Effect of Microstructural Interfaces on the Mechanical Response of Crystalline Metallic Materials

Advances in nano-scale mechanical testing have brought about progress in the understanding of physical phenomena in materials and a measure of control in the fabrication of novel materials. In contrast to bulk materials that display size-invariant mechanical properties, sub-micron metallic samples show a critical dependence on sample size. The strength of nano-scale single crystalline metals is well-described by a power-law function, σαD^-n, where D is a critical sample size and n is a experimentally-fit positive exponent. This relationship is attributed to source-driven plasticity and demonstrates a strengthening as the decreasing sample size begins to limit the size and number of dislocation sources. A full understanding of this size-dependence is complicated by the presence of microstructural features such as interfaces that can compete with the dominant dislocation-based deformation mechanisms. In this thesis, the effects of microstructural features such as grain boundaries and anisotropic crystallinity on nano-scale metals are investigated through uniaxial compression testing. We find that nano-sized Cu covered by a hard coating displays a Bauschinger effect and the emergence of this behavior can be explained through a simple dislocation-based analytic model. Al nano-pillars containing a single vertically-oriented coincident site lattice grain boundary are found to show similar deformation to single-crystalline nano-pillars with slip traces passing through the grain boundary. With increasing tilt angle of the grain boundary from the pillar axis, we observe a transition from dislocation-dominated deformation to grain boundary sliding. Crystallites are observed to shear along the grain boundary and molecular dynamics simulations reveal a mechanism of atomic migration that accommodates boundary sliding. We conclude with an analysis of the effects of inherent crystal anisotropy and alloying on the mechanical behavior of the Mg alloy, AZ31. Through comparison to pure Mg, we show that the size effect dominates the strength of samples below 10 μm, that differences in the size effect between hexagonal slip systems is due to the inherent crystal anisotropy, suggesting that the fundamental mechanism of the size effect in these slip systems is the same.

Strong atom-light interactions along nanostructures: Transition from free-space to nanophotonic interfaces

An exciting frontier in quantum information science is the integration of otherwise "simple'' quantum elements into complex quantum networks. The laboratory realization of even small quantum networks enables the exploration of physical systems that have not heretofore existed in the natural world. Within this context, there is active research to achieve nanoscale quantum optical circuits, for which atoms are trapped near nano-scopic dielectric structures and "wired'' together by photons propagating through the circuit elements. Single atoms and atomic ensembles endow quantum functionality for otherwise linear optical circuits and thereby enable the capability of building quantum networks component by component. Toward these goals, we have experimentally investigated three different systems, from conventional to rather exotic systems : free-space atomic ensembles, optical nano fibers, and photonics crystal waveguides. First, we demonstrate measurement-induced quadripartite entanglement among four quantum memories. Next, following the landmark realization of a nanofiber trap, we demonstrate the implementation of a state-insensitive, compensated nanofiber trap. Finally, we reach more exotic systems based on photonics crystal devices. Beyond conventional topologies of resonators and waveguides, new opportunities emerge from the powerful capabilities of dispersion and modal engineering in photonic crystal waveguides. We have implemented an integrated optical circuit with a photonics crystal waveguide capable of both trapping and interfacing atoms with guided photons, and have observed the collective effect, superradiance, mediated by the guided photons. These advances provide an important capability for engineered light-matter interactions, enabling explorations of novel quantum transport and quantum many-body phenomena.

Representações sociais da Aids para pessoas que vivem com HIV e suas interfaces cotidianas

