Marcas de identidade profissional/ocupacional em um grupo de orientação de professores

Pós-graduação em Educação Escolar - FCLAR

Trasporte eléctrico y magnetismo en sistemas electrodo - aislante - electrodo: hacia el desarrollo de dispositivos del tipo juntura tunel.

La presente tesis es un estudio dedicado a la optimización y desarrollo de sistemas del tipo juntura túnel. La metodología utilizada para la realización de la tesis consistió, en primer lugar, en la optimización de las componentes independientes de la juntura túnel: electrodo y barrera aislante. Posteriormente se optimizaron los procesos de fabricación para el desarrollo y caracterización de dispositivos del tipo juntura túnel en su forma final. En la primera parte de la tesis se analizan detalladamente los resultados obtenidos de la caracterización eléctrica y topografica de barreras aislantes en sistemas electrodo - barrera. Los sistemas bicapas estudiados, GdBa_2Cu_3_7/SrTiO_3, Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 y YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3, fueron caracterizados utilizando un microscopio de fuerza atómica en modo conductor. Se propuso un modelo fenomenológico basado en los resultados experimentales, que permitió la obtención de parámetros críticos para el desarrollo de dispositivos del tipo juntura túnel con nuevas funcionalidades. La información obtenida de la caracterización de los sistemas bicapas (homogeneidad de crecimiento, baja densidad de defectos y de pinholes) indican un muy buen control de los parámetros de crecimiento de las barreras. Por otro lado, se obtuvo un buen comportamiento aislante para espesores mayores a 2 nm sin la presencia de pinholes en la barrera. La similitud en la estequiometría de las barreras (SrTiO_3) permitió comparar los distintos sistemas estudiados en términos de conductividad eléctrica. Se verificó que el modelo fenomenológico permite comparar la conductividad eléctrica de los sistemas mediante uno de los parámetros definidos en el modelo fenomenológico (obtenido de los ajustes lineales de las curvas I(V)). De los 3 sistemas estudiados, las bicapas GdBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 presentaron un mayor valor de longitud de atenuación de los portadores de carga a través de la barrera y una muy baja densidad de defectos superficiales. Las bicapas YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 y Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 permitieron validar el modelo fenomenológico propuesto para el análisis de la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor. La segunda parte de la tesis abarca conceptos de magnetismo y microfabricación para el desarrollo de junturas túnel magnéticas. Durante la caracterización de las películas ferromagnéticas individuales de Co_90Fe_10 (CoFe) se logró aumentar valor del campo coercitivo de films de 10 nm de espesor al incrementar la temperatura de depósito. Esto se debe a un aumento del tamaño de grano de los films. El aumento de la temperatura del sustrato durante el crecimiento influye en la morfología y las propiedades magnéticas de los films de CoFe favoreciendo la formación de granos y la pérdida del eje preferencial de magnetización. Estos resultados permitieron la fabricación de sistemas Co_90Fe_10/M_gO/Co_90Fe_10 con distintas orientaciones relativas accesibles con campo magnético para el estudio del acople magnético entre los films de CoFe. La caracterización eléctrica de estos sistemas, particularmente la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor, indicó que las propiedades de transporte eléctrico de las junturas presentan un alto grado de reproducibilidad. Se analizó además la inuencia del sustrato utilizado en la corriente túnel que atraviesa la barrera aislante. Por otro lado, se discuten los fenómenos relacionados a la optimización de las propiedades magnéticas de electrodos ferromagnéticos para la fabricación de junturas túnel Co_90Fe_10/MgO/Co_90Fe_10 y Co_90Fe_10/MgO /Fe_20Ni_80. En particular, se estudió el acople magnético entre capas ferromagnéticas y la inuencia del sustrato utilizado para el crecimiento de las tricapas. La optimización de los electrodos magnéticos involucró el análisis de la inuencia de la presencia de un aislante entre dos capas magnéticas en el acople de los electrodos. Se logró el desacople de films de 10 nm de Co_90Fe_10 y Fe_20Ni_80 separados por un espaciador de MgO de 2 nm. Finalmente se detallan los pasos para la fabricación de una red de junturas túnel magnéticas y su caracterización eléctrica a bajas temperaturas. El sistema estudiado fue la tricapa Co_90Fe_10 (10 nm)/M_gO (8 nm)/ Fe_20Ni_80 (10 nm) crecido sobre un sustrato de M_gO. La caracterización eléctrica confirmó la buena calidad de la junturas fabricadas. Las junturas obtenidas presentaron un comportamiento altamente resistivo (~ MΩ). Las mediciones de la corriente túnel en función de la temperatura permitieron descartar la presencia de pinholes en la barrera. El transporte de los portadores de carga es por efecto túnel a través de la barrera aislante. Las curvas de conductancia diferencial permitieron calcular el valor medio de la altura de la barrera de potencial (φ = 3.1 eV) a partir del modelo de Brinkman. Los resultados obtenidos en cada uno de los capítulos se complementan y son relevantes para la optimización de junturas túnel, debido a que brindan información crítica para su correcto funcionamiento. En la presente tesis se lograron obtener los primeros avances para la fabricación de arreglos de junturas túnel que permitan el desarrollo de dispositivos.

