Research on topological defects has been of increasing interest in recent years, since no laboratory-produced crystal is perfect, that is, it will always present a remarkable number of defects in its structure. Topological defects have different names that depend particularly on the symmetry breaking of the system. Thus, in this work we investigate the acoustic scattering by rigid scatter included in media with topological defects such as declination and global monopole. For these media the acoustic scattering by solid scatter and isotropic included in liquid crystals in the nematic phase with disclination as well as global monopole defects were investigated. In these systems, the amplitude and the scattering patterns were computed as well as the cross section. The results revealed that for low frequencies and < 1 the backscattered wave is dominant, however for values of > 1 the spread wave becomes dominant, where is the default parameter. For high frequencies, when the value of approaches to 0.1 we found that the backscattered wave becomes dominant. We conclude that both the disclination and the global monopoles media have a great advantage in the use in devices that make use of acoustic wave scattering because of the large amplitudes that can be achieved using these cylindrical and spherical structures included in defective fluids. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As pesquisas em defeitos topológicos têm apresentado um interesse crescente nos últimos anos, visto que nenhum cristal produzido em laboratório é perfeito, ou seja, ele sempre apresentará um notável número de defeitos em sua estrutura. Os defeitos topológicos apresentam diferentes nomes que dependem particularmente da quebra de simetria do sistema. Assim, neste trabalho investigamos o espalhamento acústico por espalhadores rígidos inclusos em meios com defeitos topológicos tais como desclinação e monopolo global. Para estes meios foram investigados o espalhamento acústico por espalhadores sólidos e isotrópicos inclusos em cristais líquidos na fase nemática com desclinação bem como defeitos de monopolo. Nestas sistemas, foram computados a amplitude e os padrões de espalhamento bem como a seção de choque. Os resultados reveleram que para baixas frequências e < 1 a onda retroespalhada é dominante, porém para valores de > 1 a onda espalhada se torna dominante, onde é o parâmetro de defeito. Para altas frequências, quando o valor de se aproxima de 0.1 verificamos que a onda retroespalhada passa a ser dominante. Concluímos que tanto os meios com desclinação quanto os monopolos globais apresentam uma grande vantagem na utilização em dispositivos que fazem uso de espalhamento de ondas acústicas em razão das grandes amplitudes que se pode alcançar utilizando essas estruturas cilíndricas e esféricas inclusas em fluidos com defeitos.

In this master degree thesis we numerically study the propagation of acoustic waves in one-dimensional non-periodic medium. We focus on two kinds of medium: (1) a media with scale-free long-range correlated elasticity distribution and (2) medium with an aperiodic pseudo-random elasticity distribution. In the first case, the random elasticity distribution is assumed to have a power spectrum S (k) ~ 1 / kª. By using a transfer matrix method we solve the discrete version of the scalar wave equation and comput the location length. In addition, we apply a second-order infinite-difference method for both the time and spatial variables and study the nature of the waves that propagate in the chain. Our numerical data indicate the presence of extended acoustic waves for high degree of correlations. In contrast with local correlation, we numerically demonstrated that scale-free correlations promote a stable phase of free acoustic waves in the thermodynamic limit. In the another case, elasticity distribution was generated by using a sinusoidal function whose phase varies as a power law, φ α nv, where n labels the positions along the media. By considering again a discrete one-dimensional version of the wave equation and a matrix recursive reformulation we compute the location length within the band of allowed frequencies. Our numerical data indicates the presence of extended acoustic waves with non-zero frequency for a sufficient degree of aperiodicity. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação de mestrado estudamos numericamente a propagação de ondas acústicas em meios não periódicos unidimensionais. Nós nos concentramos em dois tipos de meios: (1) com distribuição da elasticidade possuindo correlação de longo alcance e (2) com distribuição aperiódica pseudo-aleatória. No primeiro caso, a elasticidade da distribuição aleatória é assumida ter um espectro de potência S(k)~1/kª. Usando o método de matriz de transferência resolvemos a versão discreta da equação da onda escalar e calculamos o comprimento de localização. Além disso, aplicamos o método de diferença infinita de segunda ordem para as variáveis temporal e espacial e estudamos a natureza das ondas que se propagem na cadeia. Nossos dados numéricos indicam a presença de ondas acústicas estendidas para alto grau de correlação. Em contraste com correlação local, demonstramos numericamente que correlações de livre-escala promovem uma fase estável com ondas acústicas livres no limite termodinâmico. No outro caso, a distribuição das constantes elásticas foram geradas usando uma função senoidal cuja faze varia como uma lei de potência, ϕ α nv , onde n rotula as posições ao longo da rede. Ao considerar novamente uma versão unidimensional discretizada da equação de onda e uma reformulação da matriz recursiva nós calculamos o comprimento de localização dentro da faixa de frequências permitidas. Nossos dados indicam a presença de ondas acústicas propagantes com frequência diferente de zero para um suficiente grau de aperiodicidade.

