Espectroscopia óptica avançada de novos materiais para concentradores solares luminescentes

The transition from the current energy matrix towards an environmentally friendly and a ordable energy sources is a crucial challenge of the 21st century. Fully energetically sustainable architecture is a strategic focus in this e ort, through the realisation of so-called net-zero energy buildings. This implies an increase in the use of renewable resources, such as the wind, tides and the sun. Hence, new technologies that integrate solar-harvesting devices into existing and newly constructed buildings are of growing relevance. Luminescent solar concentrators consist of a transparent matrix doped or coated with active optical centres that absorb the incident solar radiation, which is reemitted at a speci c wavelength and transferred by total internal re ection to the edges, where photovoltaic cells are located. This con guration enables photovoltaic devices to be embedded in building facades or windows, allowing them to be transformed into energy harvesting units. Challenges for the luminescent species in luminescent solar concentrators include the use of sustainable, natural-based organic molecules. In this scope, semitransparent amine-functionalized organic{inorganic hybrids (ureasils) incorporating two di erent natural-based organic dyes, chlorophyll and enhanced uorescent protein (eGFP), were synthesised and processed as thin lms and monoliths. The natural dyes' and organic-inorganic hybrid's excited state dynamics were studied and characterised { the absorption bands of chlorophyll a and eGFP were identi ed, as well as their characteristic emission in the red/NIR (600-750 nm) and visible (450-600 nm) spectral regions, respectively. The emission properties were further quanti ed through absolute emission quantum yield measurements, with the maximum values measured for the eGFP-doped di-ureasil hybrid (0:33 0:03) being two times higher than the maximum value found for the chlorophyll-doped hybrid samples (0:15 0:02). Fluorescent lifetime analysis was also performed resorting to two di erent techniques: time-correlated single photon counting and spectrally-resolved streak imaging, yielding uorescent emission lifetimes of 5 ns for chlorophyll and 2-3 ns for enhanced green uorescent protein, in solution and when incorporated into the hybrid hosts. Further analysis was carried out by tting a two exponential decay model to the uorescent decay curves of the for the green uorescent protein samples, considering that two distinct electronic states are responsible for the absorption around 488 nm and the emission at 510 nm. Based on the intriguing photoluminescent features of the dye-based samples, two prototypes of luminescent solar concentrators were fabricated and optically characterised. In particular, a liquid planar luminescent solar concentrator based on a glass container lled with eGFP dispersed in an aqueous solution and a eGFPdoped di-ureasil hybrid bulk planar luminescent solar concentrator. The devices were coupled to a silicon-based commercial PV device, revealing maximum optical conversion e ciencies of 2:99 0:01% (liquid) and 3:70 0:06% (bulk), illustrating the potential of this approach for the development of nature-based luminescent solar concentrators, meeting the requirements of reliable, sustainable and competitive energy systems.A transição da matriz energética atual para fontes de energia competitivas de baixo impacto ambiental é uma problemática central no século XXI. A arquitetura energeticamente sustentável é um ponto estratégico nesse esforço, através da realização dos chamados edifícios de energia zero. Por defenição, estes edifícios fazem uso de sistemas de produção de energia renovável local, como por exemplo a fotovoltaica, para satisfazer as suas necessidades energéticas. Assim, novas tecnologias que integrem dispositivos de coleção de energia solar em edifícios existentes ou recémconstruídos são de crescente relevância. Os concentradores solares luminescentes são dispositivos compostos por uma matriz transparente com centros óticos ativos incorporados. Estes absorbem a radiação incidente, que é posteriormente reemitida com um comprimento de onda específico e transportada por reflexão interna total até à célula fotovoltaica localizada nas extremidades da matriz. Esta configuração permite a produção de dispositivos fotovoltaicos incorporados em fachadas de edifícios e janelas, permitindo que estes sejam transformados em unidades de produção de energia. Atualmente, um dos desafios na áreas dos concentradores solares luminescentes é a incorporação de moléculas orgânicas naturais como centros óticos. Neste âmbito, foram fabricados e processados híbridos orgânico-inorgânicos semitransparentes, denominados por ureiasils, modificados por dois corantes orgânicos naturais, clorofila e proteína verde fluorescente (eGFP). A dinâmica entre os estados excitados dos corantes naturais e da matriz híbrida foi estudada e caracterizada - foram identifícadas as bandas de absorção da clorofila a e da eGFP, assim como a sua emissão característica no vermelho/infravermelho próximo (600-750 nm) e na região do visível (450-600 nm), respetivamente. As propriedades de emissão foram quantificadas através de medidas de rendimento quântico absoluto, registando-se um valor máximo para o híbrido com eGFP incorporada (0,33+/-0,03) duas vezes superior ao encontrado para as matrizes híbridas dopadas com clorofila (0,15+/-0,02). Foram também analisados os tempos de vida dos emissão dos estados excitados das várias amostras, tendo sido encontrados valores ~5 ns para a clorofila e ~2-3 ns para a eGFP, em solução ou quando incorporadas nas matrizes híbridas. Procedeu-se ainda a uma análise mais aprofundada no caso das amostras com eGFP, através da aplicação de um modelo bi-exponencial às curvas de decaimento, uma vez que o modelo eletrónico da mesma indica a presença de dois estados excitados distintos responsáveis pela absorção em torno dos 488 nm e emissão a 510 nm. Devido às características fotoluminescentes interessantes das amostras à base de corantes naturais para aplicações em concentradores solares luminescentes, foram fabricados e caracterizados dois protótipos com geometria planar { um concentrador solar luminescente baseado num recipiente de vidro cheio com eGFP em solução aquosa, e um outro concentrador que consistia num monolito da matriz híbrida dopada com eGFP. Os dispositivos foram acoplados a uma célula fotovoltaica comercial de silício, revelando eficiências óticas de conversão máximas de 2; 99+/-0; 01% e 3; 70+/-0; 06%, respetivamente, ilustrando o potencial desta abordagem para o desenvolvimento de sistemas energéticos sustentáveis e competitivos.Mestrado em Engenharia Físic

