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Sintesi e caratterizzazione di film di ossido di zinco drogato alluminio per applicazioni fotovoltaiche
LAUREA SPECIALISTICALo scopo del lavoro di tesi è quello di esplorare le proprietà di film sottili di AZO (Ossido di Zinco Drogato Alluminio) cresciuto mediante PLD (Pulsed Laser Deposition). Mentre i film contatti di AZO possono essere impiegati come TCO (Transparent Conducting Oxide) nelle celle fotovoltaiche di terza generazione, i film di AZO nanostrutturati sono candidati adatti a sostituire i fotoanodi di TiO2 nelle DSSC (Dye-Sensitized Solar Cells) e nelle celle ibride. I film di AZO sono stati prodotti mediante PLD variando differenti parametri come la pressione e il tipo (ossigeno e argon) di gas di background, la fluenza del laser e il tipo di substrato (vetro, Si, Ti, ITO), al fine di ottenere diverse morfologie (compatte e porose) e di ottimizzare le misure di caratterizzazione strutturale. Sono stati anche eseguiti trattamenti di ricottura per promuovere fenomeni di cristallizzazione del film e cambiamenti di composizione chimica. Il lavoro è stato principalmente focalizzato sulla caratterizzazione morfologica e strutturale dei film di AZO attraverso microscopia elettronica (SEM), diffrazione di raggi X (XRD) e spettroscopia Raman, per ricavare informazioni relative a morfologia, stechiometria, cristallinità e sui modi vibrazionali reticolari. È riportata anche una discussione preliminare della relazione tra struttura e proprietà ottiche ed elettriche dei film di AZO (quest’ultime studiate in un lavoro di tesi parallelo).The aim of the thesis work is to explore the properties of AZO (Aluminium doped Zinc Oxide) thin films grown by Pulsed Laser Deposition (PLD). While AZO compact films can be employed like TCO (Transparent Conducting Oxide) in third generation photovoltaic cells, nanostructured AZO films are suitable candidate to substitute TiO2 photoanodes in DSSC (Dye-Sensitized Solar Cells) and hybrid cells. AZO thin films were produced by PLD varying different parameters such as background gas pressure and type (oxygen or argon), laser fluence, substrate type (glass, Si, Ti, ITO), in order to obtain different film morphologies, both compact and nanostructured, and to perform structural characterization. Annealing treatments were exploited to promote film crystallization phenomena and chemical compositional changes. The work is mainly focused on morphological and structural characterization of AZO films by electron microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD) and Raman spectroscopy providing information about film morphology, stoichiometry, crystallinity and lattice vibrational modes. A preliminary discussion of the relationship between structure and optical/electrical properties of AZO films (which have been investigated in a parallel thesis project) is also reported
Composite membrane for aqueous Li-air batteries
LAUREA MAGISTRALEI dispositivi di accumulo d’energia avranno sempre di più un ruolo chiave nel
futuro.
Tra le miriade tecnologia di accumulo, le batterie al litio avranno un ruolo sempre
più importante a causa della loro elevata energia specifica (energia per unità di
peso) e la densità di energia (energia per unità di volume). In particolare, le batterie
Li-airia hanno ricevuta molta attenzione in questi ultimi anni. Quest’ultime,
con elettroliti acquosi e non acquosi, riflette la necessità di dispositivi di archiviazione
che offrono la possibilità di altri impieghi, ad esempio, alimentare veicoli
elettrici raggiungendo l’obbiettivo di 500km percorsi prima della carica. Il sistema
con elettrolita solido fornisce un’alta densità di energia, ma presenta elevata
polarizzazione durante il processo di carica e scarica con conseguenze di decomposizione
del elettrolita solido e la contaminazione con l’umidità dell’aria. Uno
dei maggiori vantaggi del sistema acquoso è che il prodotto di reazione di scarica
è solubile in acqua, eliminando un apparente difetto del sistema solido. Nel corso
di questi anni l’attenzione è stata rivolta su elettroliti alcalini, tuttavia, elettroliti
acidi possono essere utilizzati e danno luogo a tensioni più elevate (fino a 4,25 V
rispetto a Li / Li +) parencite bruce: enery. È importante creare una membrana
che protegge l’anodo di litio puro dal elettrolita acquoso. In questo lavoro viene
presentato un mebrane composita costituita da una miscela di polimeri e da un
vetro-ceramico, Nasicon-type, (LAGP).