Recent advances and interest in ultrasound particle manipulation calls for theoretical understanding of acoustic radiation force and torque exerted on a configuration of multiple particles. In this thesis we theoretically study the acoustic radiation force and torque exerted by an arbitrary acoustic beam on a cluster of spherical particles in an inviscid fluid. The method is based on the partial-wave expansion (PWE) and the translational addition theorem for spherical wave functions. The combination of (PWE) and addition theorem Method enable us to solve the associated multiple scattering problem by numerically computing the (PWE) coefficients in a system of linear equations. On the other hand, when we consider the radiation force and torque exerted on a single sphere, the addition theorem has the advantage to solve this problem in a closed form. After obtaining the PWE coefficients, the acoustic radiation force and torque is computed through the farfield series solution. To illustrate the method, the acoustic radiation force and torque exerted on a single or multiple spheres are analyzed. In the case of a single sphere, the force is generated by a spherically focused ultrasound beam, where as the torque is generated by a Bessel vortex beam. For the multiple spheres configuration, the radiation force is induced by a traveling and a standing plane wave. In a specific configuration of three olive oil droplets suspended in water, with radii of the order of the wavelength, we found that rescattering events produce an acoustic interaction force, which significantly changes the radiation force on each droplet depending on the inter-droplet distance. In addition, we have found for the first time that an acoustic interaction torque due to the nonsymmetric spatial distribution of the acoustic energy density to the droplets. Further more, our study does not have restrictions on the spheres size compared to the wave length, nor on their composition material, which includes rigid, void, compressional liquid, elastic and viscoelastic solids, and layered material. Finally, this study has direct applications on methods for noncontact object handling by acoustic waves such as acoustic levitation, acoustical tweezers, and acoustophoresis in lab-on-a-chip devices. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Recentes avanços e interesse em manipulação de partículas necessitam de uma maior compreensão teórica da força de radiação e torque acústico exercidos sobre uma configuração de múltiplas partículas. Nesta tese, nós estudamos teoricamente a força de radiação e torque acústico exercido por um feixe acústico arbitrário em um conjunto de partículas esféricas suspensas em um fluido não viscoso. O método baseia-se na expansão de ondas parciais (EOP) e no teorema translacional da adição para funções de onda esférica. A combinação do método de ondas parciais com o teorema da adição nos permitir resolver o problema de espalhamento mútiplo computando numericamente os coeficientes da expansão em um sistema de equações lineares. Por outro lado, quando consideramos a força e torque de radiação exercidos sobe uma única esfera, o teorema da adição tem a vantagem para resolver este problema exatamente. Após a obtenção dos coeficientes, a força e o torque de radiação são calculados usando um método em séries no campo distante. Para ilustrar o método, a força e o torque exercidos sobre uma ou multiplas esferas são analisados. Para o de uma única esfera, a força de radiação é gerada por um feixe de ultrassom focalizado. Para uma configuração de multiplas esferas, a força de radiação é induzida por ondas planas e estacionarias. Numa configuração específica de três gotas de azeite suspensas em água, com raios da ordem do comprimento de onda, verificou-se que as ondas reespalhadas produzem uma força de interação acústica, o que altera significativamente a força de radiação em cada gota em função da distância inter-gota. Além disso, verificou-se, pela primeira vez que um torque de interação acústico devido a uma distribuição espacial não simétrica da densidade de energia acústica para as gotas. Além disso, nosso estudo não tem restrições quanto ao tamanho esferas em comparação com o comprimento de onda, nem sobre a sua composição, que inclui rígida, líquida, elástica e sólidos viscoelásticos. Por fim, este estudo tem aplicações diretas sobre os métodos de manipulação de objetos sem contato por ondas acústicas, tais como a levitação acústica, pinças acústicas e acoustophoresis em dispositivos lab-on-a-chip.

Quantificar e qualificar o bem-estar de animais de produção, ainda é um desafio. Em qualquer avaliação de bem-estar, deve-se analisar, principalmente, a ausência de sentimentos negativos fortes, como o sofrimento, e a presença de sentimentos positivos, como o prazer. O objetivo principal dessa pesquisa foi quantificar a vocalização de suínos em grupos sob diferentes condições térmicas. Em termos de objetivos específicos foram avaliar a existência de padrões vocálicos de comunicação entre animais alojados em grupo e extrair as características acústicas dos espectros sonoros das vocalizações relacionando com as diferentes condições do micro-clima da instalação. O experimento foi realizado em uma unidade de experimentação com suínos, junto à University of Illinois (EUA), com ambiente controlado. Quatro grupos de seis leitões foram utilizados para a coleta dos dados. Foram instalados dataloggers para registrar as variáveis ambientais (T, °C e UR, %) e posterior cálculo dos índices