Redes de sensores de fibra ótica para monitorização in situ de baterias de ião de lítio

In this work, fiber optic sensor networks were developed to be integrated in commercially available lithium-ion batteries (cylindrical and prismatic) and pre-fabricated batteries in a laboratory environment (pouch cells), with the objective of monitoring in situ, operando and in real time, the internal and external variations of temperature and strain, under different environmental conditions and different charge and discharge rates. To this end, and in order to show the improved performance of fiber optic sensors in relation to the electronic ones, typically used in this type of application, their response time and resolution were compared. An improvement of 28% of the response time and a better resolution are attained with fiber optic sensors. Monitorization studies of the temperature and strain variations using fiber Bragg gratings (FBGs) in the cylindrical configuration have been made, as well as temperature and bi-directional strain variations in the prismatic configuration, under normal or abusive operating conditions, using the FBG method strain free. When the batteries were subjected to abusive operating conditions, it was evident that greater temperature and strain variations occur, being promoted by the rapid transport of lithium ions between the positive and negative electrodes. Due to the thermal expansion of the materials that compose the battery, its internal structure is an important parameter to consider and that can influence its behavior in terms of expansion and contraction. In order to monitor the thermal performance of lithium-ion prismatic batteries in different environmental conditions, studies were performed in which the battery operated at different discharge rates over different conditions of temperature and relative humidity, in order to simulate the performance of the battery in three distinct climates: cold, temperate, and dry. From these studies, the poor performance of this type of batteries in the cold climate, and consequent lower thermal performance was verified. A network of 37 FBG sensors has also been used to monitor the interfaces of a pack of 3 lithium polymer batteries connected in series. It was possible to perform a spatial and temporal thermal mapping under different discharge rates, and to identify areas that are more susceptible to the appearance of hot spots and that are capable of endanger its normal functioning. Hotter zones were detected near the current collectors, due to the higher density of lithium ions in this region. For the first time, the simultaneous discrimination of internal temperature and strain variations in lithium-ion batteries in the pouch cell configuration was carried out, through the incorporation of hybrid sensors, which combine the operational characteristics of the Fabry-Perot and FBG sensors. The evolution of the strain and temperature signals was followed by the proposed sensors and the largest strain variations were detected at the beginning of the discharge process, in the bottom position of the pouch cell. With the work developed in this Thesis, it is concluded that the integration of optical fiber sensors into lithium-ion batteries contributes to a better internal and external knowledge of the thermal performance and volume variations under different operating conditions. This might improve the safety conditions and optimize the design of the next generation of lithium-ion batteries.No presente trabalho, desenvolveram-se redes de sensores em fibra ótica para integrar em baterias comerciais de ião de lítio (cilíndricas e prismáticas) e em baterias pré-fabricadas em ambiente de laboratório (pouch cells), com o objetivo de monitorizar in situ, em funcionamento e em tempo real variações internas e externas de temperatura e deformação, sob diferentes condições ambientais e diferentes taxas de carga e descarga. Para tal, e de maneira a mostrar o melhor desempenho dos sensores de fibra ótica em relação aos eletrónicos tipicamente usados neste tipo de aplicação, os seus tempos de resposta e resolução foram comparados, obtendo-se uma melhoria de 28% do tempo de resposta e uma resolução superior com os sensores em fibra ótica. Foram feitos estudos da monitorização de variações de temperatura e deformação através de redes de Bragg em fibra (FBG) na configuração cilíndrica e variações de temperatura e deformação bidirecional na configuração prismática, aquando do seu funcionamento em condições normais e abusivas, através do método FBG strain-free. Quando as baterias foram submetidas a condições operacionais abusivas, ficou evidente que ocorrem maiores variações de temperatura e de deformação, sendo promovidas pelo rápido transporte dos iões de lítio entre os elétrodos positivo e negativo. Devido à expansão térmica dos materiais que compõem a bateria, a sua estrutura interna é um importante parâmetro a ter em consideração e que pode influenciar o seu comportamento em termos de expansão e contração. A fim de monitorizar o desempenho térmico de baterias prismáticas de ião de lítio em diferentes condições ambientais, realizaram-se estudos nos quais a bateria operou sob diferentes taxas de descarga em diferentes condições de temperatura e humidade relativa, por forma a simular o desempenho da bateria em três climas distintos: frio, temperado e seco. Destes estudos, constatou-se o fraco desempenho deste tipo de baterias no clima frio, e consequente inferior desempenho térmico. Uma rede de 37 sensores FBG foi ainda usada para monitorizar as interfaces de um pack de 3 baterias poliméricas de lítio, conectadas em série. Foi possível realizar um mapa térmico espacio-temporal para diferentes taxas de descarga, e identificar as zonas mais suscetíveis ao aparecimento de pontos quentes e capazes de colocar em risco o seu normal funcionamento. As zonas mais quentes foram detetadas próximas dos coletores de corrente, devido à superior densidade dos iões de lítio nesta região. Pela primeira vez, foi realizada a discriminação simultânea de variações internas de temperatura e deformação em baterias de ião lítio na configuração pouch cell, através da incorporação de sensores híbridos, que combinam as características operacionais dos sensores Fabry-Perot e FBG. A evolução da deformação e temperatura foi seguida pelos sensores propostos e as maiores variações de deformação foram detetadas no início do processo de descarga, na posição inferior da pouch cell. Com o trabalho desenvolvido nesta Tese, conclui-se que a integração de sensores em fibra ótica em baterias de ião de lítio contribui para um melhor conhecimento, interno e externo, do desempenho térmico e de variações de volume sob diferentes condições de funcionamento. Assim, poder-se-á melhorar as condições de segurança e otimizar o design da próxima geração de baterias de ião de lítio.Programa Doutoral em Engenharia Físic

Atividade eletromecânica da hidroxiapatite para a regeneração óssea

Mestrado em Materiais e Dispositivos BiomédicosO interesse pela aplicação de biomateriais para substituição e regeneração óssea aumentou significativamente na última década. A hidroxiapatite [HAp; Ca10(PO4)6(OH)2] é considerada um dos biomateriais mais promissores, devido à sua biocompatibilidade, bioatividade e osteocondutividade. O osso exibe um comportamento piezoelétrico e, como tal, desenvolve carga elétrica sob a aplicação de tensão mecânica e vice-versa, pensando-se que tal comportamento influencia a atividade de formação óssea. As propriedades elétricas da HAp preparada na forma de monolítico e na forma de filme fino têm sido estudadas nos últimos anos. Neste âmbito, foi referido que a HAp não apresenta resposta piezoelétrica. No entanto recentemente um coeficiente piezoelétrico foi reportado para filmes finos de HAp preparados pelo método sol gel. Perante esta aparente contradição pretende-se com este trabalho averiguar a existência de atividade piezoelétrica em monolíticos de HAp e comparar a sua resposta com a dos filmes finos, com o objetivo de contribuir para o esclarecimento destas diferenças de comportamento. Assim, prepararam-se monolíticos de HAp por prensagem uniaxial de pós através da mistura convencional de óxidos, seguido de uma caracterização morfológica por SEM, caracterização estrutural por DRX e caracterização dieléctrica através da medição de permitividade dielétrica, perdas dielétricas, resistividade elétrica e coeficiente piezoelétrico . Cerâmicos com densidade final de 96% apresentaram valores de permitividade dielétrica de 13, perdas dielétricas de 0,6 e uma resistividade elétrica na ordem dos Ωm para a frequência de 1MHz. Estes monolíticos apresentaram comportamento piezoeletrico nulo ( = 0 pC/N). Replicou-se a metodologia reportada na literatura relativa à preparação de filmes finos de HAp por sol gel, nos quais se mediu pela primeira vez um coeficiente piezoelétrico . A caraterização estrutural por DRX do filme fino obtido mostrou que o mesmo se apresentou sempre amorfo, não se conseguindo assim a sua caraterização dielétrica, contrariando o que é reportado na literatura relativamente à existência de um coeficiente piezoelétrico em filmes finos de HAp. Assim, concluiu-se que será necessário um estudo mais aprofundado e uma pesquisa mais criteriosa sobre a possibilidade de actividade piezoeléctrica da HAp. No estágio actual de conhecimento parece assim razoável continuar a admitir-se que o comportamento piezoelétrico exibido pelo osso deve ser fundamentalmente atribuído à presença das fibras de colagéneo e não da fase inorgânica de hidroxiapatite.The interest on biomaterials for bone replacement and regeneration has increased significantly in the last decade. Hydroxyapatite [HAp; Ca10(PO4)6(OH)2] is considered one of the most promising biomaterials due to its biocompatibility, bioactivity and osteoconductivity. The bone displays a piezoelectric behavior and therefore develops electric charges under the application of mechanical stress. This behavior influences the activity of bone formation. The electrical properties of HAp prepared as monolithic materials or as thin films have been studied in recent years. In this context, it has been referred that no piezoelectric response is exhibited by HAp. However a piezoeletric coefficient has recently been reported for HAp thin films prepared by the sol gel method. The purposes of the present work is to ascertain the existence of piezoelectric activity in bulk HAp and compare its response with the one exhibited by HAp thin films aiming to contribute for the understanding of those apparently contradictory behaviors. HAp as monolithic material was prepared by uniaxial pressing of powders produced by conventional mixing of oxides. Morphological characterization was assessed by SEM, crystalline phases were identified by XRD and for the dielectric characterization measuring of dielectric permittivity, dielectric losses, electrical resistivity and piezoelectric coefficient were performed. Ceramics with final density of 96% exhibited a dielectric permittivity of 13, dielectric losses of 0,6 and electrical resistivity around Ωm for 1MHz frequency. No piezoelectric behaviour ( = 0 pC/N) was found in these HAp monolithics. The next step in this work was to replicate the methodology reported in the literature on the preparation of HAp thin films by the sol gel technique aiming to measure a piezoelectric coefficient , as reported for the first time in the literature for HAp in film. Contrarily to what is claimed in the literature the obtained HAp thin films were essentially amorphous for all heat treatments performed and no reliable dielectrical characterization was achieved. Thus, it was concluded that a deeper study and a more thorough research on the possibility of piezoelectric activity of HAp should be carried out. At the present stage of knowledge it seems reasonable to assume that the piezoelectric behavior exhibited by the bone might be primarily attributed to the presence of collagen fibers rather than to its inorganic phase - HAp