Entrambi hanno conducvitivity alta (10^-3 Scm^-1) e una buona stabilità in
ambiente.La membrana dovrebbe essere priva di pori per garantire la corretta
impermeabilità,e la miscela di polimeri in grado di riempire i pori lasciati dal
materiale vetroso-ceramico. La membrana composita viene analizzato con Spettroscopia
di Impedenza, Scanning Electron Spectroscopy e X-ray.Energy storage will be more important in the future than at any time in the past.
Among the myriad energy-storage technologies, lithium batteries will play an increasingly
important role because of their high specific energy (energy per unit
weight) and energy density (energy per unit volume). In particular Li-air batteries
have recivied much attention in these last years.
Li–air battery, based on aqueous and non-aqueous electrolytes, reflects the need
for electrochemical energy-storage devices that can offer a leap forward; for example,
delivering electric vehicles with a driving range approaching the goal of
500 km between charging. The non-aqueous system gives a high energy density,
but exhibits high polarization during the charge and discharge process with decomposition
of the non-aqueous electrolyte and contamination with moisture in
the air. One of the major advantages of the aqueous system is that the discharge
reaction product is soluble in water, eliminating an apparent shortcoming of the
nonaqueous system. During these years it has focused on alkaline electrolytes,
however, acidic electrolytes may also be used and these give rise to higher voltages
(up to 4.25 V versus Li/Li+) [6]. It is important to create a membrane protecting
the Li-foil from the aqueous electrolyte. In this work it is presented a composite
mebrane made by polymer-blend and glass-ceramic Nasicon-type(LAGP).
Both have high conducvitivity (10^-3 Scm^-1) and good stability in acid environement.
The membrane should be pore-free ceramics, the polymer blend can "cover"
the pore of glass-ceramic LAGP. The membrane is analyzed by Impedance Spectroscopy,
Scanning Electron Spectroscopy and XRD-measurement
Lithium alloys as a reliable anode materials for Li-ion batteries
LAUREA MAGISTRALENel 2025, 25% dei veicoli venduti a livello globale saranno auto con propulsione elettrica. La crescente attenzione fornita dai governi e dai consumatori sui veicoli elettrici in combinazione con energie rinnovabili e sul loro impatto nel contrastare il cambiamento climatico in atto dovuto alle emissioni di gas serra, ha portato una grande scossa al settore automobilistico e dei sistemi di accumulo di energia che sta guidando la crescente ricerca nelle batterie. Grazie alla sua alta capacità (Ah/L) le batterie agli ioni litio sono al centro di questa rivoluzione. In questa tipologia di batterie dove gli ioni di litio sono scambiati tra anodo e catodo, il materiale tipico per l’utilizzo dell’anodo è carbonio o Li4Ti5O12. Utilizzare al suo posto litio metallico come anodo incrementerebbe drasticamente sia la capacità sia il potenziale di utilizzo della batteria, ma è inibito da reazioni secondarie che avvengono alla superficie del Li, il che ne limita le prestazioni. Inoltre la formazione di dendriti durante i cicli di carica e scarica portano al corto circuito della batteria con rischiose conseguenze. Potenziali alternative possono essere leghe di litio come Al-Li o In-Li. Queste leghe sono studiate in questa tesi per monitorare la presenza delle reazioni indesiderate che avvengono nel litio pur mantenendo alte capacità e voltaggio. In questo elaborato viene studiato il comportamento elettrochimico delle leghe di litio in funzione della loro composizione. Diverse leghe e diversi metodi di produzione sono confrontati. La stabilità di queste leghe in combinazione con vari elettroliti è studiata per via elettrochimica. Particolare attenzione è data nell’interazione con liquidi ionici per la produzione di elettroliti allo stato solido che permettono la produzione di batterie con alti standard di sicurezza e alte capacità.By 2025, 25% of the cars sold worldwide are projected to be an electrical car. Growing awareness by governments and customers that electrical cars in conjunction with renewable energy can improve local living conditions and the conviction that this technology could shake up automobile industry are fueling the ongoing rise of battery research. Thanks to its high capacity (Ah/L), Li-ion batteries currently shape the main development route. In this technology, where a Li-ion is exchanged between cathode and anode, the typical anode material is carbon or Li4Ti5O12. Employing Li metal as anode would drastically increase both the capacity and the output potential of the battery cell, but is inhibited by parasitic reactions at the Li surface limiting cell performance. Moreover, large Li dendrites grow on the anode during cycling, ultimately leading to dangerous shorting of the cell. Striking possible alternatives are Li- alloys such as Li-Al or Li-In. Those Li-alloys are studied in order to see if they can bypass these mentioned issues while maintaining high capacity and cell voltage.
