1 - 16 av 16
rss atomLänk till träfflistan
Permanent länk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
  • Disputation: 2019-12-16 10:00 FB42, Stockholm
    Rzeszutek, Elzbieta
    KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Kemi, Glykovetenskap.
    Cell wall biosynthesis in the pathogenic oomycete Saprolegnia parasitica2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Oomyceten Saprolegnia parasitica är en svampliknande mikroorganism som orsakar fisksjukdomen saprolegniosis, vilken leder till stora ekonomiska förluster inom vattenbruk. För närvarande finns det ingen effektiv metod för att kontrollera infektionen och därför är behovet av metoder för att begränsa sjukdom stort. Ett lovande tillvägagångssätt för att angripa patogenen är genom att hämma biosyntes av cellväggen, särskilt de enzymer som är involverade i kolhydratbiosyntes. Cellväggen hos S. parasitica består huvudsakligen av cellulosa, ß-1,3 och ß-1,6- glukaner, samt små mängder kitin. Den tillgängliga genomsekvensen möjliggjorde identifiering av sex förmodade kitin (Chs) och cellulosa (CesA) -syntasgener. Huvudsyftet med denna avhandling var att karakterisera CHS och CesA från S. parasitica och testa effekten av cellväggsrelaterade inhibitorer på patogenens tillväxt. De testade inhibitorerna inkluderade nikcomycin Z, en kompetitiv inhibitor av CHS, samt flera inhibitorer av cellulosabiosyntes, nämligen flupoxam, CGA325'615 och compund I (Cl). Alla inhibitorer reducerade kraftigt tillväxten av S. parasitica och genom användning av en radiometrisk analysmetod visades att in vitro-bildningen av kitin och cellulosa inhiberades. Kemikalierna påverkade också uttrycket av några av Chsoch CesA-generna. En av CHS, nämligen SpCHS5, uttrycktes framgångsrikt i jäst och renades till homogenitet som ett fullängdsprotein. Det rekombinanta enzymet karakteriserades biokemiskt och visade sig bilda kitinkristalliter in vitro. Dessutom indikerar våra data att SpCHS5 troligen är en homodimer som kan bilda större komplex bestående av flera subenheter. Punktmutationer av konserverade aminosyror tillät oss att identifiera de aminosyror som är väsentliga för enzymets aktivitet och processivitet. Förutom de cellväggsrelaterade inhibitorerna testades även biosurfaktanten massetolid A som produceras naturligt av Pseudomonasarter. Denna visade sig ha en starkt inhiberande verkan på S. parasiticatillväxt. Sammantaget bidrar våra data med viktig information rörande de grundläggande mekanismerna för biosyntes av kitin och cellulosa i oomyceter och de biokemiska egenskaperna av de involverade enzymerna. Resultaten visar också att enzymerna som är involverade i biosyntes av cellväggen är lovande mål för bekämpningsmedel mot oomyceter även då motsvarande polysackarider, såsom kitin, förekommer i små mängder i cellväggen.

  • Disputation: 2019-12-16 10:00 F3, Stockholm
    Sommerfeldt, Nelson
    KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Tillämpad termodynamik och kylteknik.
    Solar PV in prosumer energy systems: A techno-economic analysis on sizing, integration, and risk2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    I övergången mot ett hållbart energisystem har takmonterade solceller unika fördelar; de kräver ingen extra mark och elenergin genereras direkt där den behövs. Inom bostadssektorn är flerfamiljshus särskilt intressanta på grund av stordriftsfördelar och deras större möjlighet att bidra till minskade utsläpp.

    Denna avhandling identifierar och beskriver värdeerbjudanden för solceller i svenska flerfamiljshus via tre frågeställningar; optimering av installationens storlek, kvantifiering av investeringsrisken och den teknisk-ekonomiska potentialen för PV/termiska (PVT) paneler integrerade med bergvärmepump. Analysen grundas på en omfattande genomgång av tekniska och ekonomiska modeller för solceller, vilket resulterar i en katalog över prestandaindikatorer och tillämpbara utvärderingstekniker.

