Sensores de oxigénio para uso industrial

O presente trabalho incidiu sobre uma família de eletrólitos sólidos cerâmicos à base de óxido de zircónio, incluindo ainda óxido de magnésio como dopante, normalmente designados de Mg-PSZ (zircónia parcialmente estabilizada com magnésia). Dependendo da composição e condições de processamento (perfil de sinterização) estes materiais podem exibir interessantes combinações de propriedades mecânicas, térmicas e elétricas que permitem a sua utilização no fabrico de sensores de oxigénio para metais fundidos. O uso de sensores é hoje essencial numa lógica de controlo de processo e eficiência energética. No sentido de tentar compreender como influenciar estas propriedades, exploraram-se diversos níveis de dopante (de 2,5 até 10 mol%, com acréscimos de 2,5 mol% de MgO), diversas velocidades de arrefecimento (2, 3 e 5 °C.min-1) a partir de uma condição igual de patamar de sinterização (1700 °C, 3 horas), e ainda alguns ciclos de sinterização mais complexos, com patamares intermédios inseridos no processo de arrefecimento, com o objetivo de tentar alterar os processos de nucleação e crescimento de fases. Na realidade, as transformações de fases a que este tipo de materiais se encontra sujeito (cúbica  tetragonal  monoclínica, para temperaturas decrescentes), possuem diferentes velocidades características (uma é difusiva a outra displaciva), permitindo este tipo de condicionamento. Os materiais obtidos foram alvo de caracterização estrutural e microestrutural, complementada por um conjunto de outras técnicas de caracterização física como a espectroscopia de impedância, dilatometria e dureza. Os resultados obtidos confirmam a complexidade das relações entre processamento e comportamento mas permitiram identificar condições de potencial interesse prático para as aplicações em vista.