O presente estudo teve como objetivo descrever o conteúdo das representações sociais acerca da Aids para os usuários soropositivos em acompanhamento ambulatorial da rede pública de saúde e analisar a interface das representações sociais da Aids com o cotidiano dos indivíduos que vivem com o HIV, especialmente no que concerne à sua organização e ao processo de adesão ao tratamento. Trata-se de um estudo exploratório-descritivo, pautado na abordagem qualitativa e orientado pela Teoria das Representações Sociais. Os sujeitos consistiram em 30 usuários em acompanhamento ambulatorial de um Hospital Público Municipal localizado na cidade do Rio de Janeiro referenciado para clientes soropositivos ao HIV/Aids. Os dados foram coletados por meio de entrevista e analisados através da análise de conteúdo. Como resultados, emergiram 6 categorias, quais sejam: Elementos de memória da Ancoragem da Aids na sociedade e o seu processo de transformação, onde foi explicitada a ancoragem da Aids no outro, na África, no macaco, no homossexual e uma nova ancoragem apresentada consiste na cronicidade do diabetes, deixando a síndrome de ser sinônimo de morte; Transmissão e Prevenção da Aids segundo as pessoas que convivem com a síndrome, na qual os sujeitos apresentaram quase todas as formas cientificamente comprovadas quanto aos meios de transmissão do vírus HIV; O cotidiano dos indivíduos soropositivos permeado pelo processo de vulnerabilidade ao HIV, no âmbito do qual entende-se que o reconhecimento do risco individual frente à epidemia irá influenciar, sobretudo, as práticas e os comportamentos das pessoas; Discriminação e ocultamento no conviver com o HIV, onde se apresenta como estratégias de sobrevivência social o ocultamento do estado de soropositividade ao HIV. Assim, podem continuar a vida como pessoas consideradas normais, sem serem acusadas e discriminadas, sejam no âmbito familiar, social ou no trabalho; além disso, os sujeitos do estudo declararam que eram preconceituosos antes do diagnóstico; o processo de adesão ao tratamento na cotidianidade de indivíduos soropositivos, observando-se, nesta categoria, que um dos grandes motivadores da adesão ao tratamento consiste no fato dos usuários acreditarem no resultado positivo da terapêutica; o enfrentamento cotidiano experiênciado pelos sujeitos que convivem com o HIV, onde a forma como os sujeitos organizam o seu cotidiano para enfrentar e conviver com o HIV reflete diretamente em suas atitudes e em suas práticas, tanto no processo da adesão, como nas relações sociais (o outro) e, principalmente, na relação individual (o eu). Conclui-se que a representação social da Aids apresenta-se multifacetada e dependente do contexto histórico e social no qual o indivíduo está inserido, seus valores, cultura, nível de informação e conhecimento.

Double refraction and reflection of sequential crystal interfaces with arbitrary orientation of the optic axis and application to optimum design

The general formulation of double refraction or internal double reflection for any directions of incidence and arbitrary orientation of the optic axis in a uniaxial crystal is analysed in terms of Huygens' principle. Then double refraction and double reflection along the sequential interfaces in a crystal are discussed. On this basis, if the parameters of the interface are chosen appropriately, the range of angular separation between the ordinary ray and extraordinary ray can be much greater, It is useful for crystal element design. Finally, as an example, an optimum design of the Output end interface for a 2 x 2 electro-optic switch is given.

Stability of Electrode-Electrolyte Interfaces during Charging in Lithium Batteries

In this thesis we study the growth of a Li electrode-electrolyte interface in the presence of an elastic prestress. In particular, we focus our interest on Li-air batteries with a solid electrolyte, LIPON, which is a new type of secondary or rechargeable battery. Theoretical studies and experimental evidence show that during the process of charging the battery the replated lithium adds unevenly to the electrode surface. This phenomenon eventually leads to dendrite formation as the battery is charged and discharged numerous times. In order to suppress or alleviate this deleterious effect of dendrite growth, we put forth a study based on a linear stability analysis. Taking into account all the mechanisms of mass transport and interfacial kinetics, we model the evolution of the interface. We find that, in the absence of stress, the stability of a planar interface depends on interfacial diffusion properties and interfacial energy. Specifically, if Herring-Mullins capillarity-driven interfacial diffusion is accounted for, interfaces are unstable against all perturbations of wavenumber larger than a critical value. We find that the effect of an elastic prestress is always to stabilize planar interfacial growth by increasing the critical wavenumber for instability. A parametric study results in quantifying the extent of the prestress stabilization in a manner that can potentially be used in the design of Li-air batteries. Moreover, employing the theory of finite differences we numerically solve the equation that describes the evolution of the surface profile and present visualization results of the surface evolution by time. Lastly, numerical simulations performed in a commercial finite element software validate the theoretical formulation of the interfacial elastic energy change with respect to the planar interface.