Atmospheric circulation over Southern Africa and its relationship with regional rainfall

Tese de mestrado, Ciências Geofísicas (Meteorologia e Oceanografia), 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasThroughout the last decades, southern Africa has become increasingly vulnerable to weather variability, which affects moisture advection and convergence in the lower levels of the atmosphere and impact local rainfall, essential for rudimentary rainfed agricultural systems, in which most of countries’ economies rely on. Thus, understanding atmospheric circulation dynamics is crucial, as well as the identification of humidity sources and advection mechanisms that control precipitation across the region. Using ERA5 reanalysis (1980-2020) and 10 weather stations’ data (2014-2020), synoptical and climatological analysis over the region were performed, namely regarding atmospheric moisture circulation and geopotential height and rainfall anomalies. Recent literature identifies the Angola Low (AL) and the Mozambique Channel Trough (MCT) as two main summertime low-pressure systems responsible for converting humidity into rainfall. The Zambezi and Limpopo river-valley’ associated low-level jets (ZRV LLJ and LRV LLJ) have been identified as major gateways transporting Indian Ocean moisture into central and SW Africa. Both LLJs are controlled by MCT and AL intensities, often conjugated within the same phase (both weak or both strong). Results showed these conjugations of MCT and AL intensities had a higher control on ZRV LLJ than on LRV LLJ, with weaker (stronger) MCT and AL being associated with a stronger (weaker) ZRV LLJ, thus promoting increases (decreases) of rainfalls over SW Africa. At a larger scale, it was shown that El-Niño (La-Niña) phases of ENSO were linked with northward (southward) shifts of the AL system and with decreases (increases) of precipitations across the subcontinent, regardless of SIOD (Subtropical Indian Ocean Dipole) phase. SW Africa region lies in a border-zone of weak and non-significant rainfall anomalies. An analysis of two exceptional rainy seasons showed that during the analysed events, large-scale variability and unusual circulation features could have overlapped its influence over both the AL and MCT systems.Ao longo das últimas décadas, o sul de África tem experienciado um significativo aumento da sua vulnerabilidade à variabilidade atmosférica da região, na medida em que esta última influencia, direta ou indiretamente, a advecção e a convergência de humidade nos níveis mais baixos da atmosfera, provocando o aumento ou diminuição da quantidade de precipitação nestes locais. De facto, a variável meteorológica de maior importância para o sul de África é a precipitação, visto que as economias e a sociedade dos países aí localizados dependem fortemente de uma agricultura de cariz maioritariamente rudimentar e, por isso, muito dependente da água que provém da chuva. No entanto, as projeções climáticas mais recentes para as próximas décadas apontam para uma diminuição significativa da quantidade de precipitação em grande parte do subcontinente, essencialmente nas regiões do Sudoeste (SW Africano), ou seja, Angola e Namíbia, temendo-se, futuramente, consequências socioeconómicas e humanitárias muito severas. Deste modo, torna-se muito relevante compreender a circulação atmosférica da região, bem como identificar as fontes e mecanismos de transporte de humidade até às áreas de maior vulnerabilidade do sul de África. A literatura científica mais recente indica que durante o verão austral ocorrem dois sistemas de baixa-pressão que dominam estas regiões e são responsáveis por grande parte da conversão de humidade em precipitação: a Depressão de Angola (Angola Low ou AL) e um sistema ciclónico no Canal de Moçambique (Mozambique Channel Trough ou MCT). Durante esta época do ano, formam-se jatos nos níveis baixos da atmosfera (Low-Level Jets ou LLJs) nos vales dos rios Zambezi e Limpopo, servindo como “portas de entrada” à humidade proveniente do Oceano Índico, em direção às regiões centrais e ocidentais do subcontinente. A advecção de humidade por meio destes LLJs, em direção a oeste, é forçada pela circulação atmosférica em torno de um sistema de altas pressões (HP) localizado na região sul do Oceano Índico, denominado por Mascarene HP (ou anticiclone do Índico Sul). No entanto, a presença de uma barreira orográfica importante como é o caso da ilha de Madagáscar, afeta o transporte de humidade até à região dos vales dos rios Limpopo e Zambezi, induzindo variabilidade nos escoamentos associados aos respetivos LLJs. O ajustamento dinâmico deste fluxo (predominantemente de leste) à topografia de Madagáscar, induz uma circulação ciclónica na região do Canal de Moçambique (MC) – o denominado MCT. A humidade advectada até ao SW Africano colide com fluxos de humidade provenientes do Atlântico Sul que, conjuntamente com forçadores orográficos na região do interior de Angola e Namíbia, alimentam um sistema de baixas pressões, essencialmente de origem térmica, que se formam na zona de fronteira entre estes dois países. A convergência de humidade proveniente (maioritariamente) de ambos os oceanos (Índico e Atlântico), alimenta este sistema, que adquire características tropicais e se passa a denominar por AL. O sistema mantém-se quase-estacionário na região devido à orografia do SW de África, na medida em que as cadeias montanhosas existentes ao longo da costa e no