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Mammalian cell based electrochemical sensor for label free monitoring of analytes
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Modeling and design of a new generation of RF piezoelectric acoustic wave devices based on atomic monolayers of transition metal dichalcogenides.
No full textLes dispositifs à ondes acoustiques jouent un rôle clé dans les applications de communication et de détection depuis plusieurs décennies. Ils continueront à avoir un impact majeur sur les nouvelles générations de technologie mobile, le développement des villes intelligentes et les applications de détection pour la surveillance environnementale et les soins de santé, etc.Les résultats des calculs de premiers principes montrent que les coefficients piézoélectriques des dichalcogénures de métaux de transition (TMDs) de 3R structure cristalline, comme 3R-MoS2, MoSe2, WS2 et WSe2, sont suffisamment grands par rapport à ceux des matériaux piézoélectriques conventionnels comme quartz, ZnO, AlN. Et parmi eux, le 3R-MoS2 a des propriétés piézoélectriques, thermiques et mécaniques remarquables, qui en fait un très bon candidat pour la nouvelle génération des dispositifs acoustiques à ultra-haute fréquence. De plus, considéré comme un matériau en couches atomiques, le 3R-MoS2 est beaucoup plus flexible que tout autre semi-conducteur piézoélectrique connu.Cette thèse s’inscrit dans ce contexte et a comme objectif l’étude de la faisabilité du développement de la nouvelle génération des dispositifs acoustiques à base de matériaux TMDs. Un état de l’art sur les résonateurs acoustiques et leurs applications est d’abord proposé, ainsi que sur les propriétés des matériaux TMDs, Des modèles et des simulations basés sur des équations analytiques, la modélisation par éléments finis et le circuit équivalent Butterworth-Van Dyke (BVD) sont ensuite décrits et utilisés pour concevoir une structure SMR, en étroite collaboration avec NTU Singapour, qui a dirigé la fabrication. Après caractérisation, la fréquence de résonance typique des dispositifs SMR basés sur des flocons 3R-MoS2 de ~200 nm a atteint plus de 25 GHz avec une bonne reproductibilité. Ce travail démontre pour la première fois que l'accès aux nanomatériaux piézoélectriques 2D permet de réaliser des dispositifs piézoélectriques de haute performance pour diverses applications prometteuses.Acoustic wave devices have played a key role in communication and sensing applications for several decades. They will continue to have a major impact on new generations of mobile technology, smart city development, and sensing applications for environmental monitoring and healthcare, etc.The results of first-principles calculations show that the piezoelectric coefficients of transition metal dichalcogenides (TMDs) of 3R crystal structure, such as 3R-MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2, are sufficiently large compared with those of conventional piezoelectric materials such as quartz, ZnO, AlN. Among them, 3R-MoS2 has remarkable piezoelectric, thermal and mechanical properties, which makes it a very good candidate for the new generation of ultra-high frequency acoustic devices. Moreover, considered as an atomic layer material, 3R-MoS2 is much more flexible than any other known piezoelectric semiconductor.The objective of this thesis is to study the feasibility of developing a new generation of acoustic devices based on TMDs. A state of the art on acoustic resonators and their applications is first proposed, as well as on the properties of TMDs materials. Models and simulations based on analytical equations, finite element modeling and the Butterworth-Van Dyke (BVD) equivalent circuit are then described and used to design a SMR structure, in close collaboration with NTU Singapore, which led the fabrication. After characterization, the typical resonant frequency of 3R-MoS2 flake-based SMR devices of ~200 nm reached over 25 GHz with good reproducibility. This work demonstrates for the first time that access to 2D piezoelectric nanomaterials enables the realization of high-performance piezoelectric devices for various promising applications
Selective sensing of exhaust gas using printed radiofrequency sensors