Diamond microelectrodes for corrosion studies

Este trabalho teve como objetivos a produção, caracterização e aplicação de microelétrodos (MEs) de diamante como sensores amperométricos e potenciométricos em sistemas de corrosão nos quais a agressividade do meio e a presença de produtos de corrosão, constituem obstáculos que podem diminuir o desempenho, ou inviabilizar a utilização, de outros tipos de sensores. Os microeléctrodos são baseados em filmes finos de diamante dopado com boro (BDD – Boron Doped Diamond) depositados sobre fios de tungsténio afiados, através do método de deposição química a partir da fase vapor, assistida por filamento quente (HFCVD – Hot Filament Chemical Vapor Deposition). A otimização das diversas etapas de fabricação dos MEs deu origem ao desenvolvimento de um novo sistema de afiamento eletroquímico para obtenção destes fios e a várias opções para a obtenção dos filmes de diamante condutor e seu isolamento com resinas para exposição apenas da ponta cilíndrica. A qualidade cristalina dos filmes de diamante foi avaliada por espectroscopia de Raman. Esta informação foi complementada com uma caracterização microestrutural dos filmes de diamante por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), em que se fez a identificação da tipologia dos cristais como pertencendo às gamas de diamante nanocristalino ou microcristalino. Os filmes de BDD foram utilizados na sua forma não modificada, com terminações em hidrogénio e também com modificação da superfície através de tratamentos de plasma RF de CF4 e O2 indutores de terminações C-F no primeiro caso e de grupos C=O, C-O-C e C-OH no segundo, tal como determinado por XPS. A caracterização eletroquímica dos MEs não modificados revelou uma resposta voltamétrica com elevada razão sinal/ruído e baixa corrente capacitiva, numa gama de polarização quasi-ideal com extensão de 3 V a 4 V, dependente dos parâmetros de crescimento e pós-tratamentos de superfície. Estudou-se a reversibilidade de algumas reações heterogéneas com os pares redox Fe(CN)6 3-/4- e FcOH0/+ e verificou-se que a constante cinética, k0, é mais elevada em elétrodos com terminações em hidrogénio, nos quais não se procedeu a qualquer modificação da superfície. Estes MEs não modificados foram também testados na deteção de Zn2+ onde se observou, por voltametria cíclica, que a detecção da redução deste ião é linear numa escala log-log na gama de 10-5-10-2 M em 5 mM NaCl. Realizaram-se também estudos em sistemas de corrosão modelares, em que os microeléctrodos foram usados como sensores amperométricos para mapear a distribuição de oxigénio e Zn2+ sobre um par galvânico Zn-Fe, com recurso a um sistema SVET (Scanning Vibrating Electrode Technique). Foi possível detetar, com resolução lateral de 100 μm, um decréscimo da concentração de O2 junto a ambos os metais e produção de catiões de zinco no ânodo. Contudo verificou-se uma significativa deposição de zinco metálico na superfície dos ME utilizados. Os MEs com superfície modificada por plasma de CF4 foram testados como sensores de oxigénio dissolvido. A calibração dos microeléctrodos foi efetuada simultaneamente por voltametria cíclica e medição óptica através de um sensor de oxigénio comercial. Determinou-se uma sensibilidade de ~0.1422 nA/μM, com um limite de deteção de 0.63 μM. Os MEs modificados com CF4 foram também testados como sensores amperométricos com os quais se observou sensibilidade ao oxigénio dissolvido em solução, tendo sido igualmente utilizados durante a corrosão galvânica de pares Zn-Fe. Em alguns casos foi conseguida sensibilidade ao ião Zn2+ sem que o efeito da contaminação superficial com zinco metálico se fizesse sentir. Os microeléctrodos tratados em plasma de CF4 permitem uma boa deteção da distribuição de oxigénio, exibindo uma resposta mais rápida que os não tratados além de maior estabilidade de medição e durabilidade. Nos MEs em que a superfície foi modificada com plasma de O2 foi possível detetar, por cronopotenciometria a corrente nula, uma sensibilidade ao pH de ~51 mV/pH numa gama de pH 2 a pH 12. Este comportamento foi associado à contribuição determinante de grupos C-O e C=O, observados por XPS com uma razão O/C de 0,16. Estes MEs foram igualmente testados durante a corrosão galvânica do par Zn-Fe onde foi possível mapear a distribuição de pH associada ao desenvolvimento de regiões alcalinas causadas pela redução do oxigénio, acima da região catódica, e de regiões ácidas decorrentes da dissolução anódica do ânodo de zinco. Com o par galvânico imerso em 50 mM NaCl registou-se uma variação de pH aproximadamente entre 4,8 acima do ânodo de zinco a 9,3 sobre o cátodo de ferro. A utilização pioneira destes MEs como sensores de pH é uma alternativa promissora aos elétrodos baseados em membranas seletivas.

Desempenho de sondas Lambda no monitoramento de motores do ciclo Otto alimentados por etanol e GNV

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Nanopartículas de CeO2 modificadas com Er obtidas pelo método hidrotermal microondas: estudo fotoluminescente

The development of nanostructured materials have aroused great interest of the industries all over the country, since they enable the development of devices that can be used as gate insulators on silicon transistors, electrochromic devices, solid electrolyte oxygen sensors and as a photoluminescent materials . In this project, it is proposed to investigate the optical properties of CeO2 modified with rare earth Er processed in hydrothermal-microwave. The synthesis of one-dimensional nanostructures (1D) was measured from dilute aqueous solutions of acids and salts of starting reagents in the presence of chemical basis, after these aqueous solutions were processed on hydrothermal-microwave to particle growth. The particles obtained after processing were characterized by X-ray Diffraction, Rietveld Analysis and Raman Spectroscopy. The particle morphology was observed by scanning electron microscopy with field emission gun. The synthesis of 1D nanostructures are evaluated for different surfactants and starting precursors (ceria different salts), pH, temperature and pressure which can modify the morphology of the nanostructures. Combining laboratory experiments and theoretical calculations it was desired to understand the organization of the nanoparticles and their resulting structure. Strict control of chemical homogeneity, crystal structure, microstructure and interaction of the CeO2 cluster with different surfactants using the Hartree-Fock method, was intended to obtain properties compatible with their use in catalysts and optical devices. The use of mineralizer agent KOH and 8 minutes of processing time synthesis conditions were chosen to evaluate the effect of Er dopant. It has been proved that this doping with rare earth increases the photoluminescent properties of the compound obtained without change the structural and morphological propreties of ceria