de conforto (ITU e Entalpia do ar). Foram instalados microfones do tipo cardióide no centro geométrico de cada baia que abrigava os leitões, para registro das vocalizações. Os microfones foram conectados a um amplificador de sinais, e este a uma placa de captura dos sinais de áudio e vídeo, instalados em um computador. Para as edições dos arquivos de áudio contendo as vocalizações dos leitões, o programa Goldwave® foi utilizado na separação, e aplicação de filtros para a retirada de ruídos. Na sequência, os áudios foram analisados com auxílio do programa Sounds Analysis Pro 2011, onde foram extraídos as características acústicas. A amplitude (dB), frequência fundamental (Hz), frequência média (Hz), frequência de pico (Hz) e entropia foram utilizados para caracterização do espectro sonoro das vocalizações do grupo de leitões nas diferentes condições térmicas. O delineamento do experimento foi em blocos casualizados, com dois tratamentos, e três repetições na semana, sendo executado em duas semanas. Os dados foram amostrados para uma análise do comportamento do banco de dados de vocalização em relação aos tratamentos que foram aplicados. Os dados foram submetidos a uma análise de variância utilizando o proc GLM do SAS. Dentre os parâmetros acústicos analisados, a amplitude (dB), frequência fundamental e entropia. Os tratamentos, condição de conforto e condição de calor, apresentaram diferenças significativas, pelo teste de Tukey (p<0,05). A análise de variância mostrou diferenças no formato da onda para cada condição térmica nos diferentes períodos do dia. É possível quantificar a vocalização em grupos de suínos em diferentes condições térmicas, por intermédio da extração das características acústicas das amostras sonoras. O espectro sonoro foi extraído, indicando possíveis variações do comportamento dos leitões nas diferentes condições térmicas dentro dos períodos do dia. No entanto, a etapa de reconhecimento de padrão, ainda necessita de um banco de dados maior e mais consistente para o reconhecimento do espectro em cada condição térmica, seja por análise das imagens ou pela extração das características acústicas. Dentre as características acústicas analisadas, a amplitude (dB), frequência fundamental (Hz) e entropia das vocalizações em grupo de suínos foram significativas para expressar a condição dos animais quando em diferentes condições térmicas. / To quantify and to qualify animal well-being in livestock farms is still a challenge. To assess animal well-being, it must be analyzed, mainly, the absence of strong negative feelings, like pain, and the presence of positive feelings, like pleasure. The main objective was to quantify vocalization in a group of pigs under different thermal conditions. The specific objectives were to assess the existence of vocal pattern of communication between housing groups of pigs, and get the acoustic characteristics of the sound spectrum from the vocalizations related to the different microclimate conditions. The trial was carried out in a controlled environment experimental unit for pigs, at the University of Illinois (USA). Four groups of six pigs were used in the data collection. Dataloggers were installed to record environmental variables (T, °C and RH, %). These environmental variable were used to calculate two thermal comfort index: Enthalpy and THI. Cardioid microphones were installed to record continuous vocalizations in the geometric center of each pen where the pigs were housing. Microphones were connected to an amplifier, and this was connected to a dvr card installed in a computer to record audio and video information. For doing the sound edition in a pig vocalization database, the Goldwave® software was used to separate, and filter the files excluding background noise. In the sequence, the sounds were analyzed using the software Sounds Analysis Pro 2011, and the acoustic characteristics were extracted. Amplitude (dB), pitch (Hz), mean frequency (Hz), peak frequency (Hz) and entropy were used to characterize the sound spectrum of vocalizations of the groups of piglets in the different thermal conditions. A randomized block design was used, composed by two treatments and three repetitions in a week and executed in two weeks. Data were sampled to analyze the behavior of the databank of vocalization as a relation to the applied treatments. Data were submitted to an analysis of variance using the proc GLM of SAS. Among the studied acoustic parameters, the amplitude (dB), pitch and entropy. The treatments (comfort and heat stress conditions) presented significative differences, through Tukey\'s test (p<0,05). The analysis of variance showed differences to the wave format to each thermal condition in the different periods of the day. The quantification of vocalization of swine in groups under different thermal conditions is possible, using the extraction of acoustic characteristics from the sound samples. The sound spectrum was extracted, which indicated possible alterations in the piglets behavior in the different thermal conditions during the periods of the day. However, the stage of pattern\'s recognition still needs a larger and more consistent database to the recognition of the spectrum in each thermal condition, through image analysis or by the extraction of the acoustic characteristics. Among he analyzed acoustic characteristics, the amplitude (dB), pitch (Hz) and entropy of the vocalizations of groups of swine were significative to express the condition of the animals in different thermal conditions.

Orientador: José Alexandre Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T13:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_AngelicaDenardide_D.pdf: 3021280 bytes, checksum: 8f60fdfa3cbdfc2f485daac1670de328 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a obtenção e caracterização de filmes finos de óxido de titânio (TiOx) e de óxido de zinco (ZnO) para aplicações em sensores baseados em transistores de efeito de campo elétrico sensíveis a íons (Ion Sensitive Field Effect Transistor- ISFET) e de ondas acústicas de superfície (Surface Acoustic Waves - SAW), respectivamente. Desta forma, dois diferentes tipos de sensores foram obtidos. O primeiro é o sensor químico ISFET, cujos óxidos de porta foram os filmes de TiOx. Os filmes de Ti foram depositados sobre substrato de Si através do método de evaporação por feixe de elétrons, e, através do método de pulverização catódica (sputtering). Em seguida foram oxidados em forno térmico de processamento rápido (RTP). A caracterização estrutural ocorreu através de elipsometria, de microscopia de força atômica, de espectroscopia Raman, de difração de raios-X e de espectroscopia de absorção de raios-X próximo da borda, constatando a estrutura cristalina tetragonal referente à forma rutilo do TiO2. A caracterização elétrica da melhor amostra através da curva C-V demonstrou constante dielétrica igual a 8, densidade de estados na interface da ordem de 10-10eV-1.cm-2 e densidade de corrente da ordem de 10-4A/cm2. O MOSFET apresentou tensão Early da ordem de kV, e, resistência de saída da ordem de M?. Este dispositivo possui tensão de limiar igual a 0,30V, corrente de fuga da ordem de 10-8A e transcondutância igual a 12?S. O ISFET apresentou sensibilidade em corrente de 63?A/pH e sensibilidade em tensão equivalente a 64mV/pH, valor que encontra-se próximo do esperado de 59mV/pH (limite de Nernst). O segundo sensor é baseado em ondas acústicas de superfície. Esta tese se dedicou na integração deste sensor sobre substrato de Si, que não sendo piezelétrico impossibilita a geração de ondas acústicas. Como alternativa, o ZnO, que é piezelétrico, foi depositado sobre um filme fino de SiO2 sobre Si, tornando viável a confecção de dispositivos do tipo SAW e permitindo o estudo do transporte de cargas aprisionadas nos mínimos e máximos do potencial piezelétrico gerado pelo óxido de zinco sobre o Si. O filme de ZnO depositado por sputtering foi analisado por difração de raios-X apresentando orientação cristalina hexagonal na direção (0002). A onda acústica foi analisada através dos parâmetros de espalhamento de rede e por interferometria. Na interface SiO2/Si, onde ocorre o transporte acústico, o campo piezelétrico vale 0,56kV/cm. O valor da velocidade de propagação da onda acústica é igual a 4243m/s (obtida por simulação, considerando a frequência de ressonância dos IDTs igual a 750MHz, e o comprimento de onda acústico igual a 5,6?m). O transporte de pares elétrons-lacunas gerados por laser foi detectado na região de coleção de cargas da junção lateral p-i-n para distâncias superiores a 50?m e para valores de PRF entre -10dBm e 0dBm. Isto resultou na eficiência de coleção de pares em até 12% (laser sobre a junção), e de 3,5% com o laser 50?m distante da junção. O desenvolvimento destes sensores sobre substrato de Si permitirá a integração com circuitos de condicionamento de sinais fabricados em tecnologia CMOS / Abstract: The aim of this work is to obtain and characterize thin titanium oxide (TiOx) films and zinc oxide (ZnO) films for applications in sensors based on ion sensitive field effect transistors (ISFET) and surface acoustic waves (SAW), respectively. In this way, two different types of sensors were obtained. The first is the chemical sensor ISFET, with TiOx as gate oxides. Ti films were deposited on Si substrate by electron beam evaporation and sputtering. Then, the Ti films were oxidized in rapid thermal processing oven (RTP). The Structural characterization occurred through ellipsometry, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction and x-ray absorption near edge spectroscopy, denoting the tetragonal crystal structure of the rutile form of TiO2. Electrical characterization of the best sample through the C-V curve showed dielectric constant equal to 8, interface states density in the order of 10-10eV-1.cm-2 and current density of the order of 10-4/cm2. The MOSFET presented Early voltage in the order of kV, and output resistance in order of M?. This device has threshold voltage equal to 0.30V, leakage current on the order of 10-8A and transconductance equal to 12?S. The ISFET presented current sensitivity equal to 63?A/pH and voltage sensitivity equivalent to 64mV/pH, which is close to the expected 59mV/pH determined by the Nernst limit. The second sensor is based on surface acoustic waves. This thesis was devoted to the integration of this sensor on the Si substrate, which is not piezoelectric and therefore doesn't allow the generation of acoustic waves. Alternatively, the ZnO which is piezoelectric, when deposited on a thin film of SiO2 on Si, make possible the manufacture of SAW devices and allows the study of carriers transport trapped in the minimum and maximum of the piezoelectric potential generated by the zinc oxide on Si. The ZnO film deposited by sputtering was analyzed by x-ray diffraction showing hexagonal crystalline orientation in the direction (0002). The acoustic wave was analyzed through the network analyzer (scattering parameters) and the interferometer. In SiO2/Si interface, where transport occurs, the piezoelectric field is 0, 56kV/cm. the value of the acoustic wave propagation speed is equal to 4243m/s (obtained by simulation, considering the IDTs resonance frequency equal to 750MHz and the acoustic wavelength equal to 5.6?m). The carrier transport of electrons-holes generated by the incidence of a laser was detected in the collection region of the lateral p-i-n junction for distances exceeding 50 ?m and PRF values between-10dBm and 0dBm. This resulted in a collection efficiency up to 12% (laser on the junction), and 3.5% when the laser was 50?m away from the junction. The development of these sensors on Si substrate will allow integration with signal conditioning circuits manufactured in CMOS technology / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutora em Engenharia Elétrica