No full textL'impact de la pollution de l'air sur la société, l'environnement et la santé s'est considérablement accru ces dernières années, principalement en raison de l'industrialisation et du transport croissants. Plusieurs gaz contribuent à cet effet, notamment le NO2, le SO2, l'O3 et le CO2. Les capteurs de gaz à micro-ondes offrent des perspectives prometteuses pour la surveillance de la qualité de l'air en raison de leur rentabilité, leur faible consommation d'énergie, leur robustesse et leur haute fréquence facilitant la communication sans fil. Cette thèse se penche sur la conception, la simulation, la fabrication et la caractérisation des capteurs interdigitées à microruban, à double canal fabriqué sur un substrat Kapton flexible, associés à des polymères synthétisés (EB-PEI, HBPEI Silane, LPEI-COPh, et LPEI-CH2Ph) à partir du polyéthylèneimine commercial pour la détection de gaz. Les matériaux sensibles ont été caractérisés morphologiquement à l'aide de SEM et AFM, révélant la rugosité prononcée et la nature poreuse du HBPEI Silane par rapport aux autres polymères. La caractérisation électrique des capteurs fabriqués sont conformes aux simulations.Les capteurs ont été rigoureusement caractérisés en conditions contrôlées en laboratoire. Les tests initiaux ont été effectués sous humidité (RH) et température qui sont des interférents atmosphériques. Les mesures ont indiqué une sensibilité RH prononcée pour le COM HBPEI et le EB PEI, tandis que le LPEI-COPh et le LPEI-CH2-Ph ont montré une sensibilité minimale. Cependant, le LPEI-COPh a montré une sensibilité plus élevée à la température par rapport à RH. Comparé à la littérature, le COM HBPEI et le EB-PEI ont montré une sélectivité constante pour RH avec une influence limitée de la température et des autres paramètres environnementaux. Les capteurs ont démontré une sensibilité au CO2 uniquement à 0 %RH, le HBPEI Silane se démarquant par sa meilleure sensibilité, attribuée à sa surface rugueuse favorisant des interactions moléculaires accrues. Cependant, la réponse à d'autres gaz, notamment le NO2, le SO2, le CO et l'O3, reste moindre dans les gammes ciblées. Des mesures sur le terrain ont été réalisées à différents moments (été 2021, été 2022 et hiver 2023). Les résultats ont corroboré les conclusions de caractérisation en laboratoire, en particulier la sensibilité RH dominante de l'EB-PEI et du COM HBPEI. L'introduction de la réponse du capteur HBPEI Silane 1:0.5 dans les modèles de calibration, intégrant des paramètres environnementaux connus tels que RH, la température et le NO2, a amélioré la prédiction de l'ozone, mettant en évidence la sensibilité secondaire du capteur à l'ozone. Cette sensibilité secondaire, et l'importance cruciale de la connaissance préalable du NO2 pour une prédiction de l'ozone, a été renforcée lors du déploiement en hiver 2023. De plus, l'utilisation du capteur à base de COM HBPEI et du LPEI COPh, reconnus pour leur sensibilité respective à RH et à la température, s'est avérée avantageuse pour la prévision de l'ozone plutôt que l'utilisation directe des données de RH et de température. L’analyse des données de l'hiver 2023 a confirmé ces résultats. La principale limitation lors des tests en extérieur provient des durées de déploiement courtes, entraînant des corrélations croisées entre les variables environnementales, compliquant ainsi la distinction des sensibilités individuelles aux gaz. Des déploiements prolongés sur plusieurs mois sont recommandés. De plus, l'exploration de nouveaux matériaux sensibles, notamment ceux à base de polymères conducteurs et d'oxydes métalliques, pour l’expansion du réseau de capteurs pourraient améliorer la discrimination des espèces gazeuses et réduire les interférences atmosphériques. Des mesures sur une gamme de fréquences étendue pourraient fournir des informations approfondies. Le développement d'une instrumentation de capteur sans fil à faible cout demeure essentiel pour l’avenir.The impact of air pollution on the society, environment and human health has increased drastically in the recent years mostly due to the increase industrialisation and transportation. Several gases contribute to this effect namely NO2, SO2, O3 and CO2. Microwave gas sensors offer promising avenues for air quality monitoring, due to their cost effectiveness, low energy consumption, robustness, and high frequency facilitating wireless communication. This research delves into the design, simulation, fabrication and characterisation of a dual-channel microstrip interdigitated sensor fabricated on a flexible Kapton substrate, enhanced by several synthesized polymers (EB-PEI, HBPEI Silane, LPEI-COPh, and LPEI-CH2Ph) derived from commercially available polyethyleneimine for accurate gas monitoring. The synthesized sensitive materials were characterised morphologically using SEM and AFM, revealing the pronounced roughness and porous nature of HBPEI Silane as opposed to the smoother surfaces of the other polymers. Electrical characterisation of the fabricated sensors corroborated the simulation results.In rigorously controlled laboratory settings, the sensors underwent characterization. Initial tests for atmospheric interferences, humidity (RH) and temperature, indicated pronounced RH sensitivity for COM HBPEI and EB PEI, while LPEI-COPh and LPEI-CH2-Ph displayed minimal sensitivity. However, LPEI-COPh showed higher sensitivity to temperature as compared to RH. Relative to literature benchmarks, COM HBPEI and EB-PEI demonstrated consistent selectivity for RH with limited temperature