Trasporte eléctrico y magnetismo en sistemas electrodo - aislante - electrodo: hacia el desarrollo de dispositivos del tipo juntura tunel.

La presente tesis es un estudio dedicado a la optimización y desarrollo de sistemas del tipo juntura túnel. La metodología utilizada para la realización de la tesis consistió, en primer lugar, en la optimización de las componentes independientes de la juntura túnel: electrodo y barrera aislante. Posteriormente se optimizaron los procesos de fabricación para el desarrollo y caracterización de dispositivos del tipo juntura túnel en su forma final. En la primera parte de la tesis se analizan detalladamente los resultados obtenidos de la caracterización eléctrica y topografica de barreras aislantes en sistemas electrodo - barrera. Los sistemas bicapas estudiados, GdBa_2Cu_3_7/SrTiO_3, Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 y YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3, fueron caracterizados utilizando un microscopio de fuerza atómica en modo conductor. Se propuso un modelo fenomenológico basado en los resultados experimentales, que permitió la obtención de parámetros críticos para el desarrollo de dispositivos del tipo juntura túnel con nuevas funcionalidades. La información obtenida de la caracterización de los sistemas bicapas (homogeneidad de crecimiento, baja densidad de defectos y de pinholes) indican un muy buen control de los parámetros de crecimiento de las barreras. Por otro lado, se obtuvo un buen comportamiento aislante para espesores mayores a 2 nm sin la presencia de pinholes en la barrera. La similitud en la estequiometría de las barreras (SrTiO_3) permitió comparar los distintos sistemas estudiados en términos de conductividad eléctrica. Se verificó que el modelo fenomenológico permite comparar la conductividad eléctrica de los sistemas mediante uno de los parámetros definidos en el modelo fenomenológico (obtenido de los ajustes lineales de las curvas I(V)). De los 3 sistemas estudiados, las bicapas GdBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 presentaron un mayor valor de longitud de atenuación de los portadores de carga a través de la barrera y una muy baja densidad de defectos superficiales. Las bicapas YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 y Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 permitieron validar el modelo fenomenológico propuesto para el análisis de la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor. La segunda parte de la tesis abarca conceptos de magnetismo y microfabricación para el desarrollo de junturas túnel magnéticas. Durante la caracterización de las películas ferromagnéticas individuales de Co_90Fe_10 (CoFe) se logró aumentar valor del campo coercitivo de films de 10 nm de espesor al incrementar la temperatura de depósito. Esto se debe a un aumento del tamaño de grano de los films. El aumento de la temperatura del sustrato durante el crecimiento influye en la morfología y las propiedades magnéticas de los films de CoFe favoreciendo la formación de granos y la pérdida del eje preferencial de magnetización. Estos resultados permitieron la fabricación de sistemas Co_90Fe_10/M_gO/Co_90Fe_10 con distintas orientaciones relativas accesibles con campo magnético para el estudio del acople magnético entre los films de CoFe. La caracterización eléctrica de estos sistemas, particularmente la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor, indicó que las propiedades de transporte eléctrico de las junturas presentan un alto grado de reproducibilidad. Se analizó además la inuencia del sustrato utilizado en la corriente túnel que atraviesa la barrera aislante. Por otro lado, se discuten los fenómenos relacionados a la optimización de las propiedades magnéticas de electrodos ferromagnéticos para la fabricación de junturas túnel Co_90Fe_10/MgO/Co_90Fe_10 y Co_90Fe_10/MgO /Fe_20Ni_80. En particular, se estudió el acople magnético entre capas ferromagnéticas y la inuencia del sustrato utilizado para el crecimiento de las tricapas. La optimización de los electrodos magnéticos involucró el análisis de la inuencia de la presencia de un aislante entre dos capas magnéticas en el acople de los electrodos. Se logró el desacople de films de 10 nm de Co_90Fe_10 y Fe_20Ni_80 separados por un espaciador de MgO de 2 nm. Finalmente se detallan los pasos para la fabricación de una red de junturas túnel magnéticas y su caracterización eléctrica a bajas temperaturas. El sistema estudiado fue la tricapa Co_90Fe_10 (10 nm)/M_gO (8 nm)/ Fe_20Ni_80 (10 nm) crecido sobre un sustrato de M_gO. La caracterización eléctrica confirmó la buena calidad de la junturas fabricadas. Las junturas obtenidas presentaron un comportamiento altamente resistivo (~ MΩ). Las mediciones de la corriente túnel en función de la temperatura permitieron descartar la presencia de pinholes en la barrera. El transporte de los portadores de carga es por efecto túnel a través de la barrera aislante. Las curvas de conductancia diferencial permitieron calcular el valor medio de la altura de la barrera de potencial (φ = 3.1 eV) a partir del modelo de Brinkman. Los resultados obtenidos en cada uno de los capítulos se complementan y son relevantes para la optimización de junturas túnel, debido a que brindan información crítica para su correcto funcionamiento. En la presente tesis se lograron obtener los primeros avances para la fabricación de arreglos de junturas túnel que permitan el desarrollo de dispositivos.