Las Redes de Sensores Inalámbricas Subacuáticas es una tecnología que generará un gran impacto en cantidad de áreas de trabajo como la acuicultura, la explotación de recursos lejos de la costa, la monitorización biológica, así como el control de la contaminación, de la actividad sísmica y las corrientes marinas. La implementación de las redes necesarias para este tipo de aplicaciones requiere de la instalación de un número importante de nodos, facilitando la monitorización ambiental por medio de la adquisición de datos. Por tanto, supone un reto tecnológico desarrollar módems con arquitecturas sencillas y robustas con un precio reducido, pero con alta eficiencia. Esta tesis se centra en el diseño de la capa física de un módem acústico integrable en una Red Acústica Subacuática. Como punto de partida, se define una arquitectura que incluye, como principal novedad, un sistema de activación remota asíncrono optimizado para la comunicación acústica de ultra bajo consumo energético. Esta base permite plataformas con un reducido consumo en periodos de inactividad (10 µW). Para enfrentarse con este reto y proporcionar la base para diseños futuros, se ha creado una nueva metodología de trabajo para el modelado, la simulación y la experimentación de campo: IUmote. La propuesta se basa en un módem especial, con la arquitectura presentada, y el uso de herramientas de simulación y modelos para cada uno de los elementos relacionados con la comunicación: medio acústico subacuático, transductores, circuitos electrónicos y software de procesado de la señal. La metodología presentada se basa en la re-utilización de los diferentes bloques ya que se pueden intercambiar bloques de manera inmediata y mezclar elementos de simulación y hardware real. Para extender la vida útil de los nodos subacuáticos, esta tesis también se centra en la recolección de energía en redes inalámbricas de sensores. Para permitir el diseño integral en las primeras etapas, se ha creado un nuevo modelo numérico para la simulación de redes de sensores con capacidad de recolección de energía: SIVEH. Gracias a este modelo se pueden simular de manera rápida largos periodos de tiempo -días, semanas, meses o incluso años- utilizando valores reales de energía renovable disponibles en bases de datos, tales como irradiación solar, velocidad del viento o de la corriente marina, etc. El resultado final no es únicamente la implementación concreta de un módem para Redes Acústicas Subacuáticas con un bajo consumo y unas prestaciones medias al que se le ha incorporado un módulo de recolección de energía, el módem ITACA; sino una metodología de diseño para desarrollar nuevos sistemas para Redes Acústicas Subacuáticas de manera eficiente en el futuro. / Sánchez Matías, AM. (2014). Sistema de comunicación acústica para redes de sensores inalámbricas subacuáticas en aguas someras [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/35326 / TESIS

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Resumo: Este trabalho visa apresentar o desenvolvimento e as principais conclusões referentes à combinação de heterojunções a base de GaAs com óxidos semicondutores, para aplicações em dispositivos optoeletrônicos. O texto foi dividido em duas partes principais, sendo a primeira parte voltada para a síntese e produção do SnO2, relacionada com a formação da heteroestrutura GaAs/SnO2; e a segunda parte é focada na produção dos ressonadores de onda acústicas de bulk,na ordem de GHz, a base de GaAs/ZnO. Na primeira parte, priorizou-se filmes de SnO2, que foram depositados por duas técnicas: sol-gel dip-coating e evaporação resistiva. Os filmes foram depositados sobre substratos de vidro soda-lime, e sobre substratos de GaAs, de quartzo e de a-SiO2. SnO2 foi também depositado sobre filme de GaAs depositado por sputtering. No caso da evaporação resistiva, a rota sol-gel é utilizada também para a preparação do pó que é utilizado como precursor para a evaporação resistiva de filmes de SnO2, combinando essas duas técnicas. Foram investigadas as propriedades ópticas e elétricas de filmes finos de SnO2 dopado com 1% de Er3+ e estruturas hibridas de GaAs/SnO2: Er3+. Entre os principais resultados, verificou-se: 1) espectros de luminescência diferentes do íon Er3+ ao se depositar SnO2 sobre substrato de vidro ou GaAs; 2) Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) para filmes de SnO2, depositados por evaporação resistiva, atestaram uma relação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aims to present the development and the main conclusions obtained so far regarding the combination of GaAs-based heterojunctions with semiconductor oxides, for applications in optoelectronic devices. The text has been divided in two main parts, where the first one is related to the synthesis and production of SnO2, associated with the formation of the heterostructure GaAs/SnO2; and the second one if focused on the production of bulk acoustic wave resonators, with frequencies in GHz range, based on GaAs/ZnO. In the first part, attention was given to SnO2 films, deposited by two techniques: sol-gel dipcoating and resistive evaporation, on soda-lime glass substrates, and on GaAs, quartz and a-SiO2 substrates. SnO2 was also deposited on GaAs film deposited by sputtering. In the case of resistive evaporation, the sol-gel route is also used to prepare the powder which is used as a precursor for resistive evaporation of SnO2 films, then, by combining these two techniques. Optical and electrical properties of Er3+ -doped SnO2 thin films were investigated as well as the hybrid structure GaAs/SnO2 .Among the main results were: 1) different luminescence spectra of Er3+ ion when depositing SnO2 on glass or GaAs substrate; 2) scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) for SnO2 films deposited by resistive evaporation show a relationship of the thermal annealing temperature with the concentration of Er ions in the surface layers; 3) this con... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