Acute effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on peak torque and 5000 m running performance: a randomized controlled trial

The benefits of transcranial direct current stimulation (tDCS) on brain function, cognitive response, and motor ability are well described in scientific literature. Nevertheless, the effects of tDCS on athletes’ performance remain unclear. To compare the acute effects of tDCS on the running performance of 5000 m (m) runners. Eighteen athletes were randomized into Anodal (n = 9) groups that received tDCS for 20 min and 2 mA, and Sham (n = 9), in the motor cortex region (M1). Running time in 5000 m, speed, perceived exertion (RPE), internal load and peak torque (Pt) were evaluated. The Shapiro–Wilk test followed by a paired Student’s t-test was used to compare Pt and total time to complete the run between the groups. The running time and speed of the Anodal group (p = 0.02; 95% CI 0.11–2.32; d = 1.24) was lower than the Sham group (p = 0.02, 95% CI 0.05–2.20; d = 1.15). However, no difference was found in Pt (p = 0.70; 95% CI − 0.75 to 1.11; d = 0.18), RPE (p = 0.23; 95% CI − 1.55 to 0.39; d = 0.60) and internal charge (p = 0.73; 95% CI − 0.77 to 1.09; d = 0.17). Our data indicate that tDCS can acutely optimize the time and speed of 5000 m runners. However, no alterations were found for Pt and RPE

Síndrome do coração Pós-feriado: pacientes acometidos por arritmia cardíaca em detrimento do consumo exagerado de álcool: Post Holiday coração Syndrome: patients suffered by cardiac arrhythmia to the detriment of exaggerated alcohol consumption

INTRODUÇÃO: O álcool é conhecido por beneficiar o sistema cardiovascular com a ativação do sistema fibrinolítico, redução da agregação de plaquetas e aperfeiçoamento do perfil lipídico, entre outros mecanismos, quando consumido em doses moderadas. Todavia, seu uso de maneira abusiva culmina em patologias graves que podem evoluir para a morte, como a hipertensão arterial, a cardiomiopatia alcoólica, a arritmia cardíaca e até a “Síndrome do Coração Pós Feriado” ou do inglês, “Holiday Heart Syndrome”. OBJETIVOS: O presente estudo tem como objetivo delinear sobre a Síndrome do Coração Pós Feriado, transpassando por suas características clínicas, repercussões eletrofisiológicas, diagnóstico e manejo terapêutico. MATERIAIS E MÉTODOS: Dessa forma, o presente trabalho realizou uma revisão sistemática qualitativa, realizado no período entre julho e agosto de 2022, através de artigos das bases de dados Biblioteca Virtual em Saúde (BVS) e United States National Library of Medicine (PubMed). RESULTADOS E DISCUSSÃO: A interação do álcool no organismo está diretamente relacionada com o sistema nervoso autônomo do indivíduo, gerando um estado de desequilíbrio autonômico, assim há alterações elétricas, como acréscimo da frequência cardíaca, gerando um estado de taquicardia. A principal patologia encontrada em questão foi a taquicardia sinusal, sendo um tipo de arritmia e por conseguinte, notou-se a presença da fibrilação atrial, sendo o excesso no consumo de etanol é causador de aproximadamente 67% dos casos de emergências desta última enfermidade. CONCLUSÃO: Portanto, com base na literatura analisada, observou-se que a ingestão alcoólica aguda age retardando o sistema de condução cardíaco, atua no encurtamento do período refratário e o aumento da atividade simpática, além de aumentar os níveis de catecolaminas circulantes. Por fim, também se evidenciou uma associação entre álcool e fatores de risco, principalmente hipertensão e obesidade e essas patologias aumentam os episódios de fibrilação atrial

