Dissertations / Theses on the topic 'Capillary condensation'
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1
Pozzato, Alessandro. "Capillary condensation in nanostructured surfaces." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2009. http://hdl.handle.net/11577/3426628.
Full textAbstract:
The subject of this thesis is the study of the capillary condensation phenomenon in
nanostructured surfaces. The main motivation behind this work was to test recent
scaling theories about the capillary filling in capped capillaries. Adsorption isotherms
of Argon were measured at a temperature slightly above its triple-point with a torsional
microbalance. A key element for this kind of experiments was the availability
of surfaces patterned with an array of very regular structures (e.g. rectangular wells
or cylindrical holes). To fabricate these substrates was fundamental to develop a new
fabrication methodology based on advanced lithographic techniques. The optimized
methodology relied on nanoimprint lithography (NIL), wet etching (Buffered Oxide
Etch solution) and plasma etching in an Inductively Coupled Plasma (ICP). With our
process we were able to pattern extended surface areas of about 1 cm2 with a regular
array of rectangular channels or hemispherical holes of nanometric size. In particular,
we realized channels of two different widths (90 and 200 nm) and characteristic depths
varying from 0.5 to 2 µm. Adsorption isotherms taken with these samples showed
sharp and reversible jumps related to the capillary condensation of liquid argon in the
channels. Their location was found to vary with the channel width, wider channels displaying
the transition closer to bulk liquid-vapor condensation. A quantitative analysis
of these positions in terms of the classical Kelvin equations yielded results which were
in good agreement with the sample morphology deduced by electron microscopy. The
precise shape of the capillary rise is currently under investigation to check whether
it confirms the scaling predictions. The fabrication of the samples has been realized
in the TASC-INFM Laboratory in Trieste under the supervising of Dr. Massimo Tormen,
whereas the measurement runs of adsorption isotherms were carried out in the
laboratory of Prof. Giampaolo Mistura in Padova.Il tema di questa tesi è lo studio dello studio dei fenomeni di condensazione capillare in superfici nano strutturate. La motivazione principale a sostegno di questo lavoro è la verifica di recenti teorie che descrivono il riempimento di capillari chiusi ad una estremità. Le isoterme di assorbimento dell’argon sono state misurate a temperature leggermente superiori al suo punto triplo con l’uso di una micro bilancia torsionale. Un elemento chiave per questo tipo di esperimenti è la disponibilità di superfici strutturate con una distribuzione periodica di elementi regolari (ad esempio canali rettangolari o cavità cilindriche). Per costruire substrati di questo genere, è stato necessario sviluppare una metodologia fabbricativa innovativa, basata su tecniche di litografia avanzata. La metodologia ottimizzata si basa sulla cosiddetta nanoimprint lithography (NIL), su etching in ambiente liquido (uso di soluzioni BOE per l’etching di ossido di silicio) ed etching con uso di plasma gassosi in macchine di tipo ICP (Inductively Coupled Plasma). Con il nostro processo siamo in grado di strutturare superfici con area di estensione fino a 1 cm2 con distribuzione regolare di canali a sezione rettangolare o cavità di forma emisferica, entrambi con dimensioni caratteristiche nel range dei nanometri. In particolare abbiamo realizzato canali di due differenti larghezze (90 e 200 nm) e profondità caratteristica variabile tra 0:5 e 2 µm. Isoterme di adsorbimento misurate con questo tipo di campioni mostrano transizioni nette e reversibili correlabili con la condensazione capillare di argon liquido. La posizione di queste transizioni varia col variare della larghezza dei canali: canali più larghi evidenziano una transizione più vicina alla condensazione liquido-vapore in fase bulk. L’analisi quantitativa di questi risultati, in termini della classica equazione di Kelvin, mostra previsioni in buon accordo con la caratterizzazione diretta dei campioni tramite immagini al SEM. La definizione precisa del profilo della parete del canale è ancora sotto analisi per la conferma delle previsioni teoriche. La fabbricazione dei campioni è stata condotta presso il laboratorio nazionale TASC-INFM in Trieste sotto la supervisione del Dr. Massimo Tormen, mentre la misurazione delle isoterme di adsorbimento è stata condotta nel laboratorio del Prof. Giampaolo Mistura all’Università di Padova
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Hiratsuka, Tatsumasa. "Kinetic Nature of Capillary Condensation in Nanopores." 京都大学 (Kyoto University), 2017. http://hdl.handle.net/2433/225638.
Full text
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ZAMORA, ROBERT RONALD MAGUINA. "INFLUENCE OF CAPILLARY CONDENSATION IN NANOSCALE FRICTION." PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO, 2005. http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=6648@1.
Full textAbstract:
CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICONesta tese, apresentamos um procedimento utilizado para a calibração do fotodetector e dos cantileveres utilizados em nosso AFM para a medida de força lateral. Desenvolvemos um código em Matlab para o controle do microscópio que permitiu a realização do estudo da influência da força normal na fricção. Também foi desenvolvido um segundo código em Matlab para a medida automatizada da adesão. Apresentamos e discutimos a influência da energia livre superficial na fricção e adesão de várias superfícies. Neste trabalho um estudo da influência da condensação capilar na forca lateral foi estudado para superfícies hidrofílicas, e hidrofóbicas. Encontramos que as nano asperezas podem realizar contatos singulares descritos pelo modelo de Hertz ou múltiplos contatos de acordo com o modelo de Greenwood. O tipo de contato entre as nano asperezas pode ser controlado através da hidrofobicidade e da umidade relativa no ambiente de medida. É verificado que os meniscos formados entre ponta e superfície influenciam a força lateral, através do aumento da força normal e também através da energia gasta pela ponta para arrastar ou deformar o capilar durante seu deslocamento sobre a superfície. O efeito da cinética de condensação capilar da água sobre a fricção foi também estudado. É mostrado que a molhabilidade é determinante para a definição dos mecanismos da dissipação de energia entre as nanoasperezas. Apresentamos também a influência da hidrofobicidade superficial no coeficiente de atrito. A correlação observada entre o ângulo de contato e o coeficiente de atrito reforça a importância da cinética da condensação capilar nos processos de fricção que ocorre na escala de nanômetros.
In this work, the procedures developed to the calibration of the AFM photodetector and cantilevers for lateral force measurements in our AFM is presented. A Matlab code that controls the microscope allows the study of the influence of the normal force on the lateral one. A second Matlab code was developed in order to study the adhesion forces in an automated way. We present and discuss the influence of the surface free energy on the friction and adhesion forces. In this work, the lateral forces were measured at hydrophilic and hydrophobic surfaces. It was observed that the nano asperities may form single asperity contacts described by the Hertz model as well as multi-asperity type of contacts described by the Greenwood model. The nanoasperity contact may be controlled by the wettability and ambient relative humidity. It is seen that the capillar formed between the tip and the surface influences the tip-surface normal force and the friction forces due to the dissipation of energy caused by the drag or brake of the capillar meniscous. The effect of capillary condensation kinetics was studied as well. It is shown that the surface wettability is determinant to the energy dissipation mechanism in nanoscale. The influence of the surface wettability on the friction coefficient is presented. The observed correlation between the friction coefficient and contact angle enhances the influence of the surface wettability and its kinetics in the friction forces at nanoscale.
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Darbellay, Georges Alexis. "Wetting and capillary condensation transitions in novel geometries." Thesis, University of Oxford, 1991. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.303592.
Full text
5
Soylemez, Emrecan. "Capillary Kinetics Between Multi Asperity Surfaces." Research Showcase @ CMU, 2014. http://repository.cmu.edu/dissertations/505.
Full textAbstract:
Capillary bridge formation between adjacent surfaces in humid environments is a ubiquitous phenomenon. Capillary forces are important in nature (granular materials, insect locomotion) and in technology (disk drives, adhesion). Although well studied in the equilibrium state, the dynamics of capillary formation merit further investigation. Here, we show that microcantilever crack healing experiments are a viable experimental technique for investigating the influence of capillary nucleation on crack healing between rough surfaces. To demonstrate the effects, a custom micromachine characterization system is built that allows for full environmental control (pressure, humidity, and gas composition) while retaining full micromachine characterization techniques (long working distance interferometry, electrical probe connectivity, actuation scripting capability). The system also includes an effective in situ surface plasma cleaning mechanism. The average spontaneous crack healing velocity, ̅, between plasma-cleaned hydrophilic polycrystalline silicon surfaces of nanoscale roughness is measured. A plot of ̅v versus energy release rate, G, reveals log-linear behavior, while the slope |d[log(v)]/dG| decreases with increasing relative humidity. An interface model that accounts for the nucleation time of water bridges by an activated process is developed to gain insight into the crack healing trends. This methodology enables us to gain insight into capillary bridge dynamics, with a goal of attaining a predictive capability for this important microelectromechanical systems (MEMS) reliability failure mechanism. A variety of alcohol vapors significantly reduce or perhaps eliminate wear in sliding micro-machined contacts. However, these vapors may increase adhesion due to the capillary forces. Equilibrium adhesion energies at various partial pressures are found for n-pentanol (long chain molecule) and ethanol (short chain molecule). For low partial pressures (p/ps=0.3), adhesion energy of n-pentanol is even larger than water.
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Gemici, Zekeriyya. "Effects and applications of capillary condensation in ultrathin nanoparticle assemblies." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2010. http://hdl.handle.net/1721.1/59875.
Full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Chemical Engineering, 2010.Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (p. 176-182).
The electrostatic layer-by-layer (LbL) assembly technique can be used to make uniform, conformal multi-stack nanoparticle thin films from aqueous solution, with precise thickness and roughness control over each stack. Much of the effort in this area has focused on the assembly and characterization of novel nanostructures. However, there is a scarcity of studies addressing critical barriers to commercialization of LbL technology, such as the lack of mechanical durability and the difficulty of incorporating a diverse set of functional organic molecules into aqueous solution-based nanoparticle assemblies. The versatility of existing chemical functionalization methods are limited by requirements for particular substrate surface chemistries, compatible solvents, and concerns over uncontrolled nanoparticle deposition. Here we describe the advantageous use of capillary condensation, a well-known natural phenomenon in nanoporous materials, as a more universal functionalization strategy. Capillary condensation of solvent molecules into nanoporous LbL films was shown to bridge neighboring nanoparticles via a dissolution-redeposition mechanism to impart mechanical durability to otherwise delicate films. In situ crosslinking ability of photosensitive capillary-condensates was demonstrated. Particle size-dependence of the capillary condensation process was studied theoretically and utilized experimentally to modulate refractive index over coating thickness to achieve broadband antireflection (AR) functionality. Multi-stack AR coatings with alternating high- and low-index stacks were also made, and the influence of inter-stack and surface roughness on film transparency were studied quantitatively. The equivalent-stack approximation was utilized and presented as an enabling design tool for fabricating sophisticated solution-based optical coatings. Surface wettability could also be modified using capillary condensation - either by condensation of adventitious vapors during an aging process leading to a loss of optimized film properties, or by advantageous condensation of carefully chosen hydrophobic or hydrophilic molecules to tune wettability. Finally, preliminary Young's moduli measurements of all-nanoparticle and polymer-nanoparticle composite films were made using strain induced elastic buckling instabilities for mechanical measurements (SIEBIMM).
by Gemici Zekeriyya.
Ph.D.
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Sundararajan, Mayur. "X-ray Scattering Study Of Capillary Condensation In Mesoporous Silica." Ohio University / OhioLINK, 2013. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ohiou1355943408.
Full text
8
Nasrallah, Hussein. "Capillary adhesion and friction : an approach with the AFM Circular Mode." Phd thesis, Université du Maine, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00651818.
Full textAbstract:
The aim of this thesis is concerned with the influence of sliding velocity on capillary adhesion at the nanometer scale. In ambient conditions, capillary condensation which is a thermally activated process, allows the formation of a capillary meniscus at the interface between an atomic force microscope (AFM) probe and a substrate. This capillary meniscus leads to a capillary force that acts as an additional normal load on the tip, and affects the adhesion and friction forces. The Atomic Force Microscopy (AFM) offers interesting opportunities for the measurement of surface properties at the nanometer scale. Nevertheless, in the classical imaging mode, limitations are encountered that lead to a non stationary state. These limitations are overcome by implementing a new AFM mode (called Circular AFM mode). By employing the Circular AFM mode, the evolution of the adhesion force vs. the sliding velocity was investigated in ambient conditions on model hydrophilic and hydrophobic surfaces with different physical-chemical surface properties such as hydrophilicity. For hydrophobic surfaces, the adhesion forces or mainly van der Waals forces showed no velocity dependence, whereas, in the case of hydrophilic surfaces, adhesion forces, mainly due to capillary forces follow three regimes. From a threshold value of the sliding velocity, the adhesion forces start decreasing linearly with the logarithm increase of the sliding velocity and vanish at high sliding velocities. This decrease is also observed on a monoasperity contact between a atomically flat mica surface and a smooth probe, thus eliminating the possibility of the kinetics of the capillary condensation being related to a thermally activated nucleation process as usually assumed. Therefore, we propose a model based on a thermally activated growth process of a capillary meniscus, which perfectly explains the experimental results. Based on these results, we focused on directly investigating with the Circular mode the role of capillary adhesion in friction mechanisms. We investigated the influence of the sliding velocity on the friction coefficient, and a decrease following three regimes, similar to the sliding velocity dependence of the capillary adhesion, was observed for hydrophilic surfaces that possess a roughness higher than 0.1 nm. Whereas, an increase of the friction coefficient was observed on hydrophilic (Mica) or hydrophobic (HOPG) atomically flat surfaces that posses a roughness lower than 0.1 nm. However, in this latter case, the three regimes are not established. Finally, on a rough hydrophobic surface, the friction coefficient was sliding velocity independent. A direct comparison with capillary adhesion behavior with the sliding velocity is expected to give new insights to explain this interplay.
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Hung, Francisco Rodolfo. "Capillary Condensation and Freezing of Simple Fluids Confined in Cylindrical Nanopores." NCSU, 2005. http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-08092005-232433/.
Full textAbstract:
We present a molecular simulation study aimed at understanding the phase behavior of pure simple fluids, when they are confined inside nanopores of cylindrical geometry. In this situation, new surface-driven phases can appear, and phase transitions typical of bulk systems (gas-liquid, freezing) can be shifted to different conditions. A fundamental understanding of these phenomena is necessary for applications in separations, catalysis and nanotechnology. Studies of these phenomena can also provide important insights on the effect of surface forces, confinement and reduced dimensionality on the phase behavior of host molecules. We have performed two independent, but directly related studies: (1) freezing of carbon tetrachloride within multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) of different diameters, and (2) capillary condensation and freezing of krypton within templated mesoporous silica materials (MCM-41). MWCNT and MCM-41 are representative of materials with strongly and weakly attractive walls, respectively. In the first part of this project, the structure and thermodynamic stability of the confined phases, as well as the temperatures and the order of the phase transitions were determined using dielectric relaxation spectroscopy measurements and Monte Carlo simulations in the grand canonical ensemble. A rich phase behavior with multiple transition temperatures was observed for such systems. In the second part of this project we developed realistic, atomistic models of MCM-41 type materials that include pore surface roughness and morphological defects in agreement with experimental results. Grand Canonical Monte Carlo simulations show that these variables have a profound influence on gas-liquid and freezing transitions in confinement.
10
Kim, Seonmin. "Surface modification of metal oxide nanoparticles by capillary condensation and its application." College Park, Md. : University of Maryland, 2006. http://hdl.handle.net/1903/3852.
Full textAbstract:
Thesis (Ph. D.) -- University of Maryland, College Park, 2006.Thesis research directed by: Chemical Engineering. Title from t.p. of PDF. Includes bibliographical references. Published by UMI Dissertation Services, Ann Arbor, Mich. Also available in paper.
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Pallares, Gaël. "Analyse multi-échelle des mécanismes de propagation de fissure dans les verres d'oxydes." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20072.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat a pour cadre l'étude des mécanismes physiques qui régissent la propagation d'une fissure dans les verres d'oxydes et questionne notamment l'existence et la portée de mécanismes dissipatifs aux petites échelles. Pour ce faire, la propagation sous critique d'une fissure est pilotée par un chargement en géométrie Double Cleavage Drilled Compression sous environnement contrôlé. Elle fait alors l'objet d'analyses expérimentales in-situ et postmortem sur plus de six décades d'échelles de longueur (du nm au mm) par techniques optiques et microscopie à force atomique (AFM). Une analyse 2D/3D de l'échantillon est réalisée en mécanique linéaire élastique de la rupture pour pouvoir assurer le contrôle à toutes les échelles de l'essai mécanique et exploiter les résultats. L'effet mécanique du condensat capillaire observé par AFM en pointe de fissure est modélisé sur l'exemple du modèle de zone cohésive. Ceci permet d'évaluer la pression de Laplace négative du liquide confiné et d'expliquer le mécanisme de refermeture des fissures. Une technique de corrélation d'image (DIC) est utilisée sur des séries d'images AFM in-situ. Nous montrons que la solution élastique pour le champ de déplacement de surface est valable jusqu'à une distance de 10 nm de la pointe de la fissure. Une étude expérimentale prometteuse de fractoémission a permit l'accès à la taille de la zone d'endommagement nanométrique dans les verres fracturé en régime dynamique. Les fonctions de corrélations de hauteur le long d'images AFM de surfaces de rupture lente ont été analysées. Nous montrons que la longueur de coupure de l'ordre de quelques dizaines de nm, interprétée comme taille de zone d'endommagement, découle plus probablement de la taille finie de la sonde de balayage de l'AFM et qu'en accord avec la DIC, aucune zone d'endommagement de taille supérieure à 20 nm n'est observableThe aim of this thesis is to study the physical mechanisms which govern crack propagation in oxide glasses and to investigate in particular the existence of dissipative mechanisms at small scales. The subcritical crack propagation is controlled by a loading cell on Double Cleavage Drilled Compression samples under controlled atmosphere. Postmortem and in-situ analysis are performed on more than six decades of length scales (from nm to mm) by optical techniques and atomic force microscopy (AFM). An 2D/3D analysis of this sample is realized according to linear elastic fracture mechanics in order to discuss the experimental results and to ensure the mechanical test control at all scales. The mechanical effect of capillary condensation observed by AFM at the crack tip is modelled according to a cohesive zone model. This allows evaluating the negative Laplace pressure in the liquid and explaining the crack closure mechanism in glass. A digital image correlation technique is used on series of consecutive AFM in-situ images. We show that the elastic solution for the surface displacement field is valid up to a distance of 10 nm from the crack tip. A promising experimental study of fractoemission allowed us to access the nanometric process zone size in glasses during dynamic fracture. The height correlation functions along the AFM images of fracture surfaces were analyzed. We show that the cutoff length, found close to few ten nm and preiously interpreted as the process zone size, is most probably due to the finite size of the AFM scanning probe and in agreement with the DIC, no process zone larger than 20 nm is observable
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Lysek, Mark Joseph Goodstein David L. Goodstein David L. "A thermodynamic study of layering and capillary condensation of methane adsorbed on graphite foam /." Diss., Pasadena, Calif. : California Institute of Technology, 1992. http://resolver.caltech.edu/CaltechETD:etd-08142007-090035.
Full text
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Chau, Alexandre. "Theoretical and experimental study of capillary condensation and of its possible application in micro-assembly." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2007. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210619.
Full textAbstract:
Nowadays, the assembly of small (<1mm) components has become an industrial reality. Many domains like MEMS, surgery, telecommunications, car industry, etc. now have large use of micro-parts. At this scale, predominant forces are different than in macroworld. The pieces often undergo adhesion problems. The adhesion forces can be splitted in different components :van der Waals, electrostatics and capillary condensation. This work focuses on capillary condensation as it often can be the major component of the adhesion force. The first part of this work details a review of literature of different fields involved in capillary condensation. A simulation tool is then implemented and theoretically validated in the second part of the work. Finally, a test bed is presented; this bed is then used to experimentally validate the simulation results.
Experiments and simulation results are shown to concord. Therefore, the simulation tool can be used to model the force due to capillary condensation.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Huang, Xixi. "Influence des particules fines sur la stabilité d'un milieu granulaire." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00963654.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est de comprendre l'influence des particules très fines sur le phénomène de ré-agglomération lors du broyage. Des billes de verre de taille 0 à 20 µm avec un pourcentage massique variant entre 0 à 1% sont ajoutées dans un tas granulaire de billes de verre de 200 à 300 µm dans un tambour tournant cylindrique de diamètre et longueur 10 cm. La présence des particules fines montre un effet ambivalent sur la stabilité du tas granulaire. Nous avons établi un diagramme de stabilité du milieu granulaire en fonction de la concentration de particules fines et cherché à quantifier l'effet des fines combiné avec d'autres paramètres (humidité relative et vitesse de rotation du tambour). La stabilité d'un tas granulaire dans un tambour tournant est déterminée par la mesure de son angle maximum de stabilité θm. Dans un premier temps, nous avons étudié l'évolution de cet angle à des vitesses de rotation différentes. Les expériences montrent qu'à faible concentration (< 0; 15%), le tas se déstabilise par avalanches lorsque le tambour tourne, θm diminue lorsqu'on augmente la quantité de fines. Quand la vitesse de rotation augmente, le mouvement du tas évolue du régime d'avalanche intermittent au régime d'écoulement continu. En revanche, lorsque la concentration des fines est supérieure à 0,15%, la déstabilisation du tas se traduit par un phénomène de stick-slip à la paroi du tambour, et la quantité de fines augmente la stabilité du tas. Ce comportement apparemment contradictoire est lié au fait que la localisation de la déstabilisation est modifiée. Dans le régime des faibles concentrations, les avalanches commencent à la surface du tas, et le remplissage de l'espace intermédiaire entre les grosses billes par les fines rend la surface de plus en plus lisse, ce qui déstabilise le tas. Par ailleurs, les fines induisent une augmentation de la cohésion du tas par la nucléation des ponts capillaires entre les grains. Ainsi, dans le régime des fortes concentrations, le tas granulaire se comporte comme un corps solide et la déstabilisation a lieu à l'interface tas-tambour. Nous avons également étudié l'influence de l'humidité relative sur la stabilité et montré que dans le régime de faible concentration de particules fines, la déstabilisation est indépendante de l'humidité. D'autre part dans le régime des hautes teneurs en fines, une humidité relative élevée induit une forte cohésion due à la condensation capillaire entre les grains et le tambour ce qui entraîne une augmentation de l'angle maximum de stabilité.
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Li, Xihao. "Characterization of Perphenazine and Scopolamine Aerosols Generated Using the Capillary Aerosol Generator." VCU Scholars Compass, 2006. http://scholarscompass.vcu.edu/etd/901.
Full textAbstract:
The characterization of perphenazine and scopolamine aerosols generated using the capillary aerosol generator (CAG) was reported. Variables including steady state power, the formulation vehicle, the drug concentration and the formulation flow rate were studied for their effects on the chemical stability and particle size of these drug aerosols.Stability-indicating HPLC and LC-MS assays were developed and validated for perphenazine and scopolamine, respectively. The chemical stability of each compound was investigated under a variety of stress conditions and the structure of degradation products was proposed.Perphenazine aerosols were generated from propylene glycol (PG) formulations with concentrations of 9, 48 and 90mM at formulation flow rates of 2.5 and 5.0µL/s at a series of steady state powers. At higher aerosolization powers, the low concentration formulation (9mM) degraded with dehalogenation being the major pathway. The size of perphenazine aerosols was between 0.4 to 0.6µm. Changing the solute concentration produced only small changes (~0.2µm) in perphenazine aerosol particle size. The formulation flow rate did not significantly affect the aerosol size.Scopolamine degraded significantly when aerosolized in PG formulations. It was possible to generate chemically stable scopolamine aerosols from ethanol formulations. Significant amounts of degradation products were formed only at or above 4.6W at 5.0µL/s. Hydrolysis and dehydration appeared to be the major degradation pathways at higher powers and low formulation flow rate. The MMAD of scopolamine aerosols was between 0.5 and 2.0µm from 8, 20 and 40mM formulations at 5.0 and 10.0µL/s. The size of scopolamine aerosols increased as a function of increasing the solute concentration. Increasing the formulation flow rate increased the linear velocity of the spray, thus the Reynolds number was increased and smaller particles were generated.
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Maeda, Nobuo, and nobuo@engineering ucsb edu. "Phase Transitions of Long-Chain N-Alkanes at Interfaces." The Australian National University. Research School of Physical Sciences and Engineering, 2001. http://thesis.anu.edu.au./public/adt-ANU20011203.151921.
Full textAbstract:
An experimental study of phase transitions of long-chain n-alkanes induced by the effect of interfaces is described.
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The phase behaviour of long-chain n-alkanes (carbon number 14, 16, 17, 18) adsorbed at isolated mica surfaces and confined between two mica surfaces has been studied in the vicinity of and down to several degrees below the bulk melting points, Tm. Using the Surface Force Apparatus we have measured the thickness of alkane films adsorbed from vapour (0.97 [equal to or greater-than] p/p[subscript o] [equal to or greater-than] 0.997), studied capillary condensation transition, subsequent growth of capillary condensates between two surfaces, and phase transitions in both the adsorbed films and the condensates. By measuring the growth rate of the capillary condensates we have identified a transition in the lateral mobility of molecules in the adsorbed films on isolated mica surfaces. This transition to greater mobility occurs slightly above Tm for n-hexadecane, n-heptadecane and n-octadecane but several degrees below Tm for n-tetradecane, and is accompanied by a change in wetting behaviour and a measurable decrease in adsorbed film thickness for n-heptadecane and n-octadecane. Capillary condensates that form below Tm remain liquid, but may freeze if the degree of confinement is reduced by separation of the mica surfaces. An increase in the area of the liquid-vapour interface relative to that of the liquid-mica interface facilitates freezing in the case of the long-chain alkanes, which show surface freezing at the liquid-vapour interface.
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Although thermodynamic properties of the surface freezing transition have been rather well documented, the kinetics involved in formation of such ordered monolayers has so far received very little attention. We studied the surface tension of n-octadecane as a function of temperature in the vicinity of Tm, using the static Wilhelmy plate and the dynamic maximum bubble pressure methods. The two methods give different results on cooling paths, where nucleation of the surface ordered phase is involved, but agree on heating paths, where both methods measure properties of the equilibrium surface phase. On cooling paths, the surface of bubbles may supercool below the equilibrium surface freezing temperature. The onset of surface freezing is marked by a sharp drop in the surface tension. The transition is accompanied by an increased stability of the films resulting in longer bubble lifetimes at the liquid surface, which suggests that the mechanical properties of the surfaces change from liquid-like to solid-like. Our results suggest occurrence of supercooling of the monolayer itself.
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Garoff, Niklas. "The Friction between Paper Surfaces." Doctoral thesis, Stockholm, 2002. http://www.diva-portal.org/kth/theses/abstract.xsql?dbid=3415.
Full text
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Moodley, Shawn. "Gas separation of steam and hydrogen mixtures using an α-alumina-Alumina supported NaA membrane / by S. Moodley." Thesis, North-West University, 2007. http://hdl.handle.net/10394/1890.
Full text
19
Wang, Haisheng. "Modélisation Morphologique et Propriétés de Transport d'Alumines Mésoporeuses." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM045/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail réalisé au Centre de Morphologie Mathématique and IFPEN, on s'intéresse à la microstructure et aux propriétés physiques d'alumines mésoporeuses. Il s'agit d'un supporte de catalyseur utilisés notamment dans les processus industriels de raffinage du pétrole. Fortement poreux, ce matériau est formé de ''plaquettes'' distribuées de manière désordonnée à l'échelle de la dizaine de nanomètres. Les propriétés de transport de masse du support de catalyseur sont fortement influencées par la morphologie de la microstructure poreuse. Ce travail porte sur la modélisation de la microstructure et des propriétés de transport des alumines mésoporeuses, à l'aide d'outils numériques et théoriques dérivés de l'analyse d'image et de la théorie des ensembles aléatoires. D'une part, on met en place des méthodes de caractérisation et de modélisation des microstructures, qui s'appuient sur, entre autre, des images obtenues par microscopie électronique en transmission (MET) et des courbes de porosimétrie azote. D'autre part, on utilise des méthodes d'homogénéisation numérique à champs complets par transformées de Fourier rapide (FFT).Dans un premier temps, le matériau est caractérisé expérimentalement par porosimétrie azote et résonance magnétique nucléaire à gradient de champ pulsé (RMN-GCP). Les images MET sont obtenus sur des échantillons d'épaisseur variable, filtrées et caractérisés par des fonctions de corrélation, notamment. Le bruit à haute fréquence issu de la membrane de carbone est identifié et pris en compte dans la modélisation de l'imagerie MET. À partir des images MET 2D, un modèle aléatoire à deux échelles est proposé pour représenter la microstructure 3D. Il prend en compte la forme des plaquettes d'alumines, leurs tailles, les effets d'alignement locaux et d'agrégation, qui sont identifiés numériquement. La procédure est validée à l'aide de comparaisons entre modèle et images expérimentales, en terme notamment de fonctions de corrélation et de surface spécifique, mesurées par porosimétrie azote.Dans un deuxième temps, une méthode de simulation des courbes d'isothermes de porosimétrie dans des milieux poreux périodiques ou aléatoires est développée. Basée sur des opérations morphologiques simples, elle étend un travail antérieur sur la porosimétrie au mercure. L'adsorption multicouche à basse pression est simulée à l'aide d'une dilatation tandis que les ménisques de l'interface vapeur-liquide intervenant pendant l'adsorption sont simulés à l'aide de fermetures de la phase solide par des éléments structurants sphériques. Pour simuler la désorption, une combinaison de fermetures et de bouchages de trou est utilisée. Le seuil de désorption est obtenu par une analyse de la percolation de la phase gazeuse. La méthode, d'abord validée sur des géométries simples, est comparée à des résultats antérieurs. Elle prédit une hystérésis et les distributions de pores associées à la porosimétrie. Nous l'appliquons aux modèles de microstructures 3D d'alumines mésoporeuses et proposons un modèle à trois échelles afin de rendre compte du seuil de pression pendant la désorption. En plus de la courbe de désorption, ce modèle reproduit les fonctions de corrélation mesurées sur les images MET.Dans un troisième temps, la diffusion de Fick, la perméabilité de Darcy, et les propriétés élastiques sont prédits à l'aide de calculs de champs complets par FFT sur des réalisations des modèles d'alumines mésoporeuses à deux et trois échelles. Les coefficients de diffusion effectifs et les facteurs de tortuosité sont prédits à partir de l'estimation du flux. Sont étudiés les effets de forme, d'alignement et d'agrégation des plaquettes sur les propriétés de diffusion à grande échelle. Les prédictions numériques sont validées au moyen des résultats expérimentaux obtenus par méthode RMN-GCPIn a work made at Centre de Morphologie Mathématique and IFPEN, we study the microstructure and physical properties of mesoporous alumina. This is a catalyst carrier used in the petroleum refining industry. Highly porous, it contains disordered ''platelets'' at the nanoscale. The mass transport properties of the catalyst carrier are strongly influenced by the morphology of the porous microstructure. We focus on the modeling of the microstructure and of transport properties of mesoporous alumina, using numerical and theoretical tools derived from image analysis and random sets models. On the one hand, methods are developed to characterize and model the microstructure, by extracting and combining information from transmission electron microscope (TEM) images and nitrogen porosimetry curves, among others. On the other hand, the numerical homogenization relies on full-field Fourier transform computations (FFT).The material is first characterized experimentally by nitrogen porosimetry and pulse-field gradient nuclear magnetic resonance (PFG-NMR). TEM images, obtained on samples of various thicknesses are filtered and measured in terms of correlation function. The high-frequency noise caused by carbon membrane support is identified and integrated in the TEM image model. Based on the 2D TEM images, a two-scale random set model of 3D microstructure is developed. It takes into account the platelet shape, platelet size, local alignments and aggregations effects which are numerically identified. The procedure is validated by comparing the model and experimental images in terms of correlation function and specific surface area estimated by nitrogen porosimetry.Next, a procedure is proposed to simulate porosimetry isotherms in general porous media, including random microstructures. Based on simple morphological operations, it extends an earlier approach of mercury porosimetry. Multilayer adsorption at low pressure is simulated by a dilation operation whereas the menisci of the vapor-liquid interface occurring during adsorption are simulated by closing the solid phase with spherical structuring elements. To simulate desorption, a combination of closing and hole-filling operations is used. The desorption threshold is obtained from a percolation analysis of the gaseous phase. The method, validated first on simple geometries, is compared to previous results of the literature, allowing us to predict the hysteresis and pore size distribution associated to porosimetry. It is applied on 3D microstructures of mesoporous alumina. To account for the pressure threshold during desorption, we propose a refined three-scale model for mesoporous alumina, that reproduces the correlation function and the desorption branch of porosimetry isotherms.Finally, Fick diffusion, Darcy permeability, and elastic moduli are numerically predicted using the FFT method and the two-scale and three-scale models of mesoporous alumina. The hindering effects in diffusion are estimated by the Renkin's equation. The effective diffusion coefficients and the tortuosity factors are estimated from the flux field, taking into account hindering effects. The effects of platelet shape, alignment and aggregation on the diffusion property are studied. The numerical estimation is validated from experimental PFG-NMR results
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PUKHOVA, VALENTINA. "DYNAMIC ATOMIC FORCE MICROSCOPY RESOLVED BY WAVELET TRANSFORM." Doctoral thesis, Università degli Studi di Milano, 2015. http://hdl.handle.net/2434/259234.
Full textAbstract:
Atomic Force Microscopy (AFM) is perhaps the most significant member of the scanning probe microscopes family and, because of its capability of working in air and liquid environments with virtually no limitations on imaging conditions and types of samples, it is definitely one of the most widely used. It has become an indispensable tool to measure mechanical properties at the nanoscale in various research contexts.
Scanning probes used in AFM are micromechanical oscillators (typically cantilevers) and the theory of AFM dynamics is based on the analysis of the oscillating modes of beam resonators or the simpler spring-mass model. Cantilevers can be driven by the thermal excitation and/or an external driver. Usually cantilevers are driven near resonances corresponding to flexural eigenmodes that can be described as damped harmonic oscillators. Advanced techniques consider multifrequency excitation or band excitation to broaden the measurable events in tip-sample interactions, thus expanding the variety of sample properties that can be accessed.
Multifrequency methods imply excitation and/or detection of several frequencies of the cantilever oscillations and concern the associated nonlinear cantilever dynamics. Such excitation/detection schemes provide higher resolution and sensitivity to materials properties such as the elastic constants and the sample chemical environment with lateral resolution in the nanometer range. In order to measure these parameters, information on peak force of interaction, energy dissipation and contact dynamics is required. Techniques to measure the parameters of the cantilever in the stationary regime are well established. In dynamics methods the external driver (thermal noise, piezoelectric driver, etc.) excites the cantilever and a number of techniques have been implemented to gain information from the tip-sample interactions, but usually the interaction of the tip with the surface is revealed by the modification of the average value of the amplitude, frequency or phase shift over many oscillation cycles. Reconstruction of the complete evolution of the interaction force between the tip and the sample surface during a single interaction event is not even considered.
As an alternative to these well established techniques and to push further the AFM possibilities, it is important to examine the possibility of analyzing single-event or impulsive interactions. This opens the possibility to capture the information conveyed by the sensing tip in a single interaction,
in contrast to the cycle average used in many dynamic techniques. The single-event interactions are basically of the impact kind, with the simultaneous excitation of many cantilever eigenmodes and/or harmonics. The averaging techniques provide superior sensibility, allowing to probe
the details of force interactions down to the molecular level, but to study single-event interactions it is mandatory to provide analysis techniques that are able to characterize all excited cantilever oscillation modes at once without averaging. The temporal evolution of the amplitude, phase and frequency during few oscillation cycles of the cantilever provides information that cannot be obtained with standard methods. In the present thesis a data analysis method allowing to retrieve these quantities during an impulsive cantilever excitation is proposed.
This thesis concentrates on the dynamics of the flexural modes of the thermally driven cantilever in air when its tip is excited by a single impact on the sample surface. The signal analysis is based on the combination of wavelet and Fourier transforms that can be applied to a broad class of
AFM impulsive measurements. To exemplify the method, a short time interval around the jump-to-contact (JTC) transition in ambient conditions is investigated, with the aim to characterize the transient excitation of the cantilever eigenmodes before and after the impact. The experimental evidences that high-order flexural modes are excited in air upon a single impact tip–sample interaction induced by the JTC transition are presented. The way to retrieve information about the instantaneous total force act ing on the cantilever tip, contact dynamics and energy dissipation at all frequencies simultaneously, without averaging or interruption, is developed. The exploration of these transient conditions of the cantilever is not possible with dynamic techniques based on the resonant driving or using Fourier transform analysis alone.
The analysis presented in this work is useful to deal with nonrepeatable experiments and to determine the exact single interaction dynamics in terms of the full cantilever spectral excitations, features that are not normally considered in dynamical AFM techniques.
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Devečka, Viktor. "Náhrada expanzního ventilu kapilární trubicí." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2016. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-254385.
Full textAbstract:
V súčasnosti sa kladie veľký dôraz na znižovanie produkcie emisií, čistotu a kvalitu životného prostredia. Tieto trendy sa týkajú všetkých odvetví, tak isto aj stavebného priemyslu a vykurovania budov. Doposiaľ bolo najrozšírenejším typom vykurovania spaľovanie fosílnych palív. Do popredia sa však dostávajú tepelné čerpadlá a začínajú zaberať výrazný podiel trhu. Kvôli dopytu po tepelných čerpadlách vzrastá počet výrobcov a konkurencia. Cieľom výrobcov je zvyšovanie účinnosti tepelných čerpadiel a zároveň znižovanie výrobných nákladov na dosiahnutie lepšej pozície na trhu. Predložená práca sa zaoberá procesmi prebiehajúcimi v chladivovom okruhu tepelného čerpadla. Skúma správanie chladiva počas kondenzácie a možnosti zvýšenia účinnosti tepelného čerpadla. Zvýšenie účinnosti je dosiahnuté podchladením chladiva počas kondenzácie na zvýšenie tepelných ziskov. To je dosiahnuté zaradením druhého elektronického expanzného ventilu za kondenzátorom. Táto technológia je však finančne náročná. Práca sa zaoberá výpočtom kapiláry na základe praktických meraní, ktorá bude zadržiavať chladivo v kondenzátore a bude plniť podobnú úlohu ako expanzný ventil. Následne sú porovnané výsledky jednotlivých meraní. Výsledky sú porovnané voči jednoduchému systému, kde nedochádza k podchladeniu chladiva. V závere práce je analýza výsledkov jednotlivých systémov.
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Restagno, Frédéric. "Interactions entre contacts solides et cinétique de la condensation capillaire. Aspects macroscopiques et aspects microscopiques." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001627.
Full textAbstract:
L'angle d?avalanche d'un tas de billes de verre dans un cylindre est modifié en présence deforces de cohésion. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l'étude de l'évolution lente,
ou «vieillissement», de l'angle d'avalanche avec l'âge du tas. Nous avons montré que l'augmentation logarithmique
du coefficient de friction effectif entre les billes dépend de l'humidité de l'atmosphère, ce
qui peut être expliqué quantitativement par une augmentation progressive de la force d'adhésion due à
la condensation de liquide entre les grains. Nous avons également mis en évidence d'autres paramètres
influençant le vieillissement : usure, position du tas au repos ; et observé des effets de vieillissement en
présence d'éthanol. Nous avons étudié en détail la métastabilité et les effets de nucléation de la condensation
capillaire. Nous avons calculé l'énergie d'activation pour condenser un pont liquide entre deux surfaces
parallèles parfaitement lisses. Cette énergie d'activation diverge quand la taille du confinement s'approche
de la distance critique de nucléation. Ainsi, l'énergie d?activation est très souvent très supérieure à l'énergie
d'agitation thermique. Nous avons ensuite montré qu'il est possible de faire un modèle de condensation
capillaire thermiquement activé entre les rugosités des billes qui rend compte de la dépendance temporelle
du vieillissement observé avec les billes de verre. Enfin, nous avons construit un appareil à forces de surface
qui permet d'étudier les interactions statiques et dynamiques entre les surfaces à l'échelle du rayon de Kelvin,
c'est à dire à l'échelle du nanomètre. Après avoir décrit le principe et les performances de cet appareil,
nous exposons des premiers résultats concernant la nanorhéologie de fluides simples en milieu confiné ainsi
que des mesures de la dépendance de la force d'adhésion entre des surfaces de verre par rapport à la force
normale et au temps de contact.
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Restagno, Frédéric. "Interactions entre contacts solides et cinetique de la condensation capillaire. Aspects macroscopiques et aspects microscopiques." Lyon, École normale supérieure (sciences), 2000. http://www.theses.fr/2000ENSL0173.
Full textAbstract:
L'angle de stabilite maximale ou angle d'avalanche d'un tas de billes de verre dans un cylindre est modifie en presence de forces de cohesion. Nous nous sommes interesses dans un premier temps a l'etude de l'evolution lente, ou vieillissement, de l'angle d'avalanche avec l'age du tas. Nous avons montre que l'augmentation logarithmique du coefficient de friction effectif entre les billes depend de l'humidite de l'atmosphere, ce qui peut etre explique quantitativement par une augmentation progressive de la force d'adhesion due a la condensation de liquide entre les grains. Nous avons egalement mis en evidence d'autres parametres influencant le vieillissement : usure, position du tas au repos ; et observe des effets de vieillissement en presence d'ethanol. Nous avons etudie en detail la metastabilite et les effets de nucleation de la condensation capillaire. Nous avons calcule l'energie d'activation pour condenser un pont liquide entre deux surfaces paralleles parfaitement lisses. Cette energie d'activation diverge quand la taille du confinement s'approche de la distance critique de nucleation. Ainsi, l'energie d'activation est tres souvent tres superieure a l'energie d'agitation thermique. Ce resultat est rapproche des experiences de condensation capillaire dans les milieux mesoporeux et les machines a forces de surfaces. Nous avons ensuite montre qu'il est possible de faire un modele de condensation capillaire thermiquement active entre les rugosites des billes qui rend compte de la dependance temporelle du vieillissement observe avec les billes de verre. Enfin, nous avons construit un appareil a forces de surface qui permet d'etudier les interactions statiques et dynamiques entre les surfaces a l'echelle du rayon de kelvin, c'est a dire a l'echelle du nanometre. Apres avoir decrit le principe et les performances de cet appareil, nous exposons des premiers resultats concernant la nanorheologie de fluides simples en milieu confine ainsi que des mesures de la dependance de la force d'adhesion entre des surfaces de verre par rapport a la force normale et au temps de contact.
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Detcheverry, François. "Condensation capillaire et transitions hors d'équilibre dans les milieux poreux désordonnés : l'exemple des aérogels de silice." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011232.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est la compréhension théorique des phénomènes d'adsorption dans les aérogels de silice. En dépit de leur très haute porosité, les aérogels modifient profondément les propriétés du fluide adsorbé. Le caractère hors d'équilibre du système se traduit par la présence d'hystérésis dans les isothermes d'adsorption. Plusieurs groupes expérimentaux ont mis en évidence l'influence remarquable de la température et de la porosité sur la morphologie des boucles d'hystérésis. Ni l'approche traditionnelle des phénomènes de condensation capillaire dans les solides mésoporeux ni les propriétés d'équilibre du modèle d'Ising en champ aléatoire (RFIM) ne permettent d'expliquer ces observations.Notre modélisation prend pleinement en compte le caractère désordonné et hors d'équilibre du système fluide-aérogel. Le fluide est représenté par un gaz sur réseau et l'aérogel est décrit de manière réaliste à l'aide d'un algorithme d'agrégation de "clusters" limitée par diffusion (DLCA). Le caractère "coarse-grained" de notre description permet d'étudier les phénomènes collectifs se produisant à une échelle supérieure à celle des cavités de l'aérogel. Le modèle est traité dans le cadre d'une théorie de champ moyen local, qui définit un paysage de grand potentiel. On peut négliger les processus activés, comme le suggèrent les expériences, et le système-modèle évolue dès lors dans ce paysage selon une dynamique de température nulle, ne changeant de configuration que lorsqu'un paramètre extérieur (potentiel chimique) est modifié.
Cette modélisation nous permet d'élucider la nature des phénomènes d'adsorption. Le désordre imposé par l'aérogel induit, pour une température assez basse, un paysage de grand potentiel complexe, caractérisé par un grand nombre d'états métastables. Le système y évolue par une succession d'avalanches, qui sont des événements irréversibles de condensation (ou d'évaporation) en général microscopiques. Cette dynamique d'avalanche dans un paysage complexe est à l'origine de l'hystérésis. La forme des boucles d'hystérésis dépend du mécanisme à l'oeuvre, mécanismes qui diffèrent à l'adsorption et à la désorption, et changent avec la porosité et la température. On observe en particulier des transitions de phase hors d'équilibre identiques à celles qui existent dans le RFIM à température nulle. A l'adsorption, l'isotherme est soit discontinue soit continue selon qu'il existe une avalanche de taille macroscopique ou des avalanches seulement microscopiques ; ces deux régimes sont séparées par une ligne critique correspondant à la transition d'avalanche. A la désorption, trois mécanismes distincts sont mis en évidence : le premier est la cavitation, les deux autres sont des transitions qui mettent en jeu l'interface entre le fluide adsorbé et le réservoir de gaz : transition de percolation d'invasion et transition de dépiégeage. Nous montrons que de manière générale, il est difficile d'établir un lien direct entre la structure de l'aérogel et les caractéristiques des isothermes.
Dans la dernière partie de ce travail, nous étudions le rapport entre métastabilité et hystérésis en considérant le cas du RFIM sur réseau de Bethe à température nulle. Par des calculs analytiques, nous établissons un lien entre la boucle d'hystérésis et la répartition des états métastables dans le plan champ magnétique-aimantation.
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Grimaldi, Antoine. "Etude par AFM de la condensation capillaire à la pointe de fissure dans un verre de silice." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20246.
Full textAbstract:
Le phénomène de la corrosion sous contraintes permet d'expliquer la fracture des verres en deçà de leur seuil de rupture. Il peut induire la ruine des produits verriers tels que les verres à vitre ou les fibres optiques en permettant à des fissures de surface de se propager même sous des contraintes faibles. Le système expérimental basé sur la microscopie à force atomique (AFM) permet de caractériser in-situ et en atmosphère contrôlée les phénomènes se déroulant en pointe de fissure. Cette thèse s'intéresse particulièrement à la condensation capillaire qui prend place en pointe de fissure dans les verres de silice. Dans une première phase, nous nous avons par le biais de l'imagerie de phase AFM montré l'existence d'une phase liquide en pointe de fissure. Nous nous sommes également intéressé à caractériser les biais pouvant être introduit dans nos mesures. Dans une deuxième partie, nous avons étudié l'état d'équilibre du système vapeur/liquide en fonction de plusieurs paramètres extérieurs tels que l'humidité ou la modification de l'ouverture du profil de fissure via les forces externes. Nous avons démontré que le condensat restait à l'équilibre thermodynamique. Nous avons ainsi pu extraire une distance critique de condensation dans notre système. Enfin dans une troisième partie nous nous avons par une étude sur le seuil de refermeture estimé l'impact des forces internes dû à ce condensat capillaire. Nous avons ainsi pu affiner notre estimation des distances critiques de condensation capillaire et extraire une valeur pour la pression de Laplace à l'intérieur de notre liquide, ce qui nous a permis de mieux comprendre le vieillissement du condensat dans le tempsThe phenomenon of stress corrosion is responsible for the slow crack propagation in glasses below their breaking point. In applications where glass components such as windows, fiber optic cables or glass containers are subjected to stresses, failure always occurs by the extension of a crack originated near the surface of the glass. The stress corrosion mechanisms acting et the nanoscale are still debated. The experimental set-up allows us to track the propagation of the crack tip in pure mode I (opening mode) by means of optical and atomic force microscopes (AFM) in real time (in-situ) condition and in a carefully controlled atmosphere. This work focuses specially on the capillary condensation that occurs at the crack tip in silica glass. In a first part, we have shown by using AFM phase imaging the existence of a liquid phase at the crack tip. We have focused in identifying all the bias induced by the external parameters in our measurement. In a second part, we have studied the equilibrium properties of this liquid/vapour system, and shown the existence of a critical distance of condensation between the two lips of the crack that increases with the humidity. At last, we have studied the impact of the internal forces du to the capillary condensation on the crack opening profile. By studying the crack closure we have been able to correct our estimation on the critical distance and extract the value of the Laplace pressure of the liquid. This allowed us to quantify the aging if the condensed phase through the evolution of its wetting properties
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Detcheverry, François. "Condensation capillaire et transitions hors d' équilibre dans les milieux poreux désordonnées : l' exemple des aérogels de silice." Paris 6, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011232.
Full text
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El, Mghari Hicham. "Étude expérimentale et numérique de la condensation capillaire d’une vapeur dans un micro-canal : Impact de la géométrie." Caen, 2014. http://www.theses.fr/2014CAEN2023.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est une contribution à la modélisation numérique et expérimentale d’un micro-condenseur dont le circuit primaire est constitué d’un capillaire à section circulaire ou non-circulaire, refroidit par une densité de flux constante et alimenté par un flux massique de vapeur. Ainsi, un banc d’essais expérimental a été élaboré pour caractériser l’écoulement diphasique (liquide-vapeur) à l’intérieur du micro-canal en fonction des conditions de refroidissement (puissance, débit et température), de la vitesse massique de la vapeur à l’entrée du micro-canal et du diamètre hydraulique. Une attention toute particulière est portée sur la structure de l’écoulement déterminée par le traitement d’images vidéo. Les données issues du traitement des images, couplées à celles fournies par les autres capteurs de pressions et de températures, ont permis d’analyser sous différents angles les caractéristiques de l’écoulement. Parallèlement à cette approche expérimentale, la modélisation numérique de la condensation annulaire dans un micro-canal à section non-circulaire a été menée. L’impact de la géométrie du capillaire sur des grandeurs physiques spécifiques, est mis en évidence. Ce modèle stationnaire a permis une meilleure compréhension des mécanismes qui dominent l’écoulement diphasique, de prédire l’extension de la zone de condensation et d’analyser les effets tant physiques que géométriques sur la fiabilité d’un micro-condenseur. Ce travail a été clôturé par une étude préliminaire de la condensation capillaire des nano-fluides dans un micro-canal à section carréeThis work presents experimental and numerical studies of condensation heat transfer in microcapillary tube. The experimental section is consituted by a transparent circular or non-circular microtube cooled by a constnt heat flux and alimented by a vapor mass flux. Experimental set up is elaborated to characterize the two-phase flow (liquid-vapor) inside the microchannel as a function of cooling conditions (power, mass flux and temperature), velocity and hydraulic diameter. A particular attention is focussed to the flow structure determined by images processing. Experimental results concerning pressure and temperature of condensing flow combined to image processing data are used to characterize the flow. Numerical modeling of annular condensing flow in micro-channel is conducted. Effect of tube geometry on the physical characterictics is investigated. At the end of this work, a preliminary study of condensation of nanofluids in a square microcapillary tube is conducted
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Joncourt, Laurent. "Réactivité des matériaux carbones vis-à-vis du sodium." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0200.
Full textAbstract:
La fixation du sodium a été étudiée dans différents matériaux carbonés, principalement trois cokes de brai graphitisables et sept anthracites de provenances différentes. Ces matériaux constituent en effet les revêtements cathodiques des cuves d’électrolyse servant à la production de l’aluminium et on pense que la pénétration (insertion) du sodium dans ces matériaux carbonés est responsable de leur dégradation. Nous nous sommes tout d’abord attachés à décrire l’évolution de ces matériaux au cours du traitement thermique. Les anthracites sont des matériaux hétérogènes, poreux et polyphasés qui évoluent brutalement entre 2000°C et 2400°C suivant leur provenance pour devenir des carbones graphitisables ou du moins partiellement graphitisables. Trois modes de fixation de sodium ont été observés : insertion, adsorption et condensation capillaire. Pour tous ces carbones non graphitisés, le paramètre déterminant pour l’insertion est la température de traitement thermique : plus celle-ci est élevée, plus la quantité de sodium inséré est faible. Enfin plus le matériau est poreux plus les phénomènes de sorption sont importantsThis work is related to the interaction of sodium with carbon materials in particular with three graphitizable pitch coke and seven different anthracites. Indeed, these carbons are widely used as cathodic materials in the aluminum electrolysis cells, and there is a general agreement that the penetration of sodium atoms is responsible of the swelling and subsequent destruction of the electrode. At first, we tried to describe the evolution of the microtexture of these materials during heat treatment. Our results (X ray diffraction, Raman spectroscopy and pycnometry) show that the anthracites are highly porous, heterogeneous compounds. They are found to evolue at about 2000-2400°C to become partially graphitizable carbons. Concerning the interaction of sodium with these materials, three phenomena are observed : intercalation, adsorption and capillary condensation. The sodium intercalation is found to be very sensitive to the previous heat treatment temperature : the uptake of intercalated sodium is all the more important the heat treatment temperature is lower. The non-intercalated sodium uptake is correlated to the porous texture of these materials
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Knorst-Fouran, Auriane. "Contribution à l’étude de propriétés interfaciales d’alcanes confinés par simulation moléculaire de type Monte Carlo." Pau, 2010. http://www.theses.fr/2010PAUU3027.
Full textAbstract:
Ce travail concerne la modélisation de propriétés interfaciales d’alcanes linéaires confinés dans des pores plan/plan, telles que la quantité adsorbée ou la tension interfaciale par la simulation moléculaire de type Monte Carlo. Les calculs ont été réalisés dans les conditions thermodynamiques variées allant de pressions et températures très faibles jusqu’à des valeurs élevées rencontrées typiquement dans les réservoirs. Nous avons mené une étude de sensibilité concernant trois potentiels d’interaction classiquement utilisés, regardé l’influence du confinement géométrique et des conditions thermodynamiques sur le méthane confiné, calculé la chaleur isostérique d’adsorption et mis en évidence le phénomène de condensation capillaire. Les résultats d’isotherme d’adsorption obtenus par simulation ont été confrontés avec succès à des résultats expérimentaux. Cette comparaison a également permis de mettre en évidence l’importance de la caractérisation du milieu poreux lors de l’estimation de l’isotherme d’adsorption. Le comportement d’alcanes linéaires de plus longue chaine a également été étudiéThis work concerns the modelling of interfacial properties of linear alkanes confined in slit pores, such as adsorbed quantities or interfacial tension by the Monte Carlo molecular simulation. The simulations were performed at various thermodynamic conditions ranging from very low pressures and temperatures to higher values typical of reservoirs. We have studied the influence of three classical interaction potentials, the effect of confinement and thermodynamic conditions on confined methane, the isosteric heat of adsorption and the phenomenon of capillary condensation. Adsorption isotherms obtained with Monte Carlo simulation were successfully compared with experimental results. This study has also underlined the impact of the porous media characterization on the estimation of adsorption. The behavior of alkanes with longer chains was also determined
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Dourdain, Sandrine. "Caractérisation structurale, poreuse et mécanique de films minces de silice mésoporeuse.Influence de la fonctionnalisation." Phd thesis, Université du Maine, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00201895.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a porté sur la synthèse et la caractérisation de films minces de silice mésoporeuse. La synthèse de ces matériaux est basée sur l'auto-organisation de tensioactifs qui permettent de structurer à l'échelle nanométrique un squelette, constitué ici d'un gel de silice.Les paramètres pertinents influençant la structuration des films minces ont été appréhendés. En particulier, des études in situ par réflectivité des rayons X et par Diffusion en incidence rasante des rayons X (Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering, GISAXS), ont permis de mettre en évidence le rôle prédominant de l'humidité relative. Des protocoles d'extraction par rinçage à l'éthanol ont été établis pour dégager efficacement les structures mésoporeuses sans les écraser.
Une méthode d'analyse de la porosité des films minces a ensuite été développée. Cette méthode est basée sur l'analyse quantitative des courbes de réflectivité par la méthode matricielle. Complémentée par l'analyse des clichés GISAXS, elle nous a permis de déterminer sur couche mince non seulement la porosité, la taille des pores et des murs mais aussi la surface spécifique et la distorsion des pores.
Les pores de ces films mésoporeux ont une dimension idéale pour y parfaire l'étude de la condensation capillaire de l'eau. Quand l'eau pénètre dans les pores, le contraste de densité électronique décroît fortement. Ainsi, les techniques de diffusion des rayons X (réflectivité et GISAXS) permettent de suivre les isothermes de condensation et de désorption de l'eau dans les pores. La distribution de taille des pores peut alors être obtenue. Les isothermes d'adsorption d'eau ont permis également d'estimer la porosité, mais aussi d'appréhender par le biais de l'équation de Laplace, les propriétés mécaniques des films en accédant à leur module d'Young.
Finalement nous avons conclu cette thèse par l'étude de la fonctionnalisation des films par divers groupements fonctionnels localisés à la surface des mésopores, dans l'optique de modifier leur hydrophilicité ou leur réactivité chimique.
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Baudequin, Maud. "Identification des mécanismes physiques mis en jeu lors de la reprise d'épaisseur de la laine de verre." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066556.
Full text
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Girardot, Marie. "Aptamères et électrophorèse capillaire : caractérisation physico-chimique d'aptamères libres en solution ou greffés sur des nanoparticules, et étude de leur affinité avec une cible protéique en vue de leur emploi pour des méthodes sensibles de diagnostic." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00553765.
Full textAbstract:
Les aptamères sont de courts oligonucléotides sélectionnés par le procédé SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment), présentant une affinité et une spécificité élevée pour leur cible. Ce travail porte sur la caractérisation physico-chimique d'aptamères et l'étude de leur affinité avec leur cible, par électrophorèse capillaire, à travers l'exemple d'un aptamère dirigé contre une cible protéique fortement basique, le lysozyme. Après évaluation de différents traitements de surface du capillaire, la modification permanente par l'hydroxypropylcellulose a été retenue afin de limiter l'adsorption protéique tout en restant compatible avec l'analyse de l'aptamère. Le comportement électrophorétique de l'aptamère en présence de différents cations en solution a ensuite été étudié par électrophorèse capillaire d'affinité (ACE), mettant en évidence dans le cas d'un dication une interaction significative pouvant induire un changement de conformation de l'aptamère, et donc susceptible d'influer sur l'interaction avec la cible. Le développement d'une méthode d'analyse frontale électrocinétique en microsystème (FACMCE) avec détection de fluorescence a permis de déterminer les paramètres de l'interaction aptamère-lysozyme, ainsi que l'influence des conditions expérimentales sur l'affinité. Enfin, des nanoparticules magnétiques fluorescentes cœur/coquille ont été fonctionnalisées par l'aptamère puis caractérisées par électrophorèse capillaire de zone (CZE). L'étude par FACMCE de l'interaction entre l'aptamère greffé et le lysozyme a montré une affinité similaire à celle de l'aptamère libre, permettant ainsi d'envisager l'utilisation future de ces objets comme outils de bio-reconnaissance moléculaire.
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Kohonen, Mika M. "Experiments on capillary condensation." Phd thesis, 2001. http://hdl.handle.net/1885/147616.
Full text
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Qiao, Ying. "On adsorption, wetting and capillary condensation." Phd thesis, 2001. http://hdl.handle.net/1885/148082.
Full text
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Wanless, Erica Joy. "Adsorption at interfaces : electrodeposition & capillary condensation." Phd thesis, 1994. http://hdl.handle.net/1885/139971.
Full text
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Lilly, Michael Patrick. "Hysteretic capillary condensation and avalanche phenomena of He(4) in Nuclepore." 1997. https://scholarworks.umass.edu/dissertations/AAI9721469.
Full textAbstract:
We report capacitive measurements of the hysteresis and avalanche properties of $\sp4$He in Nuclepore. Hysteresis was measured on global loops and subloops for Nuclepore with 30 nm and 200 nm diameter pores. Subloops exhibit the property of return point memory, but subloops between the same chemical potential end points were not congruent. The failure of congruence showed that the Preisach model, in which the pores do not interact, does not describe this system. Modification of the Preisach model to allow for pore intersection within the membrane resulted in qualitative agreement with the data. Using a model for hystersis by Mason which included pore-pore interactions, we calculated the pore size distribution for Nuclepore. Close examination of the primary desorption curve resulted in the observation of large groups of pores draining together. This was the first observation of avalanches in the draining of fluid from a porous material. The properties of the avalanches were documented for 200 nm and 30 nm pore diameter Nuclepore. Using two capacitors on the same Nuclepore substrate, we found that avalanche events were spatially extended involving a low density of pores. With a composite porous/nonporous sample we showed that pore coupling occurred via the superfluid $\sp4$He film.