In this work electrochemical behavior of Li-alloys as function of composition are studied. Different alloys and different techniques to fabricate them will be compared. The stability of the alloy in combination with appropriate electrolytes will be determined by standard electrochemical measurements. Focus will be on the interaction with ionic liquids to produce solid electrolytes, another key enabler to obtain safe and high capacity batteries. Charge and discharge behavior and cycling performance will be evaluated in battery cell. Final goal of this thesis is to deliver an anode that can serve in the process of reference for solid-state batteries
Ri-formare Milano : esperimento di riqualificazione urbana in Corso XXII Marzo
LAUREA MAGISTRALELa tesi si inserisce all’interno dell’iniziativa “Ri-formare Milano” promossa dal Comune di Milano e il
Politecnico di Milano, mettendo a disposizione degli studenti aree ed edifici in stato di abbandono
nell’area metropolitana. Il contesto di riferimento selezionato tra le aree disponibili è Piazza Santa
Maria del Suffragio, sul quale insistono gli elementi singolari mappati nel manifesto di riformare
Milano quali l’ex cinema Luce, il mercato comunale e il lotto vuoto di via Morosini. Questi si
delineano come elementi degradati e ad impatto negativo sulla qualità della vita,nonostante un
contesto di evidente qualità morfologica e funzionale. Nel progetto di riqualificazione delle aree
degenerate all’interno dell’isolato l’intervento coinvolge preesistenze e vuoti urbani e li trasforma in
spazi polifunzionali che meglio rispondono alle domande ed esigenze della società contemporanea.
L’idea progettuale nel substrato storico della città porta ad una nuova edificazione integrata, al
riutilizzo di manufatti esistenti e demolizione di edifici degradati mediante soluzioni planivolumetriche
atte a garantire omogeneità ed armonia con gli edifici facenti parte dello stesso
contesto al fine di migliorare la qualità del tessuto urbano,in particolare un miglioramento
dei caratteri scomposti ed alternanza di pieni e vuoti presenti. Soluzioni innovative che vanno ad
incidere sia sulla dimensione urbana che tipologica e formale. Una metamorfosi dell’isolato. A
questo progetto“urbano”si affianca la realizzazione di un oggetto architettonico che si fa simbolo
promotore di tutta l’area: la biblioteca. Rompe definitivamente le regole compositive dell’intorno
definendosi centro aggregativo e metafora dell’elevazione personale attraverso l’istruzione.
Tuttavia, non si aliena del tutto dalla città ma crea negli accessi un connessione graduale con la città
trasformando progressivamente lo spazio del marciapiede e della piazza. Il progetto si risolve in un
connubio tra funzioni tradizionali e innovative,nuovi modi di vivere all’interno di spazi
rigenerati:spazi pubblici,luoghi di incontro,di cultura,di lavoro
Transplanted architecture. The new trends of western architecture towards Chinese identity
LAUREA MAGISTRALEIl rapporto tra la Cina e il mondo occidentale è un tema fondamentale per la comprensione del Paese del Dragone, la cui storia è stata continuamente interessata da un’ alternanza fra periodi di chiusura e di apertura nei confronti della cultura occidentale. Questa successione ha fortemente influenzato la cultura e le visioni politiche ed economiche del Paese. In particolare, rispetto al tema dell’architettura, la Cina negli ultimi 20 anni ha aperto la porta all’Occidente. Il Paese asiatico è stata teatro di un esponenziale sviluppo architettonico, alimentato anche dall’agire di studi di progettazione occidentali, che in molti casi hanno ignorato esigenze e specificità locali.
