Na presente Tese, vamos desenvolver teorias para eletrólitos próximos de interfaces e para suspensões coloidais carregadas. No caso de interfaces, a nova teoria permite-nos calcular quantitativamente tensões e potenciais superficiais, e perfis de densidade para ambas interfaces água-ar e água-óleo. Para suspensões coloidais hidrofóbicas, a teoria permite-nos calcular as concentrações críticas de coagulação (CCC) para várias soluções eletrolíticas. Os resultados teóricos estão em excelente acordo com dados experimentais. A interação iônica com interfaces é relacionada com a classificação dos íons em caotrópicos e cosmotrópicos. A teoria, portanto, traz novo enfoque a série de Hofmeister que governa a estabilidade de soluções proteicas. Em suspensões coloidais, estudamos também o papel das correlações eletrostáticas na distribuição de íons multivalentes próximos da superfície coloidal. Uma nova teoria é introduzida que nos permite incluir as correlações interiônicas como uma nova condição de contorno renormalizada para a equação de Poisson-Boltzmann. Os perfis de densidade calculados são comparados com simulações de Monte Carlo, demonstrando uma boa concordância. Finalmente, exploramos o papel da polarizabilidade coloidal na distribuição iônica. Encontramos que a polarizabilidade causa a repulsão superficial dos contraíons e pode afetar a mobilidade eletroforética de partículas coloidais. / In the present Thesis we will develop theories for electrolytes near interfaces and for charge stabilized colloidal suspensions. In the case of interfaces the new theory allows us to quantitatively calculate surface tensions, surface potentials, and the ionic density profiles both for the water-air and the water-oil interfaces. For the hydrophobic colloidal suspensions, the theory allows us to calculate the critical coagulation concentrations (CCC) for various electrolyte solutions. The theoretical results are found to be in excellent agreement with the experimental data. The ionic interaction with the interfaces is found to be related to the classification of ions into chatropes and kosmotropes. The theory, therefore, sheds new light on the Hofmeister series which governs the stability of protein solutions. For colloidal suspensions, we also study the role of electrostatic correlations on the distribution of multivalent ions near the colloidal surface. A new theory is introduced which allows us to include the interionic correlations as a renormalized boundary condition for the Poisson-Boltzmann equation. The calculated ionic density profiles are then compared with the Monte Carlo simulations, showing a good agreement. Finally, we explore the role of colloidal polarizability on the ionic distribution. We find that polarizability causes the counterion repulsion from the surface and can affect the electrophoretic mobility of colloidal particles.

The intent of this work is to analyse by means of numerical experiments the characteristics in terms of performance when the penalty method and the pressure Poisson equation formulation are combined to solve convective problems. Besides that, the penalty method and the pressure Poisson equation formulation are applied independently and compared with the coupled formulation. The three methodologies have been applied on four numerical examples: natural convection in a square cavity with Boussinesq and non-Boussinesq hypothesis, forced convection in a square cavity and flow over a backward step. The attention has been focused on the CPU time consumption, mass conservation and solution's accuracy in comparison with benchmark results. The coupled formulation has shown to be efficient for three problems studied, while the pressure Poisson equation formulation has shown convergence problems for the backward facing step flow. For the penalty method applied on the natural convection problem, the solution has diverged for both, Boussinesq and non-Boussinesq approaches. It has been verified that the penalty parameter affects much more the solution than the pressure weight. The CPU time curve against the penalty parameter variation has shown to have bathtub curve comportment, while the mass conservation error is significantly reduced as the penalty parameter is increased. However, for high penalty parameter values spurious solutions have been found. Additionally to mass conservation error, it is necessary to define an error criterion to check the reliability of the solution.