interior destes países, promovem escoamentos anabáticos que, por consequência, alimentam processos de convecção profunda, alimentando e fortalecendo a AL. Em conjunto, a AL e o MCT originam uma banda de nuvens (denominada por Tropical Temperate Troughs, ou TTTs), com orientação NW-SE (i.e., desde a região do sul de Angola até ao MC), responsável pela maioria das chuvas estivais do subcontinente sul Africano. Muitas das TTTs (incluindo o MCT), são alimentados pelas águas quentes do MC, em particular devido ao calor latente libertado pelas correntes oceânicas aí existentes (como é o caso da Corrente das Agulhas). O principal objetivo desta tese foi, essencialmente, analisar os mecanismos de transporte e fontes de vapor de água em direção à região do SW Africano, identificando as possíveis causas de variabilidade (a diversas escalas) da precipitação da região e verificando padrões atmosféricos que contribuem para períodos mais secos ou mais húmidos nesses locais. Deste modo, foram utilizados dados meteorológicos mensais da mais recente reanálise do Centro Europeu de Previsão do Tempo a Curto e Médio Prazo (ECMWF), para o período entre 1980 e 2020. Foram também analisados dados de precipitação provenientes de 10 estações meteorológicas espalhadas pelas regiões do sul de Angola e norte da Namíbia. Estas últimas, relativas ao período 2014-2020. Análises sinóticas e climatológicas à circulação de humidade na atmosfera permitiram identificar o Oceano Índico como principal fonte de humidade para o subcontinente sul-Africano, resultado confirmado pela prevalência de dias chuvosos (secos), na região do SW Africano, quando os ventos sopram maioritariamente de leste (oeste). Na verdade, são os LLJ do Zambezi e do Limpopo que permitem uma significativa advecção de vapor de água desde o Oceano Índico até ao sul de África, sendo a intensidade do transporte controlada pela AL e pelo MCT. Os resultados mostram que existe uma tendência para que a AL e o MCT se conjuguem em fases idênticas, i.e., quando um sistema se apresenta com intensidades menores (mais fraco), o outro também, e vice-versa. Esta situação tem implicações consideráveis nas chuvas da região. Foi verificado que conjugações de AL forte (fraca) e MCT forte (fraco) se relacionam com valores de precipitação abaixo (acima) do normal. Os resultados mostraram também que estas combinações de intensidades entre a AL e o MCT afetam mais expressivamente a intensidade do LLJ do Zambezi do que do Limpopo, com AL forte (fraca) AL e MCT forte (fraco) associados a um Zambezi LLJ fraco (forte) e, consequentemente, escassez (abundância) de precipitação na região do SW Africano. Os impactos de dois importantes modos de variabilidade de larga-escala - o El-Niño Southern Oscillation (ENSO) e o Subtropical Indian Ocean Dipole (SIOD) - na precipitação interanual regional, foram também analisados, na medida em que ambos os modos se associam a flutuações nas temperaturas da superfície do oceano (em especial na região do MC) e também, a oscilações nos valores de altura do geopotencial em toda a região do sul de África. Verificou-se, assim, que meses de El-Niño (La-Niña) se associam não só a diminuições (aumentos) de precipitação sobre o subcontinente sul-Africano, como também a desvios meridionais da AL em direção a norte (sul), acompanhados por diminuições (aumentos) de intensidade deste mesmo sistema, independentemente da fase do SIOD. Sobre a região de interesse (SW de África), a influência de ambos os modos de variabilidade nas anomalias de precipitação verificou-se pouco significativa. No entanto, é preciso ter em conta que, em todas as conjugações analisadas (entre ambas as fases do SIOD e do ENSO), o território em estudo localizou-se numa “zona de fronteira” entre anomalias negativas e positivas de precipitação, associadas a um fraco sinal estatístico. Ainda assim, mesmo com fraca significância estatística, os resultados indicaram que SIOD positivos associados a meses de La-Niña apresentam um padrão de precipitação acima do normal para as regiões do SW Africano. Uma análise a dois casos de estudo de eventos extremos de precipitação (um muito chuvoso e o outro, muito seco), permitiu concluir que, nestes casos, a variabilidade de larga escala exerceu um forte domínio na intensidade e dinâmicas dos sistemas sinóticos que ocorreram sobre o subcontinente (nomeadamente a AL e o MCT), não se descartando, de igual forma, a considerável ação de circulações de cariz local que surgiram na região (e.g., o ciclone Idai), perturbando significativamente a advecção de humidade em direção à região de interesse e, consequentemente, a precipitação sobre estes locais. Por fim, discutiu-se o impacto que a falta de instrumentos meteorológicos in situ na região do sul de África, em particular no SW Africano, nomeadamente no que concerne à inexistência de séries temporais longas de diversos parâmetros físicos (precipitação, humidade, temperatura, entre outros…), o que tem contribuído para um maior desconhecimento científico sobre a dinâmica da atmosfera nestes locais. Desta forma, torna-se da maior relevância investir em instrumentos científicos (como estações meteorológicas) ou em campanhas de recolha de dados (como por exemplo, estudar perfis atmosféricos). É também crucial, num contexto de aumento da temperatura média global, compreenderem-se mudanças nos padrões de variabilidade de larga escala (ENSO e SIOD) e os seus respetivos impactos na precipitação do sul de África

