modelos de Coutinho, de Won e ideal com única fase sólida se equivalem, qualquer que seja o modelo utilizado para o cálculo de i, exceto para o caso em que todos os compostos presentes na fase líquida podem precipitar; d) os valores obtidos através do modelo de Coutinho apresentam erro sistemático em relação ao modelo ideal de única fase sólida; e) as diferentes formas de se calcular a razão entre as fugacidades da fase sólida e líquida (i) influenciam fortemente a capacidade preditiva dos modelos, o que não era esperado; f) o perfil do primeiro cristal formado nos petróleos é influenciado pelas moléculas mais pesadas presentes nos resíduos, o que mostra a necessidade de se desenvolver metodologias precisas e robustas de caracterização de resíduos; g) a inclusão de uma estimativa para a composição dos resíduos efetivamente melhorou o desempenho dos modelos em petróleos médio; h) em petróleos pesados, houve um aumento do erro de previsão da TIAC devido à pouca ou nenhuma quantidade de parafinas nos resíduos desses óleos. A necessidade de uma melhor caracterização dos resíduos de petróleos é corroborada pelo fato da TIAC calculada pelos modelos ser, via de regra, mais baixa que a TIAC experimental e pela melhora no desempenho dos modelos quando se estimou a composição dos resíduos, em petróleos médios

Optimization of the pyrolysis process for the production of a biomass derived reducing agent and hydrogen-rich gases

221 p.

Yb：Ca5（PO4）3F激光晶体的生长缺陷

采用提拉法生长了质量优异的Yb：Ca5（PO4）2F（Yb：FAP）晶体。运用化学腐蚀，光学显微镜、扫描电子显微镜以及能量散射光谱仪观察了该晶体中的生长条纹和包裹物等宏观缺陷，以及晶体的位错腐蚀形貌、位错密度及其分布情况，同时观察了晶体中亚晶界的形态。由晶体中位错的径向变化以及生长条纹可知：晶体在生长过程中为微凸界面生长。高温下CaF2的挥发造成了在晶体生长后期熔体中组分偏离化学计量比，出现组分过冷，形成包裹物。且位错密度显著增加。Yb：FAP晶体的各向异性使得晶体在（10 10）面的位错蚀坑形状、大小以

Optimization of thermal environment during crystal growth of large-sized Nd : YAG by Temperature Gradient Technique

A finite-element model is employed to analysis the thermal environments in Temperature Gradient Technique (TGT) furnace during the growth of large-sized Nd:YAG crystal. The obtained results show that when the crucible is located at the lower position inside of the heater, a flatter solid-liquid interface is established, which makes it easier to obtain the core-free Nd:YAG crystal. Meanwhile, the lower crucible position can induce higher axial temperature gradient, which is beneficial to the release of latent heat. (c) 2007 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

ScAlMgO_4晶体的生长缺陷

采用提拉法生长出φ30 mm×55 mm的ScAlMgO4晶体。在晶体生长过程中有轻微的挥发,粉末X射线衍射分析表明:挥发物质为MgO单相。运用扫描电镜、光学显微镜以及高分辨X射线衍射仪对晶体中的包裹物、开裂、生长条纹和小角晶界缺陷进行了研究。结果表明:温度梯度和热应力是形成晶体中缺陷的主要原因。通过合理设计温场,控制固-液界面的形状及冷却过程的降温速率,可以提高晶体的完整性。

铝酸钇晶体中的生长小面

采用提拉法生长了掺Ce、掺Yb和掺Mn的铝酸钇(YAlO3,YAP)晶体,晶体均完整透明,无肉眼可见的气泡、散射和包裹物等宏观缺陷。通过化学腐蚀和同步辐射白光形貌实验检测了YAP晶体中的生长小面缺陷。结果表明:晶体生长过程中,由于凸向熔体的固-液界面,造成了小面生长现象。沿[101]方向生长的YAP晶体中出现的小面为(102),(201),(121)和(121)奇异面。X射线摇摆曲线表征的结果表明:生长小面的存在严重破坏了晶体的微观结构完整性和均匀性,并导致了小角度晶界缺陷的产生。

Analytical method development for the uptake study of different organic pollutants by crops cultivated in compost-amended soils

256 p.

Produção de açúcares a partir da palha de cana-de-açúcar para a produção de etanol

A crescente demanda por tecnologias que produzam biocombustíveis de maneira sustentável vem incentivando a utilização de diversos materiais lignocelulósicos para tal finalidade. O objetivo deste trabalho foi comparar o potencial de produção de açúcares (glicose e xilose) da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. Inicialmente, as duas biomassas foram caracterizadas, mostrando percentuais muito similares de celulose e hemicelulose (42,1% e 22,6% para o bagaço e 39,2% e 22,7% para a palha, respectivamente). Isto evidencia potenciais similares de produção de açúcares. Posteriormente, foram realizados experimentos em laboratório para comparar os resultados de rendimento de xilose e produção de furfural após as reações de hidrólise ácida das duas biomassas, com o intuito de verificar se este processo, comumente utilizado para o bagaço, pode ser utilizado para a palha. As variáveis que foram avaliadas foram a concentração de ácido (0,5-3,0%m/m), o tempo reacional (15-60min) e a relação sólido-líquido (RSL - 0,1-0,2m/m). Concentrações de 42,72g/L e de 41,31g/L de xilose foram encontradas para a palha e para o bagaço, respectivamente, alcançando rendimentos de xilose superiores a 80%, em reações em laboratório. Também foram realizados ensaios de hidrólise ácida em planta piloto e de hidrólise enzimática em laboratório para avaliar os resultados de rendimento de glicose da palha. Os resultados de rendimento de xilose e produção de inibidores para estas reações foram avaliados e comparados com os dados obtidos em laboratório. Concentrações de 35,2g/Lde xilose e de 27,3g/L de glicose foram encontradas para a palha, alcançando rendimentos de xilose próximos a 100% e de glicose superiores a 64%, em reações de pré-tratamento em planta piloto e em reações de hidrólise enzimática em laboratório. Os resultados evidenciaram que as variáveis concentração de ácido e relação sólido:líquido são as mais influenciam na produção de xilose e glicose

Experimentos numéricos para deposição de parafinas com modelo Multisólido

Este trabalho objetiva a construção de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a solução do problema de deposição de parafinas do ponto de vista do equilíbrio sólido-líquido. São avaliados diversos modelos termodinâmicos para a fase líquida: equação de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Solução Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase sólida é caracterizada pelo modelo Multisólido. A previsão de formação de fase sólida é inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinâmica. Posteriormente, o sistema de equações não lineares que caracteriza o equilíbrio termodinâmico e as equações de balanço material é resolvido por três abordagens numéricas: método de Newton multivariável, método de Broyden e método Newton-Armijo. Diversos experimentos numéricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computação e a robustez frente a diversos cenários de estimativas iniciais dos métodos numéricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construção de arcabouços computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo.