Optimization of magnetoelectric composites based on electroactive polymers for energy harvesting and sensor application

Tese de Doutoramento em Engenharia de Materiais.Low power portable electronic devices and wireless sensors networks, for application in implantable biomedical sensors and monitoring for agricultural, environmental, building, military and industrial processes are typically powered by batteries, which have a finite supply of energy. The combination of an energy harvesting system with a rechargeable battery is the best way to self-power devices for their entirely lifetime. These harvesters collect energy (in the order of μW to mW) from ambient sources (thermal, mechanical or electromagnetic, among others). Among them, energy harvesting from electromagnetic signals is one of the most challenging and interesting harvesting systems and has been poorly addressed. Magnetoelectric (ME) composite materials are an innovative tool that can convert such electromagnetic singnals into an electrical voltage and can be also be used as novel sensors and actuators. The main objective of this work is to optimize ME laminated composites for sensor, actuators and energy harvesting devices. It is also an objective to find new applications for this ME effect. From the different composite structures, laminated ME composites, comprising bonded piezoelectric and magnetostrictive layers, are the ones with the highest ME response, thus being the most studied materials for their implementation into technological applications. With high ME coupling, easy fabrication, large scale production ability, low-temperature processing into a variety of forms and, in some cases, biocompatibility, polymer based ME materials emerged as an original approach. In this work Vitrovac and Metglas were used as magnetostrictive materials due to their high magnetostriction at low fields, and .poly(vinylidene fluoride) was used as the polymeric piezoelectric material, due to his high piezoelectric constant compared to other polymers. Thus, the effect of the bonding layer type and piezoelectric layer thickness is reported. Vitrovac/poly(vinylidene fluoride) magnetoelectric laminate were produced and experimental results show that the ME response increases with increasing piezoelectric thickness, the highest ME response of 53 V·cm−1·Oe−1 being obtained for an 110 μm thick piezoelectric bonded with M- Bond epoxy. The behavior of the ME laminates with increasing temperatures up to 90 °C shows a decrease larger than 80% in the ME response. A finite element method (FEM) was used to evaluate the experimental results. The obtained results show the critical role of the bonding layer and piezoelectric layer thickness in the ME performance of laminate composites From the ME measurements it was concluded that tri-layered composites structures (Vitrovac/poly(vinylidene fluoride)/Vitrovac ), show a high ME response (75 V cm-1 Oe-1) and that the ME voltage coefficient decreases with increasing longitudinal size aspect ratio and increases with the lowest transversal aspect ratio between piezoelectric and magnetostrictive layers. Relevant parameters such as sensibility, accuracy, linearity, hysteresis and resolution have been vaguely or never discussed in polymer-based ME composites. This work reports on those parameters on a Metglas/poly(vinylidene fluoride)/Metglas magnetoelectric laminate, the polymer-based composite with the highest ME response. The sensibility and resolution determined for the DC (30 mV.Oe-1 and 8 μOe) and AC magnetic field sensor (992 mV.Oe-1 and 0.3 μOe) are favorably comparable with the most recent and sensitive polymer-based ME sensors. The design and performance of five interface circuits, a full-wave bridge rectifier, two Cockcroft-Walton voltage multipliers (with 1 and 2 stages) and two Dickson voltage multipliers (with 2 and 3 stages), for the energy harvesting from a Metglas/PVDF/Metglas ME composite were discussed. Maximum power and power density values of 12 μW and 0.9 mW.cm-3 were obtained with the two stages Dickson voltage multiplier. Finally, it is successfully demonstrated that nanoparticle’s magnetostriction can be accurately determined based on the magnetoelectric effect measured on polymer composite materials. This represents a novel, simple and versatile method for the determination of particle’s magnetostriction at the nano scale and in their dispersed state. Thus, the developed polymer based magnetoelectric laminate composites showed suitable characteristics for applications in sensors and energy harvesting devices.Dispositivos eletrônicos portáteis de