Development of Microfluidic Devices with the Use of Nanotechnology to Aid in the Analysis of Biological Systems Including Membrane Protein Separation, Single Cell Analysis, and Genetic Markers

Computation technology has dramatically changed the world around us; you can hardly find an area where cell phones have not saturated the market, yet there is a significant lack of breakthroughs in the development to integrate the computer with biological environments. This is largely the result of the incompatibility of the materials used in both environments; biological environments and experiments tend to need aqueous environments. To help aid in these development chemists, engineers, physicists and biologists have begun to develop microfluidics to help bridge this divide. Unfortunately, the microfluidic devices required large external support equipment to run the device. This thesis presents a series of several microfluidic methods that can help integrate engineering and biology by exploiting nanotechnology to help push the field of microfluidics back to its intended purpose, small integrated biological and electrical devices. I demonstrate this goal by developing different methods and devices to (1) separate membrane bound proteins with the use of microfluidics, (2) use optical technology to make fiber optic cables into protein sensors, (3) generate new fluidic devices using semiconductor material to manipulate single cells, and (4) develop a new genetic microfluidic based diagnostic assay that works with current PCR methodology to provide faster and cheaper results. All of these methods and systems can be used as components to build a self-contained biomedical device.

Technology confidence in early stage development of medical devices

Innovation is a critical factor in ensuring commercial success within the area of medical technology. Biotechnology and Healthcare developments require huge financial and resource investment, in-depth research and clinical trials. Consequently, these developments involve a complex multidisciplinary structure, which is inherently full of risks and uncertainty. In this context, early technology assessment and 'proof of concept' is often sporadic and unstructured. Existing methodologies for managing the feasibility stage of medical device development are predominantly suited to the later phases of development and favour detail in optimisation, validation and regulatory approval. During these early phases, feasibility studies are normally conducted to establish whether technology is potentially viable. However, it is not clear how this technology viability is currently measured. This paper aims to redress this gap through the development of a technology confidence scale, as appropriate explicitly to the feasibility phase of medical device design. These guidelines were developed from analysis of three recent innovation studies within the medical device industry.