El objetivo de este trabajo ha sido obtener expresiones matemáticas para los parámetros elásticos y acústicos efectivos de sistemas heterogéneos en el límite de homogeneización, lo que ha permitido el diseño de nuevos dispositivos acústicos y elásticos funcionales en un amplio rango de longitudes de onda. Los sistemas heterogéneos estudiados han sido, principalmente, estructuras de cilindros elásticos inmersos en un medio fluido no-viscoso, aunque otras geometrías han sido comentadas. La periodicidad de estas estructuras permite reducir el problema al estudio de la "celda unidad"; es decir, a la región del espacio que se repite. Sin embargo, el método desarrollado en el presente trabajo ha permitido analizar el comportamiento cuando la periodicidad se ve alterada por defectos estructurales. Matemáticamente este problema ha sido tratado mediante la teoría de dispersión múltiple, ya que las geometrías del problema son principalmente circulares y dicha teoría ha demostrado ser la más adecuada en ese caso. Se ha utilizado la citada teoría de dispersión múltiple para analizar el comportamiento de un sólo cilindro y de un conjunto de cilindros. Este conjunto de cilindros ha sido ordenado, por un lado, en filas infinitas, dando lugar a expresiones para la reflectancia y transmitancia. Por otro lado, la extensión a todo el plano de las redes de cilindros ha permitido obtener resultados para la estructura de bandas. Para obtener los parámetros efectivos se han desarrollado dos métodos de homogeneización que, si bien coinciden en resultados para los casos elementales, han demostrado ser complementarios para calcular situaciones más complejas. El primero se basa en la propagación de ondas elásticas a través de medios periódicos. Se ha demostrado que, en el límite de baja frecuencia, la propagación de estas ondas presenta una relación de dispersión lineal, de cuya pendiente se ha podido obtener la velocidad de propagación efectiva del medio uniforme asociado. El segundo / Torrent Martí, D. (2008). Towards the full control of sound with sonic crystals and acoustic metamaterials [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3061 / Palancia

This thesis investigation, approached from theoretical and practical perspectives, analyzes the most common nondestructive methods and techniques (NDE) applied in the field of architectural preservation in the United States of America. The research covers the study of the performance and common applications of the different nondestructive techniques, to compare them and recognize their possibilities and limitations, both individually and in combination with others. Most of the north American architectural heritage shares two characteristics: it was built after 1850 and it was built in height. Despite real estate speculation and the fact that preservationist movements are relatively young and weak, there is still a vast standing architectural heritage, especially in large cities such as Chicago or New York. This aging architectural heritage requires conservation, adaptation and restoration processes, which constitute an important market. Condition assessment surveys of the architectural element are the first step in those processes. Nondestructive evaluation is an important, when not essential, part of those condition assessment campaigns. There are two other cases in which the US market demands nondestructive evaluation applied to architectural heritage: gathering information about the existing building for real estate investors and confirming the effectiveness of restoration interventions (quality control). The practical research focuses on the Guastavino vault, a construction technique common in the United States; more precisely, it focuses on the detection of delamination in between layers of brick. Rafael Guastavino Moreno was a Spanish architect that emigrated to America with his son, Rafael Guastavino Expósito, in 1881. They imported and patented the timbrel vault; the company that they founded built tiled-vaulted spaces in more than 1,000 buildings in the United States, most of which are part of the current north American architectural heritage. In this thesis, the first block analyzes different techniques and includes examples of real applications. A second block covers five in situ case studies showing combinations of different techniques. The third block consists of an experimental application of NDE to a Guastavino vault built in a laboratory; the objective of this research path and the basis of this pilot study was to evaluate the capabilities of different NDE methods to detect delamination between layers of brick in timbrel vaults. The ultimate goal of this research is to answer two questions: Which of the most common NDE methods used in the United States is most appropriate for which cases, in the field of preservation? And, is it possible to detect delamination between brick layers in Guastavino vaults with access exclusively from above? / La presente tesis doctoral recoge un trabajo de investigación teórico-práctico que analiza las técnicas y métodos de reconocimiento y evaluación no destructivos (END) más utilizados en el campo de la conservación del patrimonio arquitectónico en Estados Unidos. La investigación abarca el estudio del funcionamiento y aplicaciones de las diferentes técnicas y métodos, con el fin de compararlos para reconocer sus posibilidades y limitaciones, individualmente y en conjunto. La mayor parte del patrimonio arquitectónico estadounidense comparte dos características: fue construido después de 1850 y fue construido en altura. Pese a la especulación inmobiliaria y a que los movimientos pro-conservación son relativamente jóvenes y débiles, existe todavía un vasto patrimonio arquitectónico, especialmente en las grandes ciudades como Chicago o Nueva York. Ese patrimonio envejece y requiere de procesos de conservación, adaptación y restauración, que constituyen un importante mercado. Los estudios previos para determinar el estado real del elemento arquitectónico, son el primer capítulo de dichos procesos. La evaluación no destructiva se incluye dentro de los estudios previos y constituye una parte significativa y habitualmente imprescindible. Existen otros dos casos en los que el mercado