This thesis presents the modeling, design, fabrication and characterization of a quantum well infrared photodetector (QWIP) capable of detecting near infrared (NIR), mid wavelength infrared (MWIR) and long wavelength infrared (LWIR), simultaneously. The NIR detection was achieved using interband transition while MWIR and LWIR were based on intersubband transition in the conduction band. The quantum-well structure was modeled by solving self-consistently the Schrödinger and Poisson equations with the help of the shooting method. A sample with three different stacks of quantum wells formed by different configurations of GaAs, AlGaAs and InGaAs, separated by n-doped GaAs contact layers was grown on a semi-insulated GaAs substrate using MBE (Molecular Beam Epitaxy). Intersubband absorption in the sample was measured for the MWIR and LWIR using Fourier transform spectroscopy (FTIR) and the measured peak positions were found at 5.3 and 8.7 ?m, respectively which are within 5% of the theoretical values, indicating the good accuracy of the self-consistent model. The test photodetectors were fabricated using a standard photolithography process with exposed middle contacts to allow separate bias and readout of signals from the three wavelength bands. A 45 degree facet was polished to allow light coupling. Performance analyses were conducted in order to obtain the I-V characteristics, responsivity and detectivity of each detection band. The background-limited infrared performance (BLIP) for the LWIR quantum wells shows an upper operating temperature of about 70 K, limiting the overall device. Photocurrent spectroscopy was performed and gave three peaks at 0.84, 5.0 and 8.5 m wavelengths with approximately 0.5, 0.03 and 0.13 A/W peak responsivities for NIR, MWIR and LWIR bands, respectively. Estimated peak detectivities, limited by the number of quantum well repetitions, are 140, 1.6 and 1.2x109 cm.Hz1/2/W for NIR, MWIR and LWIR, respectively. The overall results demonstrate the possibility of detection of widely separated wavelength bands, in a single pixel device, using interband and intersubband transitions in quantum wells.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Atila Lupim Cruz.pdf: 1394501 bytes, checksum: 0954b2c5b1fdcb864ee81cef7d14e9e5 (MD5) Previous issue date: 2012-10-19 / A pesquisa envolvida na presente dissertação se baseou no uso de funções de base radial para gerar uma nova formulação integral, que interpola diretamente o termo não homogêneo da equação diferencial de governo, no contexto do Método dos Elementos de Contorno (MEC). Emprega-se o uso de funções primitivas das funções de interpolação originais no núcleo da integral de domínio, permitindo a transformação desta última numa integral de contorno, evitando assim a discretização do domínio por meio de células, semelhante ao realizado na Dupla Reciprocidade. Para melhor avaliação das potencialidades da formulação, os testes numéricos apresentados abordaram apenas a solução de problemas governados pela Equação de Poisson. Os problemas escolhidos dentro desta categoria possuem solução analítica, o que permitiu aferir com mais rigor a precisão dos resultados. Para melhor balizamento da eficiência da formulação proposta, todos os problemas abordados também foram resolvidos pela formulação com Dupla Reciprocidade. O custo computacional dispendido para cada uma dessas formulações também foi comparado. Para ambas as formulações também foram testados esquemas de ajuste da interpolação realizada, visando avaliar seus efeitos na precisão dos resultados e também propositando obter economia computacional em futuras aplicações em simulações na área de propagações de ondas / This research was based on the use of radial basis functions to generate a new integral formulation that interpolates directly the domain action, related to the inhomogeneous term of the governing differential equation, using the Boundary Element Method (BEM). The use of primitive functions of the original interpolation functions in the kernel of the inhomogeneous integral is proposed, allowing its transformation into a boundary integral, thus avoiding the domain discretization through cells, similar to that conducted in the Dual Reciprocity. To better evaluation of the capability of the proposed formulation, the numerical tests presented only solved problems governed by the Poisson Equation. Test problems chosen have known analytical solution, which allowed a better evaluation of the numerical accuracy. To better check the efficiency of the proposed formulation, all the problems were also solved by the Dual Reciprocity Boundary Element Formulation. The computational cost expended for each of these formulations was also compared. Fitting interpolation schemes for both formulations were also tested in order to evaluate their effects on the accuracy of the results and also looking for economy in future computational applications related to wave propagation problems