baixa potência e sensores de redes sem fio para implementação em sensores biomédicos, monitorização ambiental, gestão de agricultura, construção, aplicações militares e de processos industriais, normalmente são alimentados por baterias, que têm uma fonte finita de energia. A combinação de um sistema de “energy harvesting” com uma bateria recarregável é a melhor forma de auto-alimentar um dispositivo durante o seu tempo de vida útil. Estes dispositivos (“harvesters”) armazenam a energia proveniente de fontes presentes no ambiente (como térmica, mecânica e eletromagnética, entre outras). A energia produzida é na ordem de μW a mW. Entre estes sistemas, energy harvesting a partir de sinais eletromagnéticos é um dos desafios mais interessantes e tem sido pouco investigado. Materiais compósitos magnetelétricos (ME) são uma ferramenta inovadora que pode converter sinais eletromagnéticos em uma voltagem elétrica e também podem ser usados como novos sensores e atuadores. O principal objetivo deste trabalho é otimizar compósitos laminados ME para sensores, atuadores e dispositivos de captação de energia. É também um objetivo de encontrar novas aplicações baseadas nestes materiais. De todas as diferentes estruturas compósitas, os compósitos laminados ME compostos pela colagem de camadas piezoelétricas e magnetostrictivas, são aqueles que apresentam a maior resposta ME, sendo desta forma os materiais mais estudados para a sua implementação em aplicações tecnológicas. Com elevado acoplamento ME, fabrico fácil, capacidade de produção em grande escala, processamento a baixa temperatura numa grande variedade de formas e, em alguns casos, biocompatibilidade, materiais ME de base polimérica emergem como uma abordagem original. Neste trabalho, Vitrovac e Metglas foram usados como materiais magnetostrictivos devido à sua elevada magnetostrição a baixos campos magnéticos. O poli (fluoreto de vinilideno) - PVDF foi usado como polímero piezoelétrico devido à sua elevada constante piezoelétrica entre os materiais poliméricos. De forma a resposta ME dos compósitos, o efeito do tipo da camada de adesão e a espessura da camada piezoelétrica foi avaliado. Foi produzido um laminado magnetoelétrico (Vitrovac/PVDF) e os resultados experimentais mostram que a resposta ME aumenta com o aumento da espessura da camada piezoelétrica, a maior resposta ME foi de 53 V·cm−1·Oe−1 para o laminado com uma espessura piezoelétrica de 110 μm colado com a resina epoxy M-Bond. Com o aumento da temperatura até 90ºC, os laminados ME mostram uma perda de resposta ME até 80%. O método dos elementos finitos (MEF) foi usado para avaliar os resultados experimentais. Os resultados obtidos mostram o papel crítico da camada de ligação e a espessura da camada piezoelétrica no desempenho de compósitos laminados ME. Através das medidas ME foi concluído que os compósitos de três camadas (Vitrovac/PVDF/Vitrovac), mostram a maior resposta ME (75 V cm-1 Oe-1), e o coeficiente ME diminui com o aumento do aspect ratio longitudinal e aumenta com a diminuição do aspect ratio transversal entre a camada piezoelétrica e magnetostritiva. Parâmetros relevantes, como sensibilidade, precisão, linearidade, histerese e resolução, tem sido pouco estudada em compósitos poliémicos ME,. Este trabalho investiga esses parâmetros num laminado ME (Metglas/PVDF/Metglas), o compósito polímero com a resposta.ME mais alta. A sensibilidade e resolução determinada para sensores de campo magnético DC (30 mV.Oe-1 and 8 μOe) e AC (992 mV.Oe-1 and 0.3 μOe) são favoravelmente comparadas com os mais recentes e sensíveis sensores baseados em compósitos ME de base polimérica. O design e a performance de cinco circuitos: retificador full-wave bridge, dois multiplicadores Cockcroft-Walton (com 1 e 2 andares) e dois multiplicadores Dickson (com 2 e 3 andares), para energy harvesting através de um laminado ME (Metglas/PVDF/Metglas) foi estudado e discutido. A máxima potencia e densidade de potência obtida foram 12μW e 0.9 mW.cm-3 usando um multiplicador Dickson de dois andares. Por fim, é demonstrado com sucesso que a magnetostrição de nanopartículas pode ser determinada com precisão com base no efeito magnetoelétrico medido em materiais compósitos poliméricos. Isto representa um novo, versátil e simples método para a determinação de magnetostrição de partículas no seu estado disperso à escala nanométrica. Assim, os compósitos laminados ME de base polimérica desenvolvidos, apresentam características adequadas para aplicações em sensores e dispositivos de energy harvesting.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) SFRH/BD/70303/2010