Nanopartículas de CeO2 modificadas com Er obtidas pelo método hidrotermal microondas: estudo fotoluminescente

The development of nanostructured materials have aroused great interest of the industries all over the country, since they enable the development of devices that can be used as gate insulators on silicon transistors, electrochromic devices, solid electrolyte oxygen sensors and as a photoluminescent materials . In this project, it is proposed to investigate the optical properties of CeO2 modified with rare earth Er processed in hydrothermal-microwave. The synthesis of one-dimensional nanostructures (1D) was measured from dilute aqueous solutions of acids and salts of starting reagents in the presence of chemical basis, after these aqueous solutions were processed on hydrothermal-microwave to particle growth. The particles obtained after processing were characterized by X-ray Diffraction, Rietveld Analysis and Raman Spectroscopy. The particle morphology was observed by scanning electron microscopy with field emission gun. The synthesis of 1D nanostructures are evaluated for different surfactants and starting precursors (ceria different salts), pH, temperature and pressure which can modify the morphology of the nanostructures. Combining laboratory experiments and theoretical calculations it was desired to understand the organization of the nanoparticles and their resulting structure. Strict control of chemical homogeneity, crystal structure, microstructure and interaction of the CeO2 cluster with different surfactants using the Hartree-Fock method, was intended to obtain properties compatible with their use in catalysts and optical devices. The use of mineralizer agent KOH and 8 minutes of processing time synthesis conditions were chosen to evaluate the effect of Er dopant. It has been proved that this doping with rare earth increases the photoluminescent properties of the compound obtained without change the structural and morphological propreties of ceria

WISE-MANager: criação e gestão de sessões colaborativas em redes de sensores sem fio

As redes de sensores sem fios (WSN- WSN-Wireless Sensor Network) utilizam um grande número de dispositivos sem fios (sensores), que são de baixo custo e equipados com interfaces wireless. Utilizam um conjunto de sensores autónomos que colaboram entre si para efectuar a monitorização das condições ambientais, tais como: temperatura, oxigénio, luz, humidade, pressão, gases poluentes, entre outras. Estas redes podem operar durante largos períodos de tempo, sem intervenção humana, sendo que esse tempo depende do nível de bateria desses nós. De modo a que os gestores de um Museu possam gerir de forma mais adequada as obras de arte e arquivos históricos, surge o projecto WISE-MUSE – Environmental Monitoring based on Wireless Sensor Networks, que permite implementar soluções para a monitorização museológica, com a utilização de redes de sensores sem fios. Actualmente, a colaboração entre o utilizador e a WSN é muito ténue, sendo que apenas existe colaboração entre os nós sensores. De forma a aumentar esta colaboração, e no âmbito do projecto WISE-MUSE surge o CWSN – Collaborative Wireless Sensor Network Model, que define um modelo de colaboração na rede de sensores sem fios, permitindo a utilização de sessões colaborativas para a monitorização da rede. Com o intuito de obter o máximo rendimento da rede, é necessário definir qual o deployment a utilizar. O tipo de deployment de uma WSN é a forma como os nós são distribuídos pela rede. Em zonas longínquas, ou de difícil acesso, os nós são colocados de forma aleatória, por exemplo, caiem de um avião. Nos locais de fácil acesso, podem ser colocados no local exacto. Portanto, este projecto de Mestrado de Engenharia Informática apresenta duas contribuições principais: (i) um estudo de propagação no Museu da Baleia; e; (ii) o WISE-MANager, um sistema de gestão de sessões colaborativas. De forma a definir qual o deployment da rede a instalar no Museu da Baleia, será apresentado um estudo de propagação do sinal empírico, que determinou a melhor posição física dos nós, para que a rede tenha uma boa performance. O sistema WISE-MANager permite a criação, monitorização e gestão de sessões colaborativas numa WSN baseada no protocolo Zigbee. O intuito da utilização de sessões colaborativas é proporcionar uma melhor interacção entre o utilizador e a WSN, visto que o utilizador pode personalizar o tipo de monitorização a efectuar (por nó sensor, por fenómeno ou por intervalo de tempo), e interrogar à rede e aos seus componentes, aumentando assim a flexibilidade da WSN.A gestão de redes de sensores sem fios é muito importante para que o utilizador tenha controlo sobre a mesma ao saber quais os dispositivos da rede, assim como o seu nível de energia. Por tanto, através de WISE-MANager, os gestores do Museu serão capazes de analisar a rede, detectar eventuais problemas e obter parâmetros específicos.