    I analysen av storlekens betydelse hittas inget objektiv, tekniskt-ekonomiskt optimalt system utan bästa storlek beror av prosumentens personliga motiv. Att prioritera avkastning på kapitalet ger mindre system, medan lägre krav kan ge större storlek som når netto-noll energi med godtagbar avkastning. Det finns också ett starkt ekonomiskt incitament att använda gemensam mätning av fastighets- och lägenhetsel för att öka egen-förbrukningen, systemstorleken och den ekonomiska avkastningen. Monte Carlo-analys har använts för att kvantifiera investeringarnas osäkerhet och visar att väl utformade system har 81% chans att ge 3% avkastning, och även utan subventioner finns en 100% chans att få positiv avkastning. Om PVT integreras med bergvärmepump kan markytan för borrhål minskas med upp till 87% och ge en lägre livscykelkostnad än fjärrvärme, vilket kan bredda värmepumpmarknaden och minska hindren för elektrifiering av uppvärmningen.

    Resultaten ger vägledning för svenska husägare då metodiken ger verktyg att identifiera personliga motiv i beslutsfattandet. Metoden är också användbar för forskare, företagsledare och beslutsfattare för att förstå prosument-perspektivet och främja installationen av solceller i den byggda miljön.

  • Disputation: 2019-12-16 10:00 Kollegiesalen, Stockholm
    Aurell, Alexander
    KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Matematik (Inst.), Matematisk statistik.
    Topics in the mean-field type approach to pedestrian crowd modeling and conventions2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Den här avhandlingen består av fem artiklar som behandlar några utvalda problem inom matematisk modellering av folkmassors rörelse och uppkomsten av konventioner. Den första artikeln generaliserar en modell för växelverkan mellan grupper av fotgängare. Varje fotgängare (agent) ges ett ’personligtutrymme’ och påverkas av andra agenter som befinner sig i dess utrymme. I artikeln analyseras situationen som ett matematiskt spel av medelfältstyp och villkor för när spelet kan reduceras till ett optimeringsproblem härleds.I den andra artikeln modelleras fotgängare med ett mål som de är tvungna att nå efter en bestämd (ändlig) tid. Detta ej förhandlingsbara mål leder oss till stokastiska differentialekvationer med ändvillkor. Med den stokastiska maximumprincipen härleds nödvändiga villkor för jämvikt i ett matematisk spel där fotgängarna och en omgivande folkmassa växelverkar i tävlan om den bästa färdvägen. Modellen illustreras med flera numeriska exempel. I den tredje artikeln introducerar vi reflekterande stokastiska differentialekvationer med limaktiga randvillkor och randdiffusion som ett verktyg för att modellera hur fotgängaren påverkas av väggar och andra fasta hinder. Den föreslagna dynamiska modellen tillåter fotgängarna att spendera tid vid väggar och då också växelverka med omgivningen. Ekvationerna kan endast lösas i en svag mening och därför formuleras modellen som ett styrproblem för fotgängarnas statistiska fördelning. Artikel fyra behandlar ett spel av medelfältstyp med två spelare vars tillstånd beskrivs av ett system av stokastiska differentialekvationer med ändvillkor. Med den stokastiska maximumprincipen härleds nödvändiga villkor för spelets jämvikt och en numerisk simulering visar på skillnaden i utfall mellan konkurrens och samarbete, alltså mellanspelet och en relaterad styrmodell. Den femte artikeln handlar om uppkomsten av konventioner i en stor population av agenter som upprepade gånger spelar ett ändligt spel med två roller. När agenterna ska välja strategi har de en historik av tidigare spelade strategier till hjälp. Artikeln introducerar en speldynamik där den senare historiken antas vara viktigare än den tidigare. Vi bevisar konvergens av historiken till strategier i minimala CURBblock och, för en specifik klass av spel, till Nashjämvikter.

  • Disputation: 2019-12-17 10:00 Kollegiesalen, Stockholm
    Su, Chang
    KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Tillämpad termodynamik och kylteknik.
    Building heating solutions in China: A spatial system analysis2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [en]

    Modern, clean, accessible and affordable building space heating is key tofuture sustainable development in China. However, it is impossible to recommendidentical building space heating solutions for all spaces in such alarge country as China. The decision making for choosing the most feasiblebuilding space heating solution is associated with a number of local characteristic spatial parameters, and stakeholders are still suffering from insufficient understanding of at which locations and under what conditions to choose a certain technology. Therefore, the present thesis aims at llingthis research gap by four steps: first, review current space heating situationin China; second, develop a systematic evaluation method for proper choice on building heating solution in different geolocations of China; third,demonstrate the efficacy of proposed method by case studies; fourth, analysethe Chinese energy sector administration infrastructure and its influence on building heating solutions.

    Step one is to understand the current status of building space heating in China, including what technologies currently prevail and where they are implemented, as well as their application scales. It is found that under existing energy structures, coal as the primary energy source is extensively consumed in space heating systems. Coal-based regional boilers and combined heat and power district heating is prevalent in North China. Distributed heating, such as reversible air-conditioners, is still dominating South China. During past decade, sustainable energy space heating is increasing rapidly under a series of national policy initiatives, and will continue to grow in the future.

    Following the current status review, a systematic method featured by spatial analysis is developed to compare the various heating options and find the best alternative. The method contains three system boundary levels, which reflect the characters of space heating technology, heat source, heat sink as well as the primary energy system. In each system level, local spatial parameters are analyzed. A set of key performance indicators is selected to quantitatively compare the relative advantages and disadvantages of implementing one building space heating solution over another from techno-economic-environmental as well geographical perspectives.

    Case studies are then carried out to demonstrate the application of the method. In case study one, two Chinese cities with different local spatial conditions are chosen. Ground source heat pumps and air source heat pumps are compared with status-quo space heating solutions, which are coal boilers and electric boilers. The results lie in three aspects. Technically, heat pumps are more efficient than boilers from a primary energy point of view. Economically, ground source heat pumps have to reach a satisfying seasonal coefficient of performance value of 3.7 for a competitive payback period against existing heating solutions. Environmentally, heat pumps have to reach a critical seasonal coefficient of performance value around 2.5 to guarantee their environmental advantages compared with directly burning coal for space heating as long as coal is the dominant source of energy to produce electricity. Such a threshold is fairly easy to reach considering the coefficient of performance of the heat pumps in the market.

    Case study two investigates seawater heat pumps potential in four coastal cities from north to south China. From techno-economic perspective, in North China seawater heat pumps can save primary energy use upto 18% in space heating, and can have a discounted payback period as short as 4 years compared with coal boilers. In southern Chinese cities on the other hand, seawater heat pumps can save primary energy use upto 14% in space heating but the discounted payback period is often more than 10 years compared with status-quo system. Environmentally, in North China seawater heat pumps have to reach a critical seasonal coefficient of performance value around 2.4 to guarantee their potential in carbon emissions saving when compared with fossil fuel boilers. In South China, seawater heat pumps generally emit less greenhouse gases than competing technologies. Geographically speaking, northern coastal cities are more feasible for seawater heat pumps applications compared with southern cities, as many buildings in northern coastal cities are within a proper distance to the seawater for efficient utilization of seawater for space heating and cooling.

    Energy administration structure and energy policies in China are anavilyzed in parallel with case studies, in order to understand how energy management in China is regulated and how effective such energy policies can be. It is shown that energy administrations in China have great influence on the implementation of energy technologies and many energy policies are quite effective in promoting renewable space heating technologies.

    In conclusion, stakeholders are suggested to adopt the system method proposed in this thesis, to promote the best building heating solution based on local spatial characteristics. By using the method in case studies, it is concluded that for heat pumps, a number of prerequisites have to be fullled for a more successful application in China. Future emphasis should be placed on heat pumps efficiency improvements, operation management and cost reduction. Meanwhile, increasing the share of zero-carbon electricity in the energy system should be a long-term goal so that the environmental benefits of heat pumps can be more prominent.

  • Disputation: 2019-12-17 10:00 Sal C, Electrum, Kista
    Ghoorchian, Kambiz
    KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Datavetenskap, Programvaruteknik och datorsystem, SCS.
    Graph Algorithms for Large-Scale and Dynamic Natural Language Processing2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [en]

    In Natural Language Processing, researchers design and develop algorithms to enable machines to understand and analyze human language. These algorithms benefit multiple downstream applications including sentiment analysis, automatic translation, automatic question answering, and text summarization. Topic modeling is one such algorithm that solves the problem of categorizing documents into multiple groups with the goal of maximizing the intra-group document similarity. However, the manifestation of short texts like tweets, snippets, comments, and forum posts as the dominant source of text in our daily interactions and communications, as well as being the main medium for news reporting and dissemination, increases the complexity of the problem due to scalability, sparsity, and dynamicity. Scalability refers to the volume of the messages being generated, sparsity is related to the length of the messages, and dynamicity is associated with the ratio of changes in the content and topical structure of the messages (e.g., the emergence of new phrases). We improve the scalability and accuracy of Natural Language Processing algorithms from three perspectives, by leveraging on innovative graph modeling and graph partitioning algorithms, incremental dimensionality reduction techniques, and rich language modeling methods. We begin by presenting a solution for multiple disambiguation on short messages, as opposed to traditional single disambiguation. The solution proposes a simple graph representation model to present topical structures in the form of dense partitions in that graph and applies disambiguation by extracting those topical structures using an innovative distributed graph partitioning algorithm. Next, we develop a scalable topic modeling algorithm using a novel dense graph representation and an efficient graph partitioning algorithm. Then, we analyze the effect of temporal dimension to understand the dynamicity in online social networks and present a solution for geo-localization of users in Twitter using a hierarchical model that combines partitioning of the underlying social network graph with temporal categorization of the tweets. The results show the effect of temporal dynamicity on users’ spatial behavior. This result leads to design and development of a dynamic topic modeling solution, involving an online graph partitioning algorithm and a significantly stronger language modeling approach based on the skip-gram technique. The algorithm shows strong improvement on scalability and accuracy compared to the state-of-the-art models. Finally, we describe a dynamic graph-based representation learning algorithm that modifies the partitioning algorithm to develop a generalization of our previous work. A strong representation learning algorithm is proposed that can be used for extracting high quality distributed and continuous representations out of any sequential data with local and hierarchical structural properties similar to natural language text.

  • Disputation: 2019-12-18 09:00 Kollegiesalen, Stockholm
    Filipović, Marko
    KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Datavetenskap, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST). Bernstein Center Freiburg and Faculty of Biology, University of Freiburg, Germany.
    Characterisation of inputs and outputs of striatal medium spiny neurons in health and disease2019Doktorsavhandling, monografi (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Striatala medium spiny neuroner (MSNs) spelar en stor roll för olika motoriska och kognitiva funktioner. Beroende på huruvida dessa neuroner uttrycker dopaminreceptorer av D1- eller D2-typ, klassificeras de som tillhörande den direkta (dMSN) respektive den indirekta (iMSN) vägen genom basala ganglierna. I denna avhandling undersöker jag hur inputet från kortex till de två typerna av MSNs processas och jag karakteriserar aktiviteten från dMSNs, samt undersöker även vilken effekt avvikande iMSN aktivitet ger upphov till i det basala  ganglienätverk som består av den subthalamiska kärnan (STN) och globus pallidus externa (GPe).För att verifiera resultaten från en tidigare modelleringsstudie, som predicerat att dMSNs erhåller fler eller får starkare inputs från kortex jämfört med iMSNs, analyserade jag in vivo data från MSN ’wholecell’ registreringar gjorda i nedsövda möss som antingen tillhört en kontroll-grupp (friska möss) eller en grupp där dopamin (DA) reducerats m.h.a. 6OHDA. För att testa modellprediktionen jämförde jag subtröskliga membranpotentialfluktuationer och spik-triggade medelvärdesbildade membranpotentialer från de två typerna av MSNs. Jag upptäckte att dMSNs från kontrollgruppen uppvisade avsevärt större fluktuationer över ett brett frekvensintervall och också hade en snabbare depolarisering mot spiktröskeln jämfört med iMSNs. Dessa effekter syntes dock inte i experimentella data från de djur som behandlats med 6OHDA. Sammantaget tyder dessa observationer på att dMSNs i friska möss får starkare kortexinput än iMSNs.Jag använde även en biofysikaliskt detaljerad kompartmentmodell av en dMSN för att undersöka hur olika dopaminkoncentrationer påverkar responsvariabiliteten vid upprepade försök. Synaptiskt brus, neuronens refraktärperiod såväl som den pågående nätverksaktiviteten kan utgöra orsaker till responsvariabiliteten. I den här studien fokuserade vi på effekten av två egenskaper hos synapsinputet: korrelationer mellan synapsernas aktiveringsfrekvens, och balansen mellan de excitatoriska och inhibitoriska inputen (E-I balansen). Modellen visar att dopamin generellt förminskar responsvariabiliteten signifikant, men att effekten beror på synapsinputets egenskaper. Dessutom fann jag att både korrelationer i inputfrekvensen och förändringar i E-I balansen hade en stark inverkan på responsvariabilitetenSlutligen undersökte jag STN-GPe nätverkets egenskaper vad gäller faskopplingen i beta-bandsområdet, vilket är intressant eftersom oscillationer med beta-bandsfrekvenser ses vid Parkinson’s sjukdom (PD). Dagens state-of-the-art nätverksmodeller kan reproducera både transienta och persistenta betaoscillationer, men kan inte fånga den faskoppling mellan STN och GPe inom beta-bandet som ses i data från människa. Detta är särskilt tydligt vid simulering av PD, när STN eller GPe stimuleras extra för att inducera patologiska nivåer av beta-bandsaktivitet. Jag visar att genom att ändra den andel av neuronerna i de två kärnorna som stimuleras, är det möjligt att öka heterogeniciteten i fasskillnaden mellan STN och GPe. Dessutom kan en liknande effekt även erhållas genom att ändra fördröjningen i synapserna mellan de två populationerna. Genom att kvantifiera skillnaderna mellan humana data och nätverkssimuleringarna kunde jag bestämma den uppsättning parameterar där modellen producerar den största likheten med de experimentella resultaten.

    Publikationen är tillgänglig i fulltext från 2019-12-25 09:00
  • Disputation: 2019-12-18 09:30 T2, Huddinge
    Moustaid, Elhabib
    KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Medicinteknik och hälsosystem, Hälsoinformatik och logistik.
    Perspectives on Modeling and Simulation of Urban Systems with Multiple Actors and Subsystems2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Städer är platser för samspel mellan sociala, fysiska, politiska och ekonomiska enheter, detta gör planering i dessa system svårt. Urbana system är komplexa adaptiva system i och med att systemens beteende ofta är ett resultat av interaktion mellan deras komponenter. Tillväxten av urbana system drivs av massurbanisering. Deras komplexitet är resultatet av interaktioner mellan dess beståndsdelar och komponenter.

    Simuleringar och modeller som verktyg för utforskning av stadssystem står inför många utmaningar för att bli användbara verktyg för att skapa åtgärder. Under de senaste decennierna, var inriktningen för användningen av simuleringsmodeller att tillhandahålla verktyg för att hantera och optimera funktioner och system inom storstads- och stadsmiljöer. Kunskapen om komplexiteten i dessa miljöer och mognaden för komplexitetsvetenskap som ett område för att studera komplexa system möjliggör tillämpning av komplexitetsvetenskapliga metoder för att studera stadssystem inte bara som fysiska system utan också som sociala system.