Efeitos do reposicionamento peronial através da aplicação de tape em indivíduos com instabilidade crónica do tornozelo: revisão bibliográfica

Projeto de Graduação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Licenciado em FisioterapiaIntrodução: o reposicionamento peronial através da aplicação de tape é uma técnica utilizada com o objetivo de corrigir a falha posicional anterior do perónio e manter um correto alinhamento do mesmo, melhorar a estabilidade articular e o controlo postural. Objetivo: analisar os efeitos do reposicionamento peronial através da aplicação de tape em indivíduos com Instabilidade Crónica do Tornozelo. Metodologia: foi realizada uma pesquisa na base de dados PubMed, ScienceDirect, PEDro e ainda através de outras fontes. Resultados: foram selecionados 6 estudos, com um total de 162 participantes adultos de ambos os sexos, com idades compreendidas entre 21 e 29 anos, onde foi utilizada a técnica de reposicionamento peronial através de tape sendo, posteriormente, avaliados os seus efeitos. Conclusão: a técnica de reposicionamento peronial através da aplicação de tape não apresenta um consenso, uma vez que, leva à melhoria de alguns fatores (intensidade da dor, amplitude articular de dorsiflexão, diminuição da latência do músculo peronial longo e aumento do reflexo de Hoffman do músculo solear), como também não provoca alterações noutros (equilíbrio dinâmico e estático, controlo postural e performance física).Introduction: fibular reposition taping is a technique used to correct the anterior positional failure of the fibula and maintain a correct alignment of the same, improve joint stability and postural control. Objective: to analyse the effects of fibular reposition taping in individuals with chronic ankle instability. Methods: a research was made in the database PubMed, ScienceDirect, PEDro and also through other sources. Results: 6 studies were selected, with a total of 162 adult participants of both sexes, aged between 21 and 29 years, where the fibular reposition technique was used through tape and its effects were subsequently evaluated. Conclusion: the technique of fibular reposition through the application of tape does not present a consensus, since, contributed to the improvement of some factors (pain intensity, joint amplitude of dorsiflexion, decreased latency of the long peroneal muscle and increase of Hoffman's reflex of the soleus muscle), and in others there was no change (dynamic and static balance, postural control and physical performance).N/

Desenvolvimento de um sistema de refrigeração ambiente para uma caravana baseado em pilhas termoeléctricas assistidas por painéis fotovoltaicos

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201

Projecto de quadro interactivo de baixo custo utilizando o comando da Wii

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

Avaliação da aprendizagem na educação online: relato de pesquisa

"Os princípios da avaliação presencial podem ser transpostos para a modalidade online? Este texto parte desta indagação e é fruto de uma pesquisa que buscou analisar o processo de avaliação da aprendizagem conduzido em um curso de online e, ao mesmo tempo, desenvolver a transposição de procedimentos da avaliação presencial da aprendizagem para o ambiente de interfaces online. Seu referencial teórico articula os temas: (a) cenário comunicacional a partir do conceito de “cibercultura” e (b) concepções de avaliação nas modalidades presencial. Finalmente, discute os seguintes resultados da pesquisa: (a) é possível transpor princípios da avaliação da aprendizagem presencial para o contexto online, (b) os fóruns e os chats permitem estabelecer a mediação técnica e pedagógica da avaliação, (c) a avaliação precisa considerar as possibilidades e limites técnicos e pedagógicos para construção da aprendizagem. Palavras-chave: Avaliação da aprendizagem; educação presencial; educação online; cibercultura. --BARREIRO-PINTO, Isabel Andréa & SILVA, Marco (2008). Avaliação da aprendizagem na educação online: relato de pesquisa. In <i>Educação, Formação & Tecnologias; </i>vol.1 (2); pp. 32-39, Novembro de 2008, disponível no URL: http://eft.educom.pt.--" &nbsp