Filmes de óxido de zinco e nitreto de zinco depositados por magnetron sputtering com diferentes pressões de argônio, oxigênio e nitrogênio.

O óxido de zinco é um material semicondutor que apresenta alta transparência óptica no espectro visível, alta energia de ligação de éxcitons e piezoeletricidade. Por suas propriedades, ele é utilizado na área de sensores, eletrodos transparentes e dispositivos optoeletrônicos. No entanto, sua utilização ainda é limitada pela dificuldade de obtenção de condutividade tipo p, cujo principal dopante é o nitrogênio, devido à assimetria de dopagem ocasionada por defeitos intrínsecos do material, dopagem em valências diferentes das esperadas e formação de níveis de aceitadores profundos na banda proibida. A aplicação em dispositivos piezoelétricos também exige alta resistividade e ótimas propriedades cristalinas. Muitos processos de deposição estabelecidos hoje ainda utilizam altas temperaturas, o que impede sua deposição sobre superfícies ou substratos sensíveis a altas temperaturas. O objetivo deste trabalho é desenvolver técnicas de deposição de filmes de ZnO, principalmente em baixas temperaturas ( 100°C), pelo método de magnetron sputtering de rádio frequência, para avaliar a influência dos gases de processo nas características estruturais, estequiométricas, elétricas e ópticas dos filmes. Para isso, foram obtidos filmes utilizando pressão total de argônio, e pressões parciais de argônio e oxigênio e argônio e nitrogênio, utilizando alvo cerâmico de óxido de zinco ou alvo metálico de zinco. Para alvo de ZnO, filmes com condutividade tipo n foram obtidos em ambiente de argônio, em condições que geraram deficiências de oxigênio. Filmes altamente resistivos foram obtidos com a utilização de pressão parcial de oxigênio no gás de processo, em condições que resultaram em filmes estequiométricos, inclusive com condutividade tipo p. Condutividade tipo p mais alta foi observada, apenas por ponta quente, para uma amostra obtida em argônio logo após a utilização de nitrogênio na câmara de processo, que provavelmente sofreu influência da dopagem não intencional do cobre, que foi identificado como um contaminante do processo devido à estrutura da câmara. Para alvo de Zn, observou-se a formação de nitreto de zinco, que demonstrou alta capacidade de oxidação em ambiente atmosférico, e portanto, transforma-se naturalmente ao longo do tempo ou por processos de oxidação térmica em ZnO dopado com nitrogênio. Filmes de ZnO produzidos a partir de nitreto de zinco foram os únicos dos testados que apresentaram fotoluminescência característica do ZnO, mesmo para processos onde não houve aquecimento intencional.