    Eftersom lärande från simuleringar och modeller kan förekomma både vid deras uppbyggnad och deras användning, fokuserade denna avhandling på modell- och simuleringsbyggande, testande och slutanvändning. Avhandlingen tar hänsyn till två huvudaspekter av urbana system. För det första innehåller urbana system ofta flera flerparts-aktörer, det vill säga ett system där flera aktörer samverkar samtidigt, och ibland utan tydliga gränser och instanser för underdelar av systemet. För det andra kan urbana system ha en struktur med flera delsystem, där varje delsystem ofta har sina mål och påverkar resten av systemet på okända sätt.

    Avhandlingen undersöker genom en flerfallsstudie, med tre fallstudier, fem huvudteman i simuleringsmodellering som relaterar till ökad validitet och användbarhet av modeller för urban komplexa system. Dessa teman är följande; (1) simuleringens förmåga att vara verktyg som fångar upp komplexitet på sätt som liknar de verkliga målsystemen undersöktes, (2) effekterna av att experter inkluderas i konstruktionen av simuleringsmodeller på modellerna studeras, (3) hur kvantitativa och kvalitativa sätt att modellera tillsammans kan göra simuleringar och modeller mer användbara studeras, (4) värdet av simuleringsmodellering för att studera anslutningar i system som är multisystem och består av flerparts-aktörer, och (5) förmågan att lära av modeller under arbetet med konstruktionen av modellen.

    De fallstudier som studerats är en modellering av ett nätverk för gående i staden, en akutvårds nätverk inom en storstad, och dynamisk stads mentalhälsovård. Fallstudierna tillhandahöll en mångfald av bildning. Metoderna som använts för var och en av fallstudierna har också varit olika för att kunna studera olika nivåer av inkludering av expertkunskap, data och teoretiska modeller. Förutom dess bidrag till var och en av fallstudierna, med nya modeller och simuleringsmetoder, bidrar avhandlingen till de fem teman som den undersökte. Avhandlingen visade att simuleringsmodellering kunde visa flera element av komplexitet. Avhandlingen visade också effekten av expertkunskap, vilken var att bidra till att modeller blir mer användbara och tillförlitliga antingen genom att öka deras realism eller representationsnivå. Detta resultat uppnås genom kontextualisering av expertkunskapen (första fallstudien) och dess fullständiga undersökningen i modelleringen av psykisk hälsa. Vidare visar avhandlingen sätt på vilka simulering och modellering kan hitta och undersöka broar mellan urbana delsystem.

    Resultaten tyder på att simuleringsmodellering kan vara ett användbart verktyg för att utforska olika typer av komplexitet i urbana system genom att de är flera aktörer och multisystem. Modeller kan spegla komplexiteten i urbana system i deras struktur. De kan också vara sätt att utforska icke-intuitivt beteende och dynamik. Särskilt expertkunskap visas i hela avhandlingen kunna bidra till att simuleringar uppnår högre validitet och användbarhet.

  • Disputation: 2019-12-18 10:00 F3, Stockholm
    Pålsson, Sara
    KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Matematik (Inst.), Numerisk analys, NA.
    Boundary integral methods for fast and accurate simulation of droplets in two-dimensional Stokes flow2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Att noggrant simulera viskösa flöden med deformerande droppar medför flera utmaningar. Denna avhandling identifierar de viktigaste utmaningarna och utvecklar numeriska metoder för att övervinna dem. Visköst dominerade tvådimensionella flöden studeras. Sådana flöden har många tillämpningar till exempel inom mikrofluidik och noggrann beräkning är av största vikt för att förstå och utnyttja dem.

    En randintegralsmetod som möjliggör simulering av droppar och fasta ränder med en mycket hög noggrannhet presenteras. Metoden särskiljer sig från andra genom dess förmåga att hantera nära samspel mellan droppar och förekomst av hörn på de fasta ränderna. Randin- tegralsmetoden är kopplad till en spektral metod som möjliggör inkluderandet av surfaktanter i flödesproblemet. Surfaktanter är molekyler som förändrar ytspänningen och de är därför betydelsefulla för de typer av flödesproblem som beaktas här.