Exploring an effective model of new product development in medical devices: A knowledge cluster approach

This study proposes a new product development (NPD) model that aims to improve the effectiveness of innovative NPD in the medical devices. By adopting open innovation theory and applying an in-depth investigation methodology, this paper proposes a knowledge cluster that improves the integration of interdisciplinary human resources and enhances the acquirement of innovative technologies. A knowledge cluster approach helps gather, organise, synthesise, and accumulate knowledge in order to become the impetus for innovation. Although enterprises are no longer the principals of research and development, they should still be capable of integrating professional physicians, external groups, and individuals through the knowledge cluster platform. However, in order to support an effective NPD model, enterprises should provide adequate incentives and trust to external individuals or groups willing to contribute their expertise and knowledge to this knowledge cluster platform. Copyright © 2013 Inderscience Enterprises Ltd.

Development of low-cost sensing and separation devices based on macro, micro and nano technology for health applications

The work presented in this thesis described the development of low-cost sensing and separation devices with electrochemical detections for health applications. This research employs macro, micro and nano technology. The first sensing device developed was a tonerbased micro-device. The initial development of microfluidic devices was based on glass or quartz devices that are often expensive to fabricate; however, the introduction of new types of materials, such as plastics, offered a new way for fast prototyping and the development of disposable devices. One such microfluidic device is based on the lamination of laser-printed polyester films using a computer, printer and laminator. The resulting toner-based microchips demonstrated a potential viability for chemical assays, coupled with several detection methods, particularly Chip-Electrophoresis-Chemiluminescence (CE-CL) detection which has never been reported in the literature. Following on from the toner-based microchip, a three-electrode micro-configuration was developed on acetate substrate. This is the first time that a micro-electrode configuration made from gold; silver and platinum have been fabricated onto acetate by means of patterning and deposition techniques using the central fabrication facilities in Tyndall National Institute. These electrodes have been designed to facilitate the integration of a 3- electrode configuration as part of the fabrication process. Since the electrodes are on acetate the dicing step can automatically be eliminated. The stability of these sensors has been investigated using electrochemical techniques with excellent outcomes. Following on from the generalised testing of the electrodes these sensors were then coupled with capillary electrophoresis. The final sensing devices were on a macro scale and involved the modifications of screenprinted electrodes. Screen-printed electrodes (SPE) are generally seen to be far less sensitive than the more expensive electrodes including the gold, boron-doped diamond and glassy carbon electrodes. To enhance the sensitivity of these electrodes they were treated with metal nano-particles, gold and palladium. Following on from this, another modification was introduced. The carbonaceous material carbon monolith was drop-cast onto the SPE and then the metal nano-particles were electrodeposited onto the monolith material

Development of thermo-analytical prediction and classification models for food in thermal devices using a multi sensor system and artificial neural networks

Die thermische Verarbeitung von Lebensmitteln beeinflusst deren Qualität und ernährungsphysiologischen Eigenschaften. Im Haushalt ist die Überwachung der Temperatur innerhalb des Lebensmittels sehr schwierig. Zudem ist das Wissen über optimale Temperatur- und Zeitparameter für die verschiedenen Speisen oft unzureichend. Die optimale Steuerung der thermischen Zubereitung ist maßgeblich abhängig von der Art des Lebensmittels und der äußeren und inneren Temperatureinwirkung während des Garvorgangs. Das Ziel der Arbeiten war die Entwicklung eines automatischen Backofens, der in der Lage ist, die Art des Lebensmittels zu erkennen und die Temperatur im Inneren des Lebensmittels während des Backens zu errechnen. Die für die Temperaturberechnung benötigten Daten wurden mit mehreren Sensoren erfasst. Hierzu kam ein Infrarotthermometer, ein Infrarotabstandssensor, eine Kamera, ein Temperatursensor und ein Lambdasonde innerhalb des Ofens zum Einsatz. Ferner wurden eine Wägezelle, ein Strom- sowie Spannungs-Sensor und ein Temperatursensor außerhalb des Ofens genutzt. Die während der Aufheizphase aufgenommen Datensätze ermöglichten das Training mehrerer künstlicher neuronaler Netze, die die verschiedenen Lebensmittel in die entsprechenden Kategorien einordnen konnten, um so das optimale Backprogram auszuwählen. Zur Abschätzung der thermische Diffusivität der Nahrung, die von der Zusammensetzung (Kohlenhydrate, Fett, Protein, Wasser) abhängt, wurden mehrere künstliche neuronale Netze trainiert. Mit Ausnahme des Fettanteils der Lebensmittel konnten alle Komponenten durch verschiedene KNNs mit einem Maximum von 8 versteckten Neuronen ausreichend genau abgeschätzt werden um auf deren Grundlage die Temperatur im inneren des Lebensmittels zu berechnen. Die durchgeführte Arbeit zeigt, dass mit Hilfe verschiedenster Sensoren zur direkten beziehungsweise indirekten Messung der äußeren Eigenschaften der Lebensmittel sowie KNNs für die Kategorisierung und Abschätzung der Lebensmittelzusammensetzung die automatische Erkennung und Berechnung der inneren Temperatur von verschiedensten Lebensmitteln möglich ist.