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Ting-Rong, Lu, and 呂定蓉. "Measurement of DNA Counterion Condensation Due To Charge and Conformation Changes by Capillary Electrophoresis." Thesis, 2001. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/70317825389247982237.
Full textAbstract:
碩士淡江大學
化學學系
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DNA, a biopolymer bearing high negative charge, would be neutralized by electrostatic reaction with cationic counterions. In this study we measured DNA charge and conformation changes induced by the competing binding reactions of monovalent and multivalent counterions with DNA by using capillary electrophoresis techniques. The measured DNA mobility reduction after charge neutralization reaction could be used for the calculations of charge neutralization fraction and end-to-end distance change. The effects of cationic charge and concentration, ionic strength, DNA fragment size, and electroosmotic flow on the reductions of DNA electrophoretic mobilities were investigated. Three electrophoretic migration modes were observed for DNA fragments in the size range of 72 bp to 23.13kbp in this study. The measured charge neutralization fractions increased with increasing DNA fragment sizes and reached a plateau value (e.g., 0.873 for [Mg2+]=1000μΜ，0.25×TB, which was close to the DNA collapse point.) when the corresponding DNA fragments adopted the reptation with stretching model as the electrophoretic migration mechanism. We observed an increase in DNA charge neutralization fraction and a decrease in its end-to-end distance when increasing multivalent cation concentration or decreasing the ionic strength of the buffer. This observation was in agreement with the prediction of Manning’s counterion condensation theory. Under equivalent ionic strength, the charge neutralization abilities of various multivalent cations studied had the order of Spermine4+ > Co(NH3)63+ > Spermidine3+ > Mg2+ > Co2+ > Zn2+ > Cu2+. This order was the same as the result obtained for the calculation of end-to end distance change.
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Lysek, Mark Joseph. "A thermodynamic study of layering and capillary condensation of methane adsorbed on graphite foam." Thesis, 1992. https://thesis.library.caltech.edu/3119/1/Lysek_mj_1992.pdf.
Full textAbstract:
Multilayer films of methane adsorbed on graphite foam have been studied using heat capacity and vapor pressure measurements. An automated, high resolution differential calorimeter was designed and constructed that yielded far better data in much less time. It was found that capillary condensate in the pores of the graphite foam coexists with uniform films as thin as 1.1 layers. Heat capacity features near the triple point previously thought to be the melting of the uniform film are identified as the melting of the capillary condensate. The latent heat of melting of the capillary condensate was measured to be as small as half the bulk value when it was confined inside the smallest pores. The melting temperature of the capillary condensate confirms a simple model for the melting of bulk matter in cylindrical pores. This model explains why the melting temperature is the same for systems with the same chemical potential but on different branches of the hysteresis curve. The model indicates that the capillary condensate may undergo surface melting if the solid does not wet graphite and the condensate undergoes substrate freezing. The phase diagram of the layer closest to the substrate is altered slightly by the finding that this layer melts from the commensurate phase when the uniform film is thicker than 1.1 layers. Heat capacity signals from phase transitions in the uniform films map out complicated phase diagrams in the second, third and fourth layers, including a 2-D triple point and liquid vapor coexistence region for each layer. The layering critical temperatures indicate that the bulk solid-vapor interface may roughen at about 81 K.
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Ivanova, Nina. "Improved Synthetic Methods for Patchy Particles." Thesis, 2011. http://hdl.handle.net/1969.1/ETD-TAMU-2011-12-10211.
Full textAbstract:
Patchy particles are patterned particles with at least one well-defined patch that can have highly directional and strongly anisotropic interactions with other particles or surfaces. Multiple theoretical studies point to interesting self-assembly of these particles into superstructures and, as a result, a multitude of possible applications. However, reliable synthetic methods for patchy particles, especially at the sub-micron level, are still a challenge and an active area of research.
This work presents a novel synthesis route for making patchy particles at the sub-micron level that involves the use of capillary condensation. Colloidal silica particles of various sizes were synthesized and ordered into closely-packed arrays via evaporative self-assembly. Various chemical agents were capillary condensed into the voids of this assembly which, due to the face-centered cubic structure of the crystallized colloidal silica, produced distinct \patches" on the particle surface. The patches on these particles were successfully functionalized with gold nanoparticles. This method was shown to provide control over the patch size by modifying the silica particle radius, which thermodynamically changes the amount of capillary condensation. The patchy nature of the resultant particles was confirmed using infrared spectroscopy, scanning electron and optical microscopies, energy dispersive x-ray analysis and zeta potential measurements.
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Maeda, Nobuo. "Phase Transitions of Long-Chain N-Alkanes at Interfaces." Phd thesis, 2001. http://hdl.handle.net/1885/47795.
Full textAbstract:
An experimental study of phase transitions of long-chain n-alkanes induced by the effect of interfaces is described. ¶ The phase behaviour of long-chain n-alkanes (carbon number 14, 16, 17, 18) adsorbed at isolated mica surfaces and confined between two mica surfaces has been studied in the vicinity of and down to several degrees below the bulk melting points, Tm. Using the Surface Force Apparatus we have measured the thickness of alkane films adsorbed from vapour (0.97 [equal to or greater-than] p/p[subscript o] [equal to or greater-than] 0.997), studied capillary condensation transition, subsequent growth of capillary condensates between two surfaces, and phase transitions in both the adsorbed films and the condensates. By measuring the growth rate of the capillary condensates we have identified a transition in the lateral mobility of molecules in the adsorbed films on isolated mica surfaces. This transition to greater mobility occurs slightly above Tm for n-hexadecane, n-heptadecane and n-octadecane but several degrees below Tm for n-tetradecane, and is accompanied by a change in wetting behaviour and a measurable decrease in adsorbed film thickness for n-heptadecane and n-octadecane. Capillary condensates that form below Tm remain liquid, but may freeze if the degree of confinement is reduced by separation of the mica surfaces. An increase in the area of the liquid-vapour interface relative to that of the liquid-mica interface facilitates freezing in the case of the long-chain alkanes, which show surface freezing at the liquid-vapour interface. ¶ Although thermodynamic properties of the surface freezing transition have been rather well documented, the kinetics involved in formation of such ordered monolayers has so far received very little attention. We studied the surface tension of n-octadecane as a function of temperature in the vicinity of Tm, using the static Wilhelmy plate and the dynamic maximum bubble pressure methods. The two methods give different results on cooling paths, where nucleation of the surface ordered phase is involved, but agree on heating paths, where both methods measure properties of the equilibrium surface phase. On cooling paths, the surface of bubbles may supercool below the equilibrium surface freezing temperature. The onset of surface freezing is marked by a sharp drop in the surface tension. The transition is accompanied by an increased stability of the films resulting in longer bubble lifetimes at the liquid surface, which suggests that the mechanical properties of the surfaces change from liquid-like to solid-like. Our results suggest occurrence of supercooling of the monolayer itself.
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Beisel, Nadine. "Patterns of post-translational histone modifications, chromatin condensation and DNA fragmentation during apoptosis." Doctoral thesis, 2005. http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-ABBA-9.
Full text
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Daian, Jean-Francois. "Processus de condensation et de transfert d'eau dans un matériau meso et macroporeux : étude expérimentale du mortier de ciment." Phd thesis, 1986. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00686400.
Full textAbstract:
La condensation à l'équilibre dans les milieux poreux met en jeu l'adsorption et la condensation capillaire. La distribution des dimensions de pores détermine le rôle de chaque phénomène. Le spectre poreux du mortier est étudié par trois méthodes comparées: injection de mercure, sorption d'azote,condensation d'eau. Les transferts de masse isothermes résultent de la combinaison de la diffusion moléculaire et effusive de la vapeur et de l'écoulement visqueux du liquide, L'équilibre local peut-être satisfait ou non. Sur la base d'expériences d'imbibition à quatre températures, avec mesure gammamétrique de la teneur en eau, on analyse la nature des transferts dans le mortier. Le schéma de la superposition d'un flux diffusif de vapeur et d'un flux visqueux de liquide aboutit à certaines contradictions. Le coefficient de transfert expérimental peut être expliqué, aux faibles teneurs en eau, par la diffusion de vapeur dans les macropores interconnectés, et aux fortes teneurs en eau par l'écoulement visqueux du liquide dans des chemins composés de pores de toutes dimensions. Aux teneurs en eau moyennes, on propose un schéma où la phase gazeuse contient des ilots liquides intervenant par un mécanisme de condensation-évaporation avec équilibre local. Des expériences d'humidification du mortier au contact d'air humide ventilé font apparaître un transfert considérablement plus lent qu'en imbibition. La diffusion de vapeur vers le matériau ne suffit pas à expliquer le phénomène. On conclut que les îlots liquides, sièges ici uniquement de condensation, n'interviennent pas dans le transfert, assuré par la seule diffusion gazeuse. On propose en outre un schéma de transfert hors-équilibre comportant une loi gouvernant la vitesse de condensation.