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Recensão de recurso digita

All Inclusive Local como estrategia competitiva para un destino turístico en desarrollo: el caso de Cabo Verde

El turismo es un sistema compuesto por un conjunto de diferentes elementos que están interrelacionados, en una interacción recíproca en la que cualquier cambio en uno de ellos repercutirá en los demás, afectando al propio sistema. El buen funcionamiento del sistema turístico estará directamente relacionado con la coordinación de todos sus actores, cada uno desempeñando su función específica en favor de un objetivo global común. Al interactuar con prácticamente todas las actividades humanas, el sector turístico puede contribuir de manera significativa al desarrollo de los destinos, configurándose la actividad turística, de hecho, como la actividad económica más importante de los países en desarrollo y específicamente de las pequeñas economías insulares, como es el caso de Cabo Verde. Esas pequeñas economías insulares, debido a sus debilidades estructurales, dependen del turismo internacional, como medio de captación de divisas para impulsar el desarrollo socioeconómico. Cabo Verde, como destino turístico, está en una fase emergente, con buenas perspectivas de futuro. Sin embargo, su sistema turístico muestra algunas inestabilidades debido a la supremacía de los grandes operadores extranjeros y del producto all-inclusive que han afectado negativamente a otros elementos, en concreto, a la estructura de la oferta local. Este trabajo fin de máster se concreta en la elaboración de un proyecto empresarial, Boavista Experiences, una agencia de comercialización turística que ofrece paquetes y experiencias, a partir de un sistema integrado, que incluye a todos los agentes locales del destino. La misión de la empresa es promover y mediar en el sistema turístico de la isla de Boavista, satisfaciendo las necesidades de la demanda a través de una estructura de oferta compuesta por operadores turísticos locales, impulsando así una mayor competitividad en el mercado turístico insular. Aunque concebido al principio para la isla de Boavista, su visión corporativa a largo plazo se plantea como una referencia para el desarrollo del conjunto de los destinos turísticos de Cabo Verde.Tourism is a system made up of a set of different elements that are interrelated, in a reciprocal relationship in which any change in one of the participants will affect the others, affecting the system itself. The proper functioning of the tourism system will be directly related to the coordination of all its actors, each one carrying out its specific function in favor of a common global objective. By interacting with practically all human activities, the sector can contribute significantly to the development of the destinations in which it operates. Tourism is in fact configured in the most important economic activity of developing countries and small island economies, as is the case of Cape Verde. These small island economies, due to their structural weaknesses, depend on international tourism, through the attraction of foreign exchange, to boost socioeconomic development. Cape Verde, as a tourist destination, is in an emerging phase with good prospects for the future. However, its tourism system shows some instabilities due to the supremacy of the large foreign operators and the all-inclusive product that have negatively affected other elements, specifically, the structure of local supply. This dissertation consists of the elaboration of a business project, Boavista Experiences, a tourism commercialization agency that offers packages and experiences, based on an integrated system that includes all the local agents of the destination. The company's mission is to promote and mediate the island's tourism system, meeting the needs of demand through a supply structure made up of local tour operators, thus promoting greater competitiveness in the Boavista tourism market. Although originally conceived for the island of Boavista, its long-term corporate vision aims to become a reference for the development of all Cape Verde's tourist destination