Interfaces e lacunas na assistência prestada ao adolescente soropositivo

O objetivo desta dissertação foi estudar as várias interfaces e possíveis insuficiências no atendimento prestado aos adolescentes que vivem com HIV / AIDS. Assim, a área de pesquisa concentrou-se em algumas unidades de saúde da área do Rio de Janeiro - Programa municipal 2.2. O primeiro capítulo descreve um esboço histórico da formação do Estado moderno e as bases para a política social sustentável do Estado capitalista contemporâneo culminando com a análise da construção de um modelo de proteção social no Brasil, depois dos anos trinta. Desta forma, o Estado é visto como uma área atravessada por paradoxal interesses conflitantes e as políticas sociais, administradas no interior do estado, sendo fruto de processos históricos, econômicos e políticos. No segundo capítulo, os problemas da política de saúde no Brasil são discutidos, enfocando as orientações das políticas sobre a AIDS e a adolescência. Em primeiro lugar, os aspectos históricos sobre as políticas de AIDS são analisados e, em seguida, há uma investigação do conceito de adolescência e os princípios norteadores do Estatuto da Criança e do Adolescente e do Programa Saúde do Adolescente. No terceiro capítulo o material coletado na pesquisa por profissionais de saúde é analisado e relacionado com o estudo documental com a crítica das políticas destinadas. A conclusão mostra que, apesar de todo o progresso clínico e / ou farmacológico para o tratamento de pessoas vivendo com AIDS e na formulação de políticas públicas para garantir os direitos, os adolescentes precisam de espaços de boas-vindas nas relações sociais, onde nem a família, a religião, a escola e seus pares estão preparados para essa proximidade. Outra questão importante é a incapacidade dos profissionais de saúde para lidar com os vários aspectos da doença. Contas de contenção e abuso são comuns, revelando que as unidades de saúde nem sempre desenvolvem o seu potencial para cuidar.

Subwavelength imaging with two symmetrical interfaces by dielectric-tube photonic crystals

As distinct from coated photonic crystals, in this paper we propose a novel one that is made of dielectric tubes arranged in a close-packet square lattice. Without metallic cores, this structure is low-loss and convenient to fabricate. A left-handed frequency region is found in the second band by dispersion characteristic analysis. Without inactive modes for the transverse electric mode, negative refraction and subwavelength imaging are demonstrated by the finite-difference time-domain simulations with two symmetrical interfaces, i.e. Gamma X and Gamma M.

O design de interfaces epiteliais dinâmicas: como as novas tecnologias afetam o projeto de tatuagens

A tatuagem é uma antiga forma de inscrição corporal que apesar de sua idade não sofreu alterações em termos de materiais e técnicas. O desenvolvimento de tecnologias para a concepção de novas modalidades de intervenção orgânica terá ramificações em diversas áreas, permitindo o uso de novas interfaces epiteliais interativas (tatuagens dinâmicas responsivas), e criando novas vias de interação e comunicação incorporada. Em contraste à prática tradicional de imagens estáticas, as tatuagens dinâmicas (TDs) permitem a geração de imagens dinâmicas e interativas na pele. Nosso objetivo aqui é apresentar este novo campo de pesquisa e refletir sobre o papel do designer no projeto de tatuagens dinâmicas e as implicações destas tatuagens que transformam a pele em uma nova fonte de inscrições interativas e reversíveis.

Análise, imputação de dados e interfaces computacionais em estudos de séries temporais epidemiológicas

efeitos são frequentemente observados na morbidade e mortalidade por doenças respiratórias e cardiovasculares, câncer de pulmão, diminuição da função respiratória, absenteísmo escolar e problemas relacionados com a gravidez. Estudos também sugerem que os grupos mais suscetíveis são as crianças e os idosos. Esta tese apresenta estudos sobre o efeito da poluição do ar na saúde na saúde na cidade do Rio de Janeiro e aborda aspectos metodológicos sobre a análise de dados e imputação de dados faltantes em séries temporais epidemiológicas. A análise de séries temporais foi usada para estimar o efeito da poluição do ar na mortalidade de pessoas idosas por câncer de pulmão com dados dos anos 2000 e 2001. Este estudo teve como objetivo avaliar se a poluição do ar está associada com antecipação de óbitos de pessoas que já fazem parte de uma população de risco. Outro estudo foi realizado para avaliar o efeito da poluição do ar no baixo peso ao nascer de nascimentos a termo. O desenho deste estudo foi o de corte transversal usando os dados disponíveis no ano de 2002. Em ambos os estudos foram estimados efeitos moderados da poluição do ar. Aspectos metodológicos dos estudos epidemiológicos da poluição do ar na saúde também são abordados na tese. Um método para imputação de dados faltantes é proposto e implementado numa biblioteca para o aplicativo R. A metodologia de imputação é avaliada e comparada com outros métodos frequentemente usados para imputação de séries temporais de concentrações de poluentes atmosféricos por meio de técnicas de simulação. O método proposto apresentou desempenho superior aos tradicionalmente utilizados. Também é realizada uma breve revisão da metodologia usada nos estudos de séries temporais sobre os efeitos da poluição do ar na saúde. Os tópicos abordados na revisão estão implementados numa biblioteca para a análise de dados de séries temporais epidemiológicas no aplicativo estatístico R. O uso da biblioteca é exemplificado com dados de internações hospitalares de crianças por doenças respiratórias no Rio de Janeiro. Os estudos de cunho metodológico foram desenvolvidos no âmbito do estudo multicêntrico para avaliação dos efeitos da poluição do ar na América Latina o Projeto ESCALA.