Acute effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on peak torque and 5000 m running performance: a randomized controlled trial

Abstract The benefits of transcranial direct current stimulation (tDCS) on brain function, cognitive response, and motor ability are well described in scientific literature. Nevertheless, the effects of tDCS on athletes’ performance remain unclear. To compare the acute effects of tDCS on the running performance of 5000 m (m) runners. Eighteen athletes were randomized into Anodal (n = 9) groups that received tDCS for 20 min and 2 mA, and Sham (n = 9), in the motor cortex region (M1). Running time in 5000 m, speed, perceived exertion (RPE), internal load and peak torque (Pt) were evaluated. The Shapiro–Wilk test followed by a paired Student’s t-test was used to compare Pt and total time to complete the run between the groups. The running time and speed of the Anodal group (p = 0.02; 95% CI 0.11–2.32; d = 1.24) was lower than the Sham group (p = 0.02, 95% CI 0.05–2.20; d = 1.15). However, no difference was found in Pt (p = 0.70; 95% CI − 0.75 to 1.11; d = 0.18), RPE (p = 0.23; 95% CI − 1.55 to 0.39; d = 0.60) and internal charge (p = 0.73; 95% CI − 0.77 to 1.09; d = 0.17). Our data indicate that tDCS can acutely optimize the time and speed of 5000 m runners. However, no alterations were found for Pt and RPE

Post-activation performance enhancement effect of drop jump on long jump performance during competition

Abstract Drop jump is widely used in training sessions, aiming for chronic effects on long jump performance. However, the acute effect of drop jump on long jump performance through its use as a Conditioning Activity (CA) has not been explored. The objective of this study was to verify the Post-activation Performance Enhancement (PAPE) responses induced by successive Drop Jumps (DJ) on competitive long jump performance. Eleven male jumpers (19.0 ± 2.0 years; 178.0 ± 9.0 cm; 73.1 ± 8.9 kg; and personal record 5.78 ± 0.44 m) volunteered for participation. The athletes performed 5 drop jumps 2 min (1′45–2′15 min) before the second, and fourth attempt during official competition of state level, the attempts without the use of CA were considered controls. The performance of the second (5.63 ± 0.43 m), third (5.65 ± 0.46, g = 0.24) and fourth (5.71 ± 0.34 m) jumps performed after activation were higher than the first (5.54 ± 0.45 m) in the control condition, p = 0.02, and p = 0.01 respectively. Differences were also found in the take-off vertical velocity of the jump between the fourth (1.55 ± 0.21) and the first jump (1.30 ± 0.40), p = 0.006. Jump performance showed positive correlation with approach velocity, r = 0.731, vertical take-off velocity, r = 0.412, and take-off duration, r = 0.508. The mean performance in jumping post-activation (5.67 ± 0.38 m) was higher than that without the use of previous CA (5.59 ± 0.44 m), p = 0.02, g = 0.19. The use of DJs as a CA prior to the long jump promotes improvements in the performance of the jump, which can be explained by the increase in the take-off vertical velocity in the athletes

HIV pre-exposure prophylaxis and incidence of sexually transmitted infections in Brazil, 2018 to 2022: An ecological study of PrEP administration, syphilis, and socioeconomic indicators.

BackgroundHuman immunodeficiency virus (HIV) pre-exposure prophylaxis (PrEP) is one of the pillars of a combination prevention strategy for reducing the risk of new infections caused by HIV. The daily use of antiretroviral drugs by individuals who are not infected with HIV is required to prevent infection. Although its efficacy has been well established in the literature, in recent years, the decreased supply of antiretroviral drugs has been associated with an increase in the incidence of sexually transmitted infections (STI) and changes in the social determinants of health. An ecological study was conducted covering a five-year period (2018-2022), starting from the year of initiation of PrEP administration in Brazilian state capitals.Principal findingsDescriptive analysis was performed, and the spatial distribution of study data was taken into account. Correlation analysis was used to assess the association between PrEP administration, the incidence and detection rate of STI, and socioeconomic data. The southern region showed the highest incidence rates of STI, but the northern and northeastern regions demonstrated the worst socioeconomic indicators, especially those related to illiteracy and basic sanitation. PrEP administration was significantly correlated with illiteracy (ρ = -0.658), per capita income (ρ = 0.622), public garbage collection (ρ = 0.612), syphilis (ρ = 0.628) and viral hepatitis (ρ = 0.419) incidences. Further, all STI were significantly associated with illiteracy and per capita income.SignificanceOur findings highlight the need to continue exploring PrEP use and rising syphilis rates. In terms of policy, PrEP administration appears to be inversely associated with regions of greater social vulnerability. Further efforts should focus on the social determinants and health needs of this population to improve access to PrEP and reduce social disparities