PINTO, V. G. Caracterizações da esfera em formas espaciais. 2017. 79 f. Dissertação (Mestrado em Matemática) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Andrea Dantas (pgmat@mat.ufc.br) on 2017-07-20T20:40:07Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_vgpinto.pdf: 1180135 bytes, checksum: f3aa196ed8b0d38c5a2a33642fdb7d0b (MD5) / Rejected by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br), reason: Bom dia Andrea, Favor informar ao aluno os motivos da rejeição. Faltou a conclusão (item obrigatório) E as referências não estão normalizadas. Seguem os modelos ARTIGOS DE PERIÓDICOS: ALENCAR, H. ; COLARES, A. G. - Integral formulas for the r-mean curvature linearized operator of a hypersurface. Annals of Global Analysis and Geometry, v. 16, p. 203-220, 1998. OBS: o TÍTULO DO PERIÓDICO DEVE FICAR EM NEGRITO OU ITÁLICO. LIVROS: CARMO, M. P. do. Geometria riemanniana. Rio de Janeiro : IMPA, 2008.( Projeto Euclides) OBS: O TÍTULO DO LIVRO DEVE FICAR EM NEGRITO OU ITÁLICO DISSERTAÇÕES: PINHEIRO, N. R. Hipersuperfíıcies com curvatura média constante e hiperplanos. Ano. Nº de folhas. Dissertação ( Mestrado) em nome do curso, local, ano. OBS: o TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DEVE FICAR EM NEGRITO OU ITÁLICO Rocilda on 2017-07-21T11:38:59Z (GMT) / Submitted by Andrea Dantas (pgmat@mat.ufc.br) on 2017-07-21T18:48:58Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_vgpinto.pdf: 1184804 bytes, checksum: 357d2ee050e65edb2839093ba455b0db (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2017-07-24T15:34:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_vgpinto.pdf: 1184804 bytes, checksum: 357d2ee050e65edb2839093ba455b0db (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-24T15:34:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_vgpinto.pdf: 1184804 bytes, checksum: 357d2ee050e65edb2839093ba455b0db (MD5) Previous issue date: 2017-07-06 / In this work we present three characterizations of the sphere. Initially, it will be shown that given a compact and oriented hypersurface Mn e x: M → Q^(n+1)_c a isometric immersion, x(M) is a geodesic sphere in Q^n+1_c if, and only if, Hr+1 is a nonzero constant and the set of points that are omitted in Qn+1 c by the totally geodesic hypersurfaces (Q^n_c)p tangent to x(M) is non-empty. As a second result, let M be an orientable compact and connected hypersurface with non-negative support function of the Euclidean space Rn+1 and Minkowski's integrand . We prove that the mean curvature function of the hypersurface M is the solution of the Poisson equation = if, and only if, M is isometric to the n-sphere Sn(c) of constant curvature c. similar characterization is proved for a hypersurface with the scalar curvature satisfying the same equation. For the third result we consider an isometric immersion x : M ! Qn+1, where M is a compact hypersurface such that x(M) is convex, and it will be proved that if any r-mean curvature is such that Hr 6= 0 and there are nonnegative constants C1;C2; :::;Cr1 such that Hr = Pr1 i=1 CiHi; then x(M) is a geodesic sphere, where Qn+1 is Rn+1, Hn+1 or Sn+1 + . / Neste trabalho serão apresentadas três caracterizações da esfera. Primeiramente, será mostrado que dada uma hipersuperfície compacta e orientada Mn e x: M → Q^(n+1)_c uma imersão isométrica, onde Q^n+1_c é uma forma espacial simplesmente conexa, isto é, uma variedade Riemanniana de curvatura seccional constante c, x(M) é uma esfera geodésica em Q^n+1_c se, e somente se, a (r + 1)-ésima curvatura média Hr+1 é uma constante não nula e o conjunto dos pontos que são omitidos em Q^n+1_c pelas hipersuperfícies totalmente geodésicas (Q^n_c)p tangentes a x(M) é não vazio. Como segundo resultado, seja uma hipersuperfície compacta, conexa e orientável M do espaço euclidiano R^(n+1), com função suporte não negativa e integrando de Minkowski σ. Será provado que a função curvatura média α da hipersuperfície é solução da equação de Poisson Δϕ = σ se, e somente se, M é isométrica à n-esfera S^n(c) de curvatura média c. Uma caracterização similar é provada para uma hipersuperfície com a curvatura escalar satisfazendo a mesma equação. Para o terceiro resultado é considerado uma imersão isométrica x: M → Q^(n+1), onde M é uma hipersuperfície compacta tal que x(M) é convexa, e será provado que, se alguma curvatura r-média é tal que Hr ≠ 0 e existem constantes não negativas C1, C2, ..., Cr-1 tais que Hr =∑_(i=1)^(r-1)▒〖C_i H_i 〗 ; então x(M) é uma esfera geodésica, onde Q^(n+1) é R^(n+1), H^(n+1) ou S^(n+1)_+ .