Avaliação da aprendizagem na educação online: relato de pesquisa

Os princípios da avaliação presencial podem ser transpostos para a modalidade online? Este texto parte desta indagação e é fruto de uma pesquisa que buscou analisar o processo de avaliação da aprendizagem conduzido em um curso de online e, ao mesmo tempo, desenvolver a transposição de procedimentos da avaliação presencial da aprendizagem para o ambiente de interfaces online. Seu referencial teórico articula os temas: (a) cenário comunicacional a partir do conceito de “cibercultura” e (b) concepções de avaliação nas modalidades presencial. Finalmente, discute os seguintes resultados da pesquisa: (a) é possível transpor princípios da avaliação da aprendizagem presencial para o contexto online, (b) os fóruns e os chats permitem estabelecer a mediação técnica e pedagógica da avaliação, (c) a avaliação precisa considerar as possibilidades e limites técnicos e pedagógicos para construção da aprendizagem. Palavras-chave: Avaliação da aprendizagem; educação presencial; educação online; cibercultura. -- BARREIRO-PINTO, Isabel Andréa & SILVA, Marco (2008). Avaliação da aprendizagem na educação online: relato de pesquisa. In Educação, Formação & Tecnologias; vol.1 (2); pp. 32-39, Novembro de 2008, disponível no URL: http://eft.educom.pt. -

Desenvolvimento de uma cápsula de café biodegradável

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de PolímerosEste trabalho foi desenvolvido no âmbito da unidade curricular Dissertação em Engenharia de Polímeros do plano de estudos do Mestrado Integrado em Engenharia de Polímeros. O projeto foi realizado na empresa CS Plastic, localizada em Santo Tirso, e que labora na área da injeção de plásticos. O impacte ambiental, causado pelos produtos no final do seu ciclo de vida, é cada vez mais ponderado pelo tecido empresarial. As cápsulas de café, após a sua utilização, são depositadas em lixeiras ou aterros, uma vez que o método de incineração deixou de ser utilizado, devido a todas consequências ambientais nefastas que daí advinham. Este projeto tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma nova cápsula de café biodegradável, com base na norma EN 13432, respeitante à biodegrabilidade e compostabilidade. Em primeiro lugar, procedeu-se a um estudo de mercado das matérias-primas biodegadáveis existentes, tendo-se verificado a existência de 3 grades: Apinat DP2267/1, Apinat 2267/2 e Apinat 2289/2. Seguidamente estes materiais foram sujeitos a ensaios de biodegradação, flexão e tração para serem analisados e comparados. Foi também calculada a temperatura de amolecimento (VICAT) de cada um. Testadas as cápsulas, existentes no mercado, e analisadas as falhas das mesmas nas máquinas de café, foram desenhados, em SolidWorks, novos projetos com novas medidas. Posteriormente, produziram-se três novos protótipos, através das técnicas CNC (Comando numérico computadorizado) e FDM (Fused Deposition Modeling), com o objetivo de verificar se as alterações produzidas se adequavam ao suporte mecânico da máquina de café. Verficou-se que os protótipos funcionavam para as máquinas de modelo mais avançado, não obstante deixarem de funcionar em modelos anteriores. Constatou-se, de seguida, que isto se devia a questões que se prendiam com o embalamento do café e não por questões imputáveis às cápsulas.This work was developed as part of the Dissertation in Polymer Engineering which integrates the curriculum of the Polymer Engineering Master. The project was conducted in the CS Plastic Company, located in Santo Tirso, which works in the field of plastic injection. The environmental impact caused by the products at the end of its life cycle, is increasingly weighted by the business community. After being used, the coffee capsules, are deposited in dumps or landfills, since the method of incineration is no longer used due to all adverse environmental consequences that were resulting from this process. This project aims to develop a new biodegradable coffee capsule, based on EN 13432 norm, concerning the biodegradability and compostability. Firstly, a market research was conducted to determine which biodegradable materials were available, and was establish the existence of three grades: Apinat DP2267/1, Apinat 2267/2 and Apinat 2289/2. These materials were then subjected to biodegradation tests, flexion and traction to be analysed and compared with each other. The individual softening temperature (VICAT) was also calculated. After testing the capsules available in the market, and having analysed their failures in the coffee machines, we proceed to design, in SolidWorks, new projects with new dimensions. Subsequently, three new prototypes were produced, resorting to CNC (computer numerical command) and FDM (Fused Deposition Modeling) techniques, in order to verify if the changes produced were suitable for mechanical support of the coffee machines. It was verified that the prototype worked with the more advanced machines models but, nevertheless, didn’t work with the older models. Then, it has been found, that it was a problem of packing the coffee rather than structural reasons