A Regra Geral de Gonçalo Trancoso

Não disponível

Estudo da Proporção Áurea em pacientes jovens Classe II, divisão 1 tratados ortodonticamente

 Objetivo: verificar se o tratamento ortodôntico com a técnica Bioprogressiva de Ricketts provocou alterações benéficas ou não nas proporções áureas avaliadas. Material e métodos: Resultados: Conclusão:  durante o tratamento ortodôntico em questão, a maior parte das proporções faciais iniciais que não apresentavam valores próximos da proporção divina, aproximaram-se dos valores considerados como ideais, havendo uma melhora estética da face. a avaliação cefalométrica mostrou que as proporções áureas (A-1/1-Pm; Xi-6/Xi-Pm e 6-1/6-PTV) apresentaram diferença significativa entre os valores pré e pós tratamento e as proporções (FH-A/A-PM e Xi-Co/Xi-Pm) não apresentaram nenhuma alteração significativa entre o início e final dos tratamentos ortodônticos realizados neste estudo. Quatro proporções (FH-A/A-Pm; A-1/1-Pm; Xi-6/Xi-Pm; e 6-1/6-PTV) apresentaram aproximação do valor áureo enquanto uma (Xi-Co/Xi-Pm) se distanciou desse valor. A terceira proporção (Xi-6/Xi-Pm) foi a que apresentou o melhor restabelecimento em comparação com o valor áureo. foram realizadas 54 telerradiografias em norma lateral, com as quais se obteve os cefalogramas antes e pós-tratamento ortodôntico completo de uma amostra composta por 27 pacientes de ambos os gêneros, portadores de má oclusão Classe II, divisão 1. Eles apresentaram uma média de idade de 10,5 e 16,5 anos no início e no final do tratamento ortodôntico, respectivamente