Materiais à base de Sr(Ti,Nb)O3 para sensores lambda

Os sensores lambda resistivos possuem as vantagens de simplicidade e menor custo relativamente à utilização generalizada de sensores potenciométricos de oxigénio. Nesse sentido, os titanatos de estrôncio têm sido alvo de diversos estudos. Para a produção de uma relação inequívoca entre a condutividade destes materiais e a pressão parcial de oxigénio é necessária a adição de um dopante dador que suprime a condução eletrónica do tipo-p na região de pressões parciais de oxigénio próximas de ar. Contudo, a adição de um dopante dador produz respostas lentas destes materiais quando densos a variações da pressão parcial de oxigénio. Além da preparação usual dos pós por reação do estado sólido, foram preparadas diversas composições por mecanossíntese. Tal relaciona-se com o fato exaustivamente reportado de as amostras destes materiais, especialmente quando dopados com dadores, apresentarem comportamentos dependentes das condições de processamento. Teve ainda o intuito de avaliar a viabilidade da sua preparação por este método, e consequentemente verificar se este método de preparação, que presumivelmente produzirá pós com composição mais homogénea e mais reativos, permite alterar/manipular a resposta obtida por amostras com eles produzidas. Foram preparados diversos filmes, tipologia muito usada na produção de sensores resistivos, e amostras porosas com diversas composições à base de titanato de estrôncio produzidos com variadas condições de processamento. Foram realizadas diversas caracterizações sobre estes espécimes numa tentativa de melhor compreender as propriedades destes materiais e a dependência destas com parâmetros microestruturais como o tamanho de grão e a porosidade. Foi verificado que os exemplares de titanato de estrôncio não dopado, quer em filmes quer em amostras porosas, apresentam um comportamento elétrico semelhante ao apresentado por amostras densas deste material. Apurou-se ainda, que as suas características apresentam uma variação ténue com a alteração das condições de processamento. Já espécimes de titanato de estrôncio dopados com dador revelam uma forte dependência das suas propriedades com as condições de processamento utilizadas, nomeadamente, a temperatura de sinterização e o tempo de permanência a essa temperatura. Para o fabrico de sensores resistivos de oxigénio poderá ser preferível o recurso a amostras porosas pelo facto de mais facilmente se manipularem as suas características microestruturais e devido à exclusão dos problemas associados à interação entre o substrato de alumina e o filme. As composições não dopadas são as indicadas para esta função se a gama de pressões de oxigénio a avaliar for relativamente pouco extensa sendo aconselhadas as composições dopadas com dador se for pretendida uma medição da pressão parcial de oxigénio em zonas mais extensas correspondentes à queima com deficiência ou excesso de oxigénio. Mesmo em amostras de elevada porosidade poderá ocorrer resposta transiente do material dopado com dador.

Sistema de "autofocus" mediante sensores de distancia

Diseñar un sistema para seguimiento y gestión de enfoque para video/fotografía, que utilice sensores inalámbricos para medir distancias.

Desarrollo de una aplicación para una red de sensores inalámbricos (WSN) mediante Contiki

Durante los últimos años hemos venido observando la tendencia a incorporar capacidad de proce- samiento y comunicación a dispositivos que hasta entonces se utilizaban de modo independiente. La evolución de los móviles a smartphones es un claro ejemplo de dicha tendencia, aunque también cabe mencionar otros ejemplos, como es el caso de los denominados hogares inteligentes, en los que elementos del hogar se encuentran interconectados y pueden actuar de modo conjunto. Esta ten- dencia no se limita a sistemas independientes, sino que propone interconectar todos los elementos disponibles para conformar la denominada Internet de los Objetos/Cosas o Internet of Things, IoT. Una de las mayores dificultades que se presenta en estos sistemas es que las características de es- tos nuevos dispositivos inteligentes, en general limitados en términos de cómputo, almacenamiento, autonomía o comunicación, queda a menudo lejos de los equipos informáticos tradicionales. Esta cuestión, junto con la ausencia de estándares para gestionar estos dispositivos, constituye un impor- tante problema a abordar. Considerando este marco, en este proyecto se ha desarrollado una aplicación orientada a este tipo de dispositivos. Más concretamente, la aplicación tiene como soporte una red de sensores inalámbricos, WSN, con el objetivo de realizar seguimiento de individuos. Cabe destacar que el desarrollo de la aplicación se ha realizado utilizando Contiki OS, sistema ope- rativo diseñado especialmente para dispositivos con características limitadas como los presentados anteriormente y firme candidato a convertirse en estándar.