and the other environmental parameter influence. Interestingly, the sensors demonstrated CO2 sensitivity solely at 0 %RH, with HBPEI Silane emerging as particularly more sensitive, attributed to its rough surface fostering enhanced molecular interactions. However, the response to other gases, including NO2, SO2, CO, and O3, remained subdued under targeted ranges. Field tests were carried out over different periods (summer 2021, summer 2022 and winter 2023). Results corroborated laboratory findings, especially the dominant RH sensitivity of EB-PEI and COM HBPEI. Introducing the HBPEI Silane 1:0.5 sensor response to calibration models incorporating known environmental parameters such as RH, temperature, and NO2 improved ozone prediction, highlighting the sensor's secondary ozone sensitivity. This secondary sensitivity and the crucial role of prior NO2 knowledge for accurate ozone prediction, was reinforced during the sensor array winter 2023 deployment. Moreover, utilizing the COM HBPEI-based sensor and LPEI-COPh, known for their respective RH and temperature sensitivity, proved advantageous for ozone prediction over direct usage of RH and temperature data. An analysis of the winter 2023 dataset solidified these findings. The primary limitation during outdoor testing arose from the brief deployment durations, leading to cross correlations among environmental variables, thereby complicating the distinction of individual gas sensitivities. For future endeavours, extended deployments spanning several months are recommended. Furthermore, the exploration of novel sensitive materials, especially those based on conducting polymers and metal oxides, for a more expanded sensor array facilitating the discrimination of gaseous species and reduction of atmospheric interferences. Measurement over a wider frequency range might yield deeper insights. The development of cost-effective wireless sensor instrumentation remains an essential in the future
Conception et réalisation d'un nouveau capteur de gaz passif communicant à transduction RF
No full textL'objectif de cette étude est de montrer la faisabilité d'un nouveau capteur de gaz a transduction RF, passif et sans fil. Ce nouveau capteur est composé de deux lignes coplanaires sur membrane et d'un résonateur diélectrique (RD). L'association de ces deux éléments permet de réaliser un filtre que nous excitons par une onde électromagnétique hyperfréquence en modes de galerie. Grâce à l'effet de " Relaxation Diélectrique ", nous pouvons détecter une variation de l'ambiance gazeuse par un décalage d'une fréquence de résonance du filtre. Les résultats de simulations électromagnétiques ont montré que la détermination de la fréquence de résonance d'un des modes de galerie permettait de détecter facilement la présence de gaz avec une grande sensibilité. Le développement de ce circuit simulé a été réalisé en deux étapes : la fabrication des lignes coplanaires sur membrane et l'élaboration du résonateur diélectrique à base d'un matériau sensible aux gaz. La réalisation d'un RD en TiO2 a été abordée en collaboration avec le CIRIMAT en utilisant la technique SPS (une voie prometteuse mais non encore maitrisée pour nos structures). Compte tenu des difficultés rencontrées, nous avons validé le concept du capteur en utilisant un résonateur en céramique (BaSmTiOxide) réalisé par Temex-Ceramics. L'assemblage des deux parties du capteur a permis d'obtenir les premiers dispositifs et de les caractériser sous différentes ambiances. Les résultats obtenus coïncident bien avec ceux de simulation ce qui valide le principe et la conception de ce nouveau capteur. Enfin, une dernière partie de l'étude est focalisée sur la communication sans fil de ce capteur passif à l'aide d'un RADAR FMCW.In this work, feasibility of gas sensors based on Titanium Dioxide (TiO2) dielectric resonator, operating with whispering-gallery modes, is presented. The gas or humidity adsorption modifies the TiO2 dielectric permittivity and such modification induces variation in the resonant frequencies of high-Q whispering-gallery modes in the millimeter-wave frequency range. Full-wave electromagnetic simulation demonstrates that the measurement of this variation allows the derivation of few parts-per-million (ppm) fluctuations in gas or humidity concentration. For validation purposes very first prototypes of resonator operating with whispering-gallery modes in the millimeter-wave frequency range are micro-machined. The measured performances confirm that such high-Q resonant modes are very sensitive to small variations in dielectric resonator permittivity. Moreover we validate experimentally that these small variations can be remotely detected from the RADAR interrogation of an antenna loaded by the whispering-gallery modes resonator
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
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