Development of a historic hearing devices exhibit

This paper discusses historic hearing devices and their benefits to users.

Histological Outcomes on the Development of New Space-making Devices for Maxillary Sinus Floor Augmentation

Background: Previous studies have pointed out that the mere elevation of the maxillary sinus membrane promotes bone formation without the use of augmentation materials. Purpose: This experimental study aimed at evaluating if the two-stage procedure for sinus floor augmentation could benefit from the use of a space-making device in order to increase the bone volume to enable later implant installation with good primary stability. Materials and Methods: Six male tufted capuchin primates (Cebus apella) were subjected to extraction of the three premolars and the first molar on both sides of the maxilla to create an edentulous area. The sinuses were opened using the lateral bone-wall window technique, and the membrane was elevated. One resorbable space-making device was inserted in each maxillary sinus, and the bone window was returned in place. The animals were euthanatized after 6 months, and biopsy blocks containing the whole maxillary sinus and surrounding soft tissues were prepared for ground sections. Results: The histological examination of the specimens showed bone formation in contact with both the schneiderian membrane and the device in most cases even when the device was displaced. The process of bone formation indicates that this technique is potentially useful for two-stage sinus floor augmentation. The lack of stabilization of the device within the sinus demands further improvement of space-makers for predictable bone augmentation. Conclusions: It is concluded that (1) the device used in this study did not trigger any important inflammatory reaction; (2) when the sinus membrane was elevated, bone formation was a constant finding; and (3) an ideal space-making device should be stable and elevate the membrane to ensure a maintained connection between the membrane and the secluded space.

Development of Highly Selective Enzymatic Devices Based on Deposition of Permselective Membranes on Aligned Nanowires

We describe a simple and efficient strategy to fabricate enzymatic devices based on the deposition of glucose oxidase on aligned and highly oriented CoNiMo metallic nanowires. CoNiMo nanowires with an average diameter of 200 nm and length of 50 mu m were electrodeposited on Au-covered alumina substrates via electrodeposition, using alumina membranes as templates. Enzyme-modified electrodes were fabricated via enzyme immobilization using a cross-linker. To minimize nonspecific reactions in the presence of interfering agents, a permselective membrane composed of poly(vinylsulfonic acid) and polyamidoamine dendrimer was deposited via electrostatic interaction. The formation of hydrogen peroxide as a product of the enzymatic reaction was monitored at low overpotential, 0.0 V (vs Ag/AgCl). The detection limit was estimated at 22 mu M under an applied potential of 0.0 V. The apparent Michaelis-Menten constant determined from the Lineweaver-Burke plot was 2 mM.

Development of Electrochromic Devices

Electrochromic devices (ECD) are systems of considerable commercial interest due to their controllable transmission, absorption and/or reflectance. For instance, these devices are mainly applied to glare attenuation in automobile rearview mirrors and also in some smart windows that can regulate the solar gains of buildings. Other possible applications of ECDs include solar cells, small-and large-area flat panel displays, frozen food monitoring and document authentication also are of great interest. Over the past 20 years almost 1000 patents and 1500 papers in journals and proceedings have been published with the keyword ""electrochromic windows"". Most of these documents report on materials for electrochromic devices and only some of them about complete systems. This paper describes the first patents and some of the recent ones on ECDs, whose development is possible due to the advances in nanotechnology.