Soporte a la explotación de datos y gestión de una red de sensores

El seguimiento de distintas especies de animales contribuye en gran medida a su estudio y, por tanto, a su conservación y control. Los avances tecnológicos de los últimos años han facilitado las posibilidades de seguimiento con la creación de distintos dispositivos que permiten conocer los movimientos de la especie que se desea estudiar. Uno de los sistemas más utilizados consiste en la utilización de dispositivos GPS incorporados al espécimen sobre el que se realiza el seguimiento y cuya señal es recogida por satélites que se encargan de almacenar y posteriormente reenviar la información para su almacenamiento y procesamiento en el laboratorio. El principal problema de este sistema es su elevado coste. Existen alternativas que no presentan un coste tal alto, tales como el uso de módulos basados en telefonía móvil. Sin embargo, tienen limitaciones de cobertura, por lo que no es aplicable en todos los ámbitos. Este proyecto forma parte de una propuesta que ofrece realizar seguimiento de ejemplares de una especie de ave, la gaviota Patiamarilla, en Gipuzkoa mediante la utilización de una red de sensores y que tiene varias ventajas frente a las opciones presentadas anteriormente. En este proyecto en concreto se ha diseñado e implementado el módulo que permite recoger la información obtenida por el conjunto de sensores (cada ejemplar lleva incorporado un sensor que permite registrar su posición) y enviarla a un servidor centralizado para su posterior consulta y análisis. Adicionalmente, también se permite consultar el último estado registrado de cada dispositivo de seguimiento, además de contemplar la posibilidad de actualizar su software.

Diseño y despliegue de una red inalámbrica segura y control de acceso de sensores IP

[ES]El proyecto está orientado a conseguir una comunicación inalámbrica y segura de una red de sensores IP. Por un lado, mediante el protocolo 6LoWPAN se consigue que los datos se transmitan mediante IPv6 y, por otro lado, gracias al protocolo LADON se establecen los servicios de seguridad de autenticación, integridad de datos, autorización y control de acceso.

CICLOADICIONES [3+2] Y [8+2] Y SU APLICACIÓN A LA SÍNTESIS DE MOLÉCULAS MARCADAS Y SENSORES DE ADN FLUORESCENTES

La presente Tesis Doctoral está encaminada hacia el estudio de las cicloadiciones y su aplicación a la síntesis de moléculas marcadas y sensores de ADN fluorescentes. La primera línea de trabajo se basará en el diseño y síntesis de dos nuevos grupos de moléculas fluorescentes basadas en las benzo[a]imidazo[5,1,2-cd]indolizinas y en las 2,3,9c-triazociclo-penta[j,k]fluorenos mediante la cicloadición [8 + 2]. También se lleva a cabo la síntesis de los derivados los aductos [8+2] que pudieran interaccionar con el ADN y posteriores experimentos de unión al ADN de los compuestos sintetizados. Por otro lado, la segunda línea de investigación consistirá en la búsqueda de estrategias sintéticas para la obtención de un precursor de un inhibidor de HDAC para su utilización en estudios de biodistribución mediante técnicas basados en radioactividad, como son la de tomografía por emisión de positrones y el método de disección.

Configuración de una red de sensores inalámbricos para adquisición de datos en tiempo real. Acondicionamiento y procesado de señales mediante FPGAs.

El análisis de las vibraciones es utilizado comúnmente en el mantenimiento de los motores. Es por ello que en la industria resulta imprescindible la monitorización de todas las máquinas que estén en funcionamiento; ya que el fallo de uno de los equipos puede causar grandes pérdidas. La adquisición de las vibraciones mediante una red de sensores y el posterior procesado de datos permiten monitorizar en tiempo real el estado de cada uno de los motores. Este trabajo tiene como objetivo diseñar e implementar un sistema para la medición de vibraciones y su posterior procesado para el análisis de los datos en el dominio de la frecuencia. La toma de datos éstos se realizará mediante una red de sensores inalámbricos, haciendo uso de un acelerómetro, y el procesado mediante una FPGA.

Sensores del campo magnético basados en la magnetoimpedancia sobre sustratos flexibles

Se han estudiado las propiedades magnéticas y magnetoimpedancia gigante de las películas delgadas de base de FeNi/Ti depositadas sobre sustratos de vidrio y COC sin/con tratamiento térmico utilizando el Efecto Magneto Óptico de Kerr, VSM y espectroscopia de MI. Se han conseguido resultados interesantes: a) Para la muestra depositada sobre sustrato de vidrio se obtuvo una GMI máxima de un 145% en 64 MHz, mientras que la depositada sobre COC presentó una GMI máxima de 89% en 97 MHz; b) La sensibilidad aumentó de 17%/Oe (a 140 MHz) a 22 %/Oe (a 87 MHz), lo cual mejoró el punto de operación del sensor GMI flexible. Estos resultados confirman la utilidad del sistema de recocido diseñado.