Oggi le istituzioni cinesi stanno spingendo sempre più verso una riscoperta della propria cultura architettonica, allo scopo di fronteggiare quella che appare come una sorta di progressiva perdita di identità degli spazi e degli ambienti costruiti. La necessità di una migliore interpretazione della “chinoiserie”, (l’interpretazione occidentale dei linguaggi architettonici cinesi) può essere ormai considerata una priorità.
Lo scopo primario di questa ricerca è la riflessione sul lavoro di alcuni progettisti occidentali, attivi in Cina, che hanno messo in luce con i loro progetti soluzioni, programmi e codici di interpretazione particolarmente sensibili nei confronti della realtà cinese.
Il lavoro di indagine si articola in cinque sezioni.
In una prima fase viene considerato il rapporto storico tra la cultura cinese e la cultura occidentale e i relativi effetti sull’agire architettonico nel Paese.
In seguito si procede con una riflessione sull’idea di architettura contemporanea introdotta dall’ultima generazione di architetti cinesi.
Quindi si approfondisce il fenomeno definito come “trapianto” dell’architettura occidentale in Cina.
In ultimo si riflette sulle modalità secondo le quali la “chinoiserie” può essere espressa dagli studi di architettura occidentali, attraverso tre temi individuati: forma, spazio e tecnologia.
Prima delle conclusioni verrà analizzato uno specifico caso studio: quello della firma francese AS.Architecture-Studio, scelto per i suoi caratteri di soggetto “intermedio” nelle dimensioni e nelle caratteristiche tra gli studi occidentali in Cina e quindi in sé particolarmente rappresentativo.The relationship between China and the Western world is a fundamental topic. In fact, the history of Asia has been affected by a succession, a period of closure and openness towards the Western culture; this succession of moments has strongly influenced the local culture. The contemporary Chinese architecture, after the policies of the last twenty years, has opened the door to the West and to the global markets. Asian territory was the scenery of a crazy architectural development produced by Western architectural firms that have ignored the local culture trampling its theme.
Today’s institutions are pushing more and more towards a rediscovery of Chinese architectural culture, to cope with the gradual lost of identity. The necessity of a better interpretation of the “chinoiserie”, a concept often forgotten, is considered by now a priority for the Chinese architectural environment. Consequently, Western architectural firms have realized the importance of supporting Chinese culture in architecture.
The aim of this research is to focus on western designers that, even without training that belongs to Asian culture, have to reintroduce a Chinese identity in their contemporary projects on Chinese territory.
The research is divided into different sections. After a brief introduction, the second section analyses the relationship between the Chinese and Western culture in their historical evolution and its effects in architecture.
The third section analyzes the idea of contemporary architecture in China through the eyes of new generation of local architects.
The fourth section examines the complex phenomenon of the transplantation of Western architecture in China.
The fifth section analyses how the phenomenology of chinoiserie can be expressed in the project of contemporary architecture by Western architectural firms, using the idea of form, space and technology.
A case study will be analyzed, before the conclusion, as a reference point of the theoretical assumptions of contemporary practice; specifically, the French company “AS Architecture-Studio, Shanghai”, with some of the most recent projects carried out in China
Progettazione e sviluppo di un'architettura elettronica modulare per l'analisi ed il cycling di celle Li-ion
LAUREA MAGISTRALELe celle agli ioni di litio (Li-ion) sono le batterie ricaricabili a maggior densità di energia e maggior densità potenza attualmente disponibili sul mercato. Di conseguenza il loro impiego spazia dal settore dell'elettronica consumer, con la diffusione su larga scala di dispositivi mobili sempre più dispendiosi di energia, al settore automotive, in cui vi è un rinnovato interesse per lo sviluppo di veicoli ibridi/elettrici, particolarmente promettenti per l'abbattimento delle emissioni inquinanti oltre che dei costi di esercizio. Il successo della mobilità sostenibile dipende proprio da queste batterie, le quali, pur offrendo delle indiscusse doti energetiche, possono operare in modo sicuro solo in determinate condizioni di lavoro, entro delle fasce di temperatura e tensione ben delimitate. Inoltre, a seconda del loro utilizzo in carica e scarica (cycling), esse risentono più o meno
marcato del fenomeno dell'invecchiamento (aging). Questo provoca una progressiva
diminuzione sia del contenuto energetico (capacità) sia della resa di potenza, con l'aumento della resistenza serie, fino a provocare un malfunzionamento dell'apparato utilizzatore, così da rendere necessaria una costosa sostituzione della stessa batteria. La ricerca oggetto del presente elaborato ha inteso dunque sviluppare uno strumento modulare e compatto dotato di una piattaforma hardware che consenta di eseguire una
caratterizzazione della singola cella in termini di invecchiamento, in seguito all'imposizione di flussi di potenza in carica e scarica completamente configurabili.