demanda evaluación no destructiva aplicada al patrimonio arquitectónico: conocer el estado real del edificio en la compraventa de inmuebles y confirmar la efectividad de las intervenciones de restauración. Dentro de las tipologías constructivas estadunidenses, la investigación se focaliza en la técnica constructiva de la bóveda tabicada de Guastavino, concretamente en la detección de pérdida de adherencia entre capas de ladrillo. Rafael Guastavino Moreno fue un arquitecto español que emigró a Estados Unidos junto a su hijo Rafael Guastavino Expósito en 1881 e importó y patentó la bóveda tabicada. La compañía que fundaron, participó en la construcción de espacios abovedados en más de 1.000 edificios en Estados Unidos, muchos de los cuales constituyen una parte del patrimonio arquitectónico estadounidense actual. La tesis consta de un primer bloque teórico, en el que se analizan las diferentes técnicas de END ejemplificándolas con aplicaciones reales. Un segundo bloque incluye cinco casos de estudio in situ en los que se muestran combinaciones de técnicas. El tercer bloque consiste en la aplicación experimental de END a una bóveda tabicada de Guastavino construida en laboratorio, con el fin de determinar la capacidad de diferentes métodos, para detectar la pérdida de adherencia entre capas de ladrillo. En definitiva, objetivo principal de esta tesis es contestar dos cuestiones: ¿qué método de END es más apropiado para qué casos en el patrimonio arquitectónico estadounidense? Y, ¿es posible detectar mediante los métodos de END utilizados en Estados Unidos, la pérdida de adherencia entre hojas de ladrillo en bóvedas tabicadas con acceso únicamente por el trasdós de las bóvedas? / La present tesi doctoral recull un treball de recerca teoricopràctic que analitza les tècniques i mètodes de reconeixement i avaluació no destructiva (END) més utilitzats en el camp de la conservació del patrimoni arquitectònic a Estats Units. La investigació comprèn l'estudi del funcionament i aplicacions de les diferents tècniques, per tal de comparar-los i reconèixer les seves possibilitats i limitacions, individualment i en conjunt. La major part del patrimoni arquitectònic nord-americà comparteix dues característiques: va ser construït després de 1850 i va ser construït en alçada. Malgrat l'especulació immobiliària i el fet que els moviments pro-conservació són relativament joves i febles, hi ha encara un vast patrimoni arquitectònic, especialment a les grans ciutats com Chicago o Nova York. Aquest patrimoni envelleix i requereix de processos de conservació, adaptació i restauració, que constitueixen un important mercat. Els estudis previs es realitzen abans de un projecte de restauració per a determinar l'estat real de l'element arquitectònic. Les tècniques d'avaluació no destructiva s'inclouen dins dels estudis previs i constitueix una part significativa i habitualment imprescindible. Hi ha altres dos casos en els que el mercat demanda avaluació no destructiva aplicada al patrimoni arquitectònic: per una banda, conèixer l'estat real de l'edifici en la compravenda d'immobles, i per l'altra banda, confirmar l'efectivitat de les intervencions de restauració. Dins de les tipologies constructives nord-americanes, aquesta investigació es focalitza en la tècnica constructiva de la volta de Guastavino o volta catalana, i concretament en la detecció de pèrdua d'adherència entre les capes de rajoles, una lesió comú en aquestes voltes. Rafael Guastavino Moreno va ser un arquitecte espanyol que va emigrar als Estats Units al costat del seu fill Rafael Guastavino Expósito en 1881, important la tècnica mediterrània de la volta catalana. Van fundar una companyia que va participar en la construcció d'espais de volta en més de 1.000 edificis als Estats Units, molts dels quals constitueixen una part del patrimoni arquitectònic nord-americà actual. La tesi consta d'un primer bloc teòric, en el qual s'analitzen les diferents tècniques d'avaluació no destructiva exemplificant-les amb aplicacions reals. Un segon bloc inclou cinc casos d'estudi in situ en els quals es mostren combinacions d'aquestes tècniques. El tercer bloc consisteix en l'aplicació experimental de END a una volta de Guastavino construïda en laboratori, amb la finalitat de determinar la capacitat de diferents mètodes per detectar la pèrdua d'adherència entre capes de rajoles. En definitiva, l'objectiu principal d'aquesta tesi és contestar dues qüestions: ¿Quin mètode de END és més apropiat per a quins casos en el patrimoni arquitectònic nord-americà? I, ¿Es possible detectar mitjançant els mètodes de END, la pèrdua d'adherència entre capes de rajoles en voltes de Guastavino amb accés únicament per l'extradós? / Miguel Alcalá, BAD. (2017). Evaluación No Destructiva Aplicada a la Conservación del Patrimonio Arquitectónico en los Estados Unidos de América [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86181 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La capacidad de controlar y modificar los haces de energía ha sido motivo de investigación por parte de la comunidad científica desde largo tiempo atrás. En el campo de la acústica, este control energético de las ondas mecánicas tiene numerosas aplicaciones. Desde las aplicaciones industriales, alimentarias, farmacéuticas, etcétera hasta la biomedicina. Esta tesis se basa en la aplicación del control y modulación focal de los ultrasonidos para el uso en este último campo. Se puede modular y controlar los focos de ultrasonidos de diferentes formas. En este caso, se han desarrollado lentes planas que utilizan el principio de la difracción para lograr focalizar los haces. Las ventajas del uso de lentes planas de focalización permiten ser implementadas de forma sencilla en procesos de mecanización e incluso mediante impresión 3D. Se propone utilizar transductores planos que al emitir sobre una lente acústica, se produzca una conformación focal de características controladas. La lente conocida como lente de Fresnel (FZP) ha sido escogida como base de diseño en la implementación de las diferentes soluciones que logran cumplir con los objetivos marcados. Mediante la aplicación de modificaciones en una FZP se puede lograr pasar de una lente