O escoamento laminar incompressível do fluido de um mancal hidrodinâmico, escoamento este regido pelas equações de Navier-Stokes, foi analisado aplicando-se o método dos elementos finitos associado a formulação variacional de Galerkin. O elemento adotado para a discretização da parte geométrica do problema foi um paralelepípedo, com 20 nós. Após a discretização das equações de Navier-Stokes e sua conveniente expressão em termos de funções de forma, o sistema de equações a ser resolvido passou por uma adaptação necessária para solucionar as oscilações de pressão que comprometiam a convergência. Esta adaptação consistiu na introdução de uma equação de Poisson para pressão, a ser resolvida conjuntamente às demais equações. Sua adoção trouxe estabilidade e convergência ao programa FluidFlow, escrito paralelamente às etapas acima mencionadas. Quanto às simulações, primeiramente foram simulados escoamentos de Couette e Poiseuille (ambos em coordenadas retangulares), dada a similaridade entre estes e o escoamento de um mancal no qual o raio adotado foi considerado infinito. Posteriormente uma seção de um mancal hidrodinâmico foi simulada, com diferentes malhas e condições de contorno. Os resultados obtidos foram satisfatórios e validaram os procedimentos por nós adotados.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, a partição iônica e o potencial de membrana em um eritrócito são analisados via equação de Poisson-Boltzmann modificada, considerando as interações não eletrostáticas presentes entre os íons e macromoléculas, assim como, o potencial β. Este potencial é atribuído à diferença de potencial químico de referência entre os meios intracelular e extracelular e ao transporte ativo de íons. O potencial de Gibbs-Donnan via equação de Poisson-Boltzmann na presença de carga fixa em um sistema contendo uma membrana semipermeável também é estudado. O método de aproximação paraboloide em elementos finitos em um sistema estacionário e unidimensionalé aplicado para resolver a equação de Poisson-Boltzmann em coordenadas cartesianas e esféricas. O parâmetro de dispersão relativo às interações não eletrostáticas écalculado via teoria de Lifshitz. Os resultados em relação ao potencial de Gibbs-Donnan mostram-se adequados, podendo ser calculado pela equação de Poisson-Boltzmann. No sistema contendo um eritrócito, quando o potencial β é considerado igual a zero, não se verifica a diferença iônica observada experimentalmente entre os meios intracelular e extracelular. Dessa forma, os potenciais não eletrostáticos calculados via teoria de Lifshitz têm apenas uma pequena influência no que se refere à alta concentração de íon K+ no meio intracelular em relação ao íon Na+ / In this work, the ionic partition and the membrane potential in an erythrocyte are analyzed by modified Poisson-Boltzmann equation, considering non-electrostatic interactions between ions and macromolecules as well as the β potential. This potential is attributed to the difference in chemical potential reference states between intracellular and extracellular environment and the active transport of ions. The Gibbs-Donnan potential is also studied usingthe Poisson-Boltzmann equation with fixed chargeon a system containing a semipermeable membrane. The second order spline finite elements methodin a steady one-dimensional system is applied to solve the Poisson-Boltzmann equation in Cartesian and spherical coordinates.The dispersion parameter of the non-electrostatic interactions is calculated by Lifshitztheory. The results regarding the Gibbs-Donnan potential are adequate and can be calculated by the Poisson-Boltzmann equation. In a system containing an erythrocyte, when the β potential is considered equal to zero, it doesnt check the ionic difference observed experimentally between the intracellular and extracellular environment. Thus, non-electrostatic interactions calculated by Lifshitz theory have only a small influence in the high K+level inside cells while keeping Na+ outside