Si è quindi realizzata un'unità di potenza programmabile, detta power-core, capace di
fornire o assorbire un determinato profilo di corrente dalla batteria in base alle disposizioni di un'unità di controllo. Quest'ultima viene comandata dall'utilizzatore dello strumento
tramite un'opportuna interfaccia utente presente a bordo, oppure mediante una connessione ethernet ad una workstation (PC), per la gestione di più moduli gemelli. L'attività ha condotto alla realizzazione di un prototipo funzionante nelle sue parti essenziali ed a costi contenuti. Il prodotto risulta avere delle interessanti performance statiche e dinamiche, specie se confrontate con i pochi strumenti esistenti in commercio che sviluppano funzionalità simili ma a prezzi decisamente maggiori. Sono stati inoltre condotti dei test finali che, oltre a validare lo strumento, hanno sottolineato il beneficio ottenibile, in termini di resa di potenza, dall'impiego di moderni supercapacitor in parallelo alla cella.Lithium-ion cells (Li-ion) are rechargeable batteries with the highest energy density and the highest power density on the market. Therefore this kind of battery is typically used both in consumer electronics, with the large spread of high-performance and high-consumption mobile devices, and also in the automotive industry, where there is a renewed interest in the development of hybrid / electric vehicles, offering low emissions and low operating cost.
The success of the sustainable mobility strictly depends on these batteries. While they can store a large amount of charge, they can operate safely only under certain conditions of work, within clearly defined ranges of temperature and voltage. Besides they are more or less affected by aging depending on their use in charging and discharging (cycling). This
process causes a progressive decrease both in the energy content (capacity) and in the power capability, since the series resistance increases. After a certain time, loss of performances leads to a system failure and an expensive battery replacement is required. The aim of the present study is the development of a compact modular instrument with a hardware platform that lets you perform a characterization of the aging of a battery, after
the enforcement of fully customizable power flows in charging and discharging.Therefore it was designed a programmable power-unit, called power-core, that is able to provide or absorb a certain profile of current from the battery, based on the directives of a control unit. User can issue commands to the control unit by using a suitable on-board user interface or by using a PC workstation that can be linked to the instrument with an Ethernet connection. So the centralized management of several modules is allowed too. This work led to the implementation of a low cost prototype that is working in its essential parts. Besides it shows some interesting static and dynamic performances, especially when compared with the few existing instruments on the market that perform similar tasks but at much higher prices. Final tests were carried out to validate the instrument and they also underlined the benefits in power capability when modern supercapacitors
are used in parallel to the battery
Localizzazione indoor e caratterizzazione degli utenti tramite analisi di wi-fi probe request
LAUREA MAGISTRALEOgni dispositivo con interfaccia Wi-Fi effettua una scansione attiva al fine di tenere aggiornata la lista delle reti wireless disponibili. Questa tecnica prevede l'invio di pacchetti di gestione chiamati probe request contenenti principalmente i dati relativi al dispositivo che li ha inviati, come ad esempio il suo identificativo univoco (MAC address). L'informazione relativa al momento della cattura di questi pacchetti può essere sfruttata per fornire dati statistici come la distribuzione oraria e settimanale della presenza dei dispositivi, con lo scopo di caratterizzare il comportamento dei dispositivi. In questo lavoro di tesi viene proposto un sistema di cattura delle probe request composto da una rete di sensori a basso costo. E' stato dimostrato che è possibile localizzare i dispositivi rilevati con una buona accuratezza utilizzando due diverse tecniche di localizzazione come trilaterazione e fingerprint. L'obiettivo di questo studio consiste nel comprendere quali sono i fattori che influenzano l'accuratezza nella stima della posizione, in modo da capire quali possono essere le possibili applicazioni pratiche e i possibili sviluppi futuri. Inoltre è stato studiato il comportamento dei dispositivi in termini di frequenza di apparizione e ritorno nel luogo di lavoro: è stato dimostrato che è possibile individuare diverse categorie di utenti (lavoratori, pendolari, passanti) in base alla frequenza di cattura delle probe request in un periodo di un mese
Valutazione sperimentale di strategie di esplorazione per sistemi multirobot con vincoli di comunicazione
LAUREA MAGISTRALEL'esplorazione di un ambiente sconosciuto da parte di robot autonomi è un compito fondamentale in molte applicazioni, come quelle di ricerca e soccorso di vittime in ambienti disastrati. In letteratura, esistono diverse strategie di esplorazione che portano una squadra di robot a scoprire l'ambiente in modo incrementale. Alcuni lavori, che includono i vincoli di comunicazione all'interno della progettazione delle strategie di esplorazione, hanno considerato gli effetti di una comunicazione realistica tra i robot. Tuttavia, un confronto tra questi diversi approcci non è ancora stato effettuato nell'attuale stato dell'arte.