con capacidades extraordinarias de focalización a una lente capaz de controlar la resolución lateral y la profundidad de foco e incluso mejorar la ganancia. El objetivo final de aplicación es el uso en transductores de ultrasonidos de alta intensidad conocidos como HIFU. Mejorar la capacidad de resolución hace que se puedan desarrollar mejores terapias oncológicas que supongan un índice mayor de éxito en la lucha contra el cáncer. En la presente tesis se ha propuesto, además, una novedosa lente FZP basada en el cambio de fase que puede resultar un antes y un después en aplicaciones biomédicas. Se ha conseguido no solo mejorar la eficiencia de una FZP, sino que se ha conseguido implementar en materiales compatibles con resonancia magnética. Se han desarrollado modelos numéricos basados en el método de los elementos finitos que emulan la física involucrada. Las medidas han sido realizadas en condiciones controladas por un sistema robotizado de alta precisión. Todos los resultados obtenidos y publicados han sido desarrollados de forma numérica y experimental, validándose el método de trabajo y dando consistencia a las soluciones propuestas. / [CA] La capacitat de controlar i modificar els feixos d'energia ha sigut motiu d'investigació per part de la comunitat científica des de llarg temps arrere. En el camp de l'acústica, este control energètic de les ones mecàniques té nombroses aplicacions. Des de les aplicacions industrials, alimentàries, farmacèutiques, etcètera fins la biomedicina. Esta tesi es basa en l'aplicació del control i modulació focal dels ultrasons per a l'ús en este últim camp. Es pot modular i controlar els focus d'ultrasons de diferents formes. En este cas, s'han desenvolupat lents planes que utilitzen el principi de la difracció per a aconseguir focalitzar els feixos. Els avantatges de l'ús de lents planes de focalització permeten ser implementades de forma senzilla en processos de mecanització i inclús per mitjà d'impressió 3D. Es proposa utilitzar transductores plans que a l'emetre sobre una lent acústica, es produïsca una conformació focal de característiques controlades. La lent coneguda com a lent de Fresnel (FZP) ha sigut triada com a base de disseny en la implementació de les diferents solucions que aconseguixen complir amb els objectius marcats. Per mitjà de l'aplicació de modificacions en una FZP es pot aconseguir passar d'una lent amb capacitats extraordinàries de focalització a una lent capaç de controlar la resolució lateral i la profunditat de focus i inclús millorar el guany. L'objectiu final d'aplicació és l'ús en transductores d'ultrasons d'alta intensitat coneguts com HIFU. Millorar la capacitat de resolució fa que es puguen desenvolupar millors teràpies oncològiques que suposen un índex major d'èxit en la lluita contra el càncer. En la present tesi s'ha proposat, a més, una nova lent FZP basada en el canvi de fase que pot resultar un abans i un després en aplicacions biomèdiques. S'ha aconseguit no sols millorar l'eficiència d'una FZP, sinó que s'ha aconseguit implementar en materials compatibles amb ressonància magnètica. S'han desenvolupat models numèrics basats en el mètode dels elements finits que emulen la física involucrada. Les mesures han sigut realitzades en condicions controlades per un sistema robotitzat d'alta precisió. Tots els resultats obtinguts i publicats han sigut desenvolupats de forma numèrica i experimental, validant-se el mètode de treball i donant consistència a les solucions proposades. / [EN] The ability to control and modify energy beams has been the subject of research by the scientific community for a long time. In the acoustic field, this energetic control of mechanical waves has numerous applications. From industrial, food, pharmaceutical applications, et cetera, to biomedicine. This thesis is based on the ultrasound control and focal modulation applications. It is possible to modulate and control the ultrasound focii in different ways. In this case, flat lenses were developed based on the principle of diffraction to focus the beams. The advantages of using flat focusing lenses allow them to be easily implemented in machining and drilling processes and even through 3D printing. It was proposed to use planar transducers that when emitting on an acoustic lens, controlled characteristics of focal conformation were produced. The lens known as Fresnel Zone Plane (FZP) was chosen as the implementation design basis for the different solutions that manage to fulfill the objectives set. By applying modifications to an FZP it was possible to go from a lens with extraordinary focusing capabilities to a lens that was capable to control lateral resolution, depth of focus and even improving the gain. The final objective application was the use in high intensity ultrasound transducers known as HIFU. Improving the ability to resolve makes it possible to develop better cancer therapies that represent a higher rate of success in the fight against cancer. In the present thesis, a novel FZP lens based on phase change has also been proposed that can be a before and after in biomedical applications. It has not only been possible to improve the efficiency of an FZP, but it has also been possible to implement it in materials compatible with magnetic resonance imaging. Numerical models based on the finite element method were developed for emulating the involved physics. Measurements were carried out under controlled conditions by a high precision robotic system. All the results obtained and published were developed numerically and experimentally, validating the working method and giving consistency to the proposed solutions. / I want to acknowledge the following public funding sources that have made possible this research: Grant BES-2016-077133 (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España) Project TEC2015-70939-R (MINECO/FEDER). Tomsk Polytechnic University within the framework of Tomsk Polytechnic University Competitiveness Enhancement Program. / Tarrazó Serrano, D. (2020). Design, modelling, characterization and implementation of acoustic lenses for modulation of ultrasound beams [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/159895 / TESIS / Compendio