Thin Film (High Temperature) Superconducting Radiofrequency Cavities for the Search of Axion Dark Matter

5 pages, 6 figures. v2: minor updates after referee comments, matches published version in IEEEThe axion is a hypothetical particle which is a candidate for cold dark matter. Haloscope experiments directly search for these particles in strong magnetic fields with RF cavities as detectors. The Relic Axion Detector Exploratory Setup (RADES) at CERN in particular is searching for axion dark matter in a mass range above 30 $\mu$eV. The figure of merit of our detector depends linearly on the quality factor of the cavity and therefore we are researching the possibility of coating our cavities with different superconducting materials to increase the quality factor. Since the experiment operates in strong magnetic fields of 11 T and more, superconductors with high critical magnetic fields are necessary. Suitable materials for this application are for example REBa$_2$Cu$_3$O$_{7-x}$, Nb$_3$Sn or NbN. We designed a microwave cavity which resonates at around 9~GHz, with a geometry optimized to facilitate superconducting coating and designed to fit in the bore of available high-field accelerator magnets at CERN. Several prototypes of this cavity were coated with different superconducting materials, employing different coating techniques. These prototypes were characterized in strong magnetic fields at 4.2 K.This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation programme under Grant Agreement No 730871 (ARIES-TNA). BD and JG acknowledge funding through the European Research Council under grant ERC-2018-StG-802836 (AxScale). We also acknowledge funding via the Spanish Agencia Estatal de Investigacion (AEI) and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) under project PID2019- 108122GB-C33, and the grant FPI BES-2017-079787 (under project FPA2016-76978-C3-2-P). Furthermore we acknowledge support from SuMaTe RTI2018-095853-B-C21 from MICINN co-financed by the European Regional Development Fund, Center of Excellence award Severo Ochoa CEX2019- 000917-S and CERN under Grant FCCGOV-CC-0208 (KE4947/ATS).With funding from the Spanish government through the ‘Severo Ochoa Centre of Excellence’ accreditation (CEX2019-000917-S).Peer reviewe

A Regra Geral de Gonçalo Trancoso

A Regra Geral de Gonçalo Trancos

CERN Based TcT_{c} Measurement Station for Thin-Film Coated Copper Samples and Results on Related Studies

In the framework of the Future Circular Collider (FCC) Study, the development of thin-film coated superconducting radio-frequency (SRF) cavities capable of providing higher accelerating fields (10 to 20 MV/m against 5 MV/m of LHC) represents a major challenge. The development of a test stand commissioned at CERN for the inductive measurement of the critical temperature (T$_{c}$c) of SC thin-film deposited on copper samples for SRF application is presented in this work. Based on new studies for the production of Non Evaporable Getters (NEG) coated chambers, the first results of an alternative forming method for seamless copper cavities with niobium layer integrated in the production process are also presented

Seamless 1.3 GHz Copper Cavities for Nb Coatings: Cold Test Results of Two Different Approaches

A necessary condition for high SRF performances in thin film coated cavities is the absence of substrate defects. For instance, in the past, defects originated around electron beam welds in high magnetic field areas have been shown to be the cause of performance limitations in Nb/Cu cavities. Seamless cavities are therefore good candidates to allow an optimization of the coating parameters without the pitfalls of a changing substrate. In this work, we present the first results of two different methods to produce seamless cavities applied to 1.3 GHz copper single cells coated with thin Nb films by means of HIPIMS. A first method consists in electroplating the copper resonator on precisely machined aluminum mandrels, which are then dissolved chemically. As an alternative and a cross check, one cavity was machined directly from the bulk. Both cavities were coated with HIPIMS Nb films using the same coating parameters and the SRF performance was measured down to 1.8 K with a variable coupler to minimize the measurement uncertainty