In questa tesi, presentiamo un confronto quantitativo di alcune strategie di esplorazione che considerano vincoli di comunicazione che pongono requisiti diversi sulla tempistica dei collegamenti fra i robot ed una base station fissa (BS). Le tre strategie che abbiamo scelto e valutato sono state testate con prove ripetute all'interno di un simulatore in cui erano già inclusi i metodi necessari alla comunicazione, alla navigazione e al mapping. In questo modo ci siamo potuti concentrare soltanto sull'implementazione delle strategie.
Gli esperimenti sono stati portati a termine in simulazione su ambienti di tipologie differenti e variando alcuni parametri. I risultati ottenuti hanno confermato che, a parità di tempo, più è rigido il vincolo di comunicazione, minore è l'area esplorata e conosciuta dalla BS, ma maggiore è la percentuale di area conosciuta dalla BS rispetto a quella visitata dai robot. Bisogna, quindi, trovare un compromesso tra la connettività e la copertura dell'ambiente a seconda dell'applicazione specifica.
Le motivazioni principali della tesi sono quelle di evidenziare i punti di forza e di debolezza dei metodi confrontati e di capire meglio come i vincoli di comunicazione influenzano le prestazioni dell'esplorazione, in modo che i risultati della nostra analisi sperimentale possano aiutare lo sviluppo futuro di strategie di esplorazione migliori.Exploration of initially unknown environment with autonomous robots is a fundamental task in several applications, like search and rescue of victims. In the literature, many works propose exploration strategies that drive a team of robots to the next observation locations in order to incrementally discover the environment. The effects of realistic communication between robots have been considered by some works that account for communication constraints in the design of the exploration strategies. However, these approaches have not been comparatively assessed yet.
In this thesis, we present an experimental quantitative comparison of some exploration strategies that consider communication constraints characterized by different requirements on the timing among connections between the robots and a fixed base station. We chose three exploration strategies and we evaluated them by using a robotic simulator that includes communication, navigation and mapping methods. In this way, we focused only on strategies implementation.
Experiments have been done by testing the exploration strategies in different environments with different parameters. Results confirmed that the stricter the communication constraint, the less area is explored and known by the base station. This suggests how to trade-off between connectivity and coverage according to the specific application.
The main purpose of our work is to get some insights on the strengths and the weaknesses of the compared methods and to better understand how the communication constraints aspect the exploration performance, so that the outcomes of our experimental analysis could help the future development of better exploration strategies
Le ragioni di un nuovo convegno su archivi e biblioteche personali
L'obiettivo principale del saggio è proporre una rassegna critica di temi e questioni aperte riguardanti da una parte la natura, le caratteristiche, il valore culturale e scientifico dei fondi documentari personali, dall’altra il significato che essi assumono nelle biblioteche e negli archivi istituzionali, i quali sempre più spesso li accolgono, li conservano, li descrivono, organizzano opportunità e procedure di accesso per promuoverne e facilitarne la conoscenza e lo studio
Progettazione e ottimizzazione fluidodinamica del distributore di portata di un ventilatore per ventilazione liquida totale
LAUREA MAGISTRALEIl presente lavoro di tesi si occupa di progettare e ottimizzare un distributore di portata del ventilatore Pro-Li-ve impiegato nella ventilazione liquida totaleThe present study designes and optimizes the header shape for a preliminary prototype of liquid ventilator, called Pro-Li-Ve
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