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, a partição iônica e o potencial de membrana em um eritrócito são analisados via equação de Poisson-Boltzmann modificada, considerando as interações não eletrostáticas presentes entre os íons e macromoléculas, assim como, o potencial β. Este potencial é atribuído à diferença de potencial químico de referência entre os meios intracelular e extracelular e ao transporte ativo de íons. O potencial de Gibbs-Donnan via equação de Poisson-Boltzmann na presença de carga fixa em um sistema contendo uma membrana semipermeável também é estudado. O método de aproximação paraboloide em elementos finitos em um sistema estacionário e unidimensionalé aplicado para resolver a equação de Poisson-Boltzmann em coordenadas cartesianas e esféricas. O parâmetro de dispersão relativo às interações não eletrostáticas écalculado via teoria de Lifshitz. Os resultados em relação ao potencial de Gibbs-Donnan mostram-se adequados, podendo ser calculado pela equação de Poisson-Boltzmann. No sistema contendo um eritrócito, quando o potencial β é considerado igual a zero, não se verifica a diferença iônica observada experimentalmente entre os meios intracelular e extracelular. Dessa forma, os potenciais não eletrostáticos calculados via teoria de Lifshitz têm apenas uma pequena influência no que se refere à alta concentração de íon K+ no meio intracelular em relação ao íon Na+ / In this work, the ionic partition and the membrane potential in an erythrocyte are analyzed by modified Poisson-Boltzmann equation, considering non-electrostatic interactions between ions and macromolecules as well as the β potential. This potential is attributed to the difference in chemical potential reference states between intracellular and extracellular environment and the active transport of ions. The Gibbs-Donnan potential is also studied usingthe Poisson-Boltzmann equation with fixed chargeon a system containing a semipermeable membrane. The second order spline finite elements methodin a steady one-dimensional system is applied to solve the Poisson-Boltzmann equation in Cartesian and spherical coordinates.The dispersion parameter of the non-electrostatic interactions is calculated by Lifshitztheory. The results regarding the Gibbs-Donnan potential are adequate and can be calculated by the Poisson-Boltzmann equation. In a system containing an erythrocyte, when the β potential is considered equal to zero, it doesnt check the ionic difference observed experimentally between the intracellular and extracellular environment. Thus, non-electrostatic interactions calculated by Lifshitz theory have only a small influence in the high K+level inside cells while keeping Na+ outside

Neste trabalho efetuamos uma análise quantitativa das forças que atuam entre partículas coloidais. Para isto integramos a Equação de Poisson-Boltzmann não linearizada levando em consideração o tamanho finito dos íons. Os resultados são aplicados a sistemas formados por esferas de poliestireno em dispersão aquosa. Concluímos que as forças repulsivas são dominantes nestes sistemas permitindo-nos negligenciar as forças atrativas. Também efetuamos algumas comparações dos mesmos resultados com dados experimentais / We present a quantitative analisis of the forces acting in colloidal particles. For this purpose we integrated the non linerized Poisson- Boltzmann Equation by a numerical method. We took in accont the finite size of the ions and applied the results to systems formed by polystirene spheres in aqueous dispersion. We were able to conclude that the attractive forces can be neglicted in front of the repulsive forces. We also were able to perform same comparasion com experimental data

Neste trabalho efetuamos uma análise quantitativa das forças que atuam entre partículas coloidais. Para isto integramos a Equação de Poisson-Boltzmann não linearizada levando em consideração o tamanho finito dos íons. Os resultados são aplicados a sistemas formados por esferas de poliestireno em dispersão aquosa. Concluímos que as forças repulsivas são dominantes nestes sistemas permitindo-nos negligenciar as forças atrativas. Também efetuamos algumas comparações dos mesmos resultados com dados experimentais / We present a quantitative analisis of the forces acting in colloidal particles. For this purpose we integrated the non linerized Poisson- Boltzmann Equation by a numerical method. We took in accont the finite size of the ions and applied the results to systems formed by polystirene spheres in aqueous dispersion. We were able to conclude that the attractive forces can be neglicted in front of the repulsive forces. We also were able to perform same comparasion com experimental data