    En metods användbarhet bestäms inte endast av dess noggrannhet. Det är också nödvändigt att den föreslagna metoden är effektiv. För detta ändamål har metoden spektral Ewald anpassats och tillämpats. Detta ger lösningar med beräkningskostnaden O(N log N ) istället för O(N^2), där N är antalet diskreta punkter i systemet.

    Tillsammans utgör dessa innovationer ett mycket noggrant, be- räkningseffektivt sätt att hantera komplexa flödesproblem. Ett teoretiskt valideringsförfarande har utvecklats som bekräftar metodens noggrannhet.

  • Disputation: 2019-12-19 10:00 Room nr: B4:1026 Code: FB42, Stockholm
    Zakomirnyi, Vadim
    KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Teoretisk kemi och biologi. Siberian Federal University : Krasnoyarsk , RU.
    Multicomponent Resonant Nanostructures: Plasmonic and Photothermal Effects2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [en]

    In recent decades, plasmonic nanoparticles have attracted considerable attention due to their ability to localize electromagnetic energy at a scale much smaller than the wavelength of optical radiation. The study of optical plasmon waveguides (OPWs) in the form of chains of nanoparticles is important for modern photonics. However, the widespread use of OPWs is limited due to the suppression of the resonance properties of classical plasmon materials under laser irradiation. The study of the influence of nanoparticle heating on the optical properties of waveguides and the search for new materials capable of stable functioning at high temperatures is an important task.

    In this thesis, the processes occurring during heating of plasmon nanoparticles and OPWs are studied. For this purpose, a model was developed that takes into account the heat transfer between the particles of an OPW and the environment. The calculations used temperature-dependent optical constants. As one of possible ways to avoid thermal destabilization of plasmon resonanses, new materials for OPWs formed by nanoparticles were proposed. I show that titanium nitride is a promising thermally stable material, that might be useful for manufacturing of OPWs and that works in high intensity laser radiation.

    Another hot topic at present is the study of periodic structures of resonant nanoparticles. Periodic arrays of nanoparticles have a unique feature: the manifestation of collective modes, which are formed due to the hybridization of a localized surface plasmon resonance or a Mie resonance and the Rayleigh lattice anomaly. Such a pronounced hybridization leads to the appearance of narrow surface lattice resonances, the quality factor of which is hundreds of times higher than the quality factor of the localized surface plasmon resonance alone. Structures that can support not only electric, but also magnetic dipole resonances becomes extremely important for modern photonics on chip systems. An example of a material of such particles is silicon. Using the method of generalized coupled dipoles, I studied the optical response of arrays of silicon nanoparticles. It is shown that under certain conditions, selective hybridization of only one of the dipole moments with the Rayleigh anomaly occurs.

    To analyze optical properties of intermediate sized particles with N = 103-105 atoms and diameter of particle d < 12 nm an atomistic approach, where the polarizabilities can be obtained from the atoms of the particle, could fill an important gap in the description of nanoparticle plasmons between the quantum and classical extremes. For this purpose I introduced an extended discrete interaction model where every atom makes a difference in the formation optical properties of nanoparticles within this size range. In this range are first principal approaches not applicable due to the high number of atoms and classical models based on bulk material dielectric constants are not available due to high influence from quantum size effects and corrections to the dielectric constant. To parametrize this semi-empirical model I proposed a method based on the concept of plasmon length. To evaluate the accuracy of the model, I performed calculations of optical properties of nanoparticles with different shapes: regular nanospheres, nanocubes and nanorods. Subsequently, the model was used to calculate hollow nanoparticles (nano-bubbles).

  • Disputation: 2019-12-19 10:15 F3, Stockholm
    Montecchia, Matteo
    KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Mekanik.
    Numerical and modelling aspects of large-eddy and hybrid simulations of turbulent flows2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [en]

    In this study, the explicit algebraic sub-grid scale (SGS) model (EAM) has been extensively validated in wall-resolved large-eddy simulations (LES) of wall-bounded turbulent flows at different Reynolds numbers and a wide range of resolutions. Compared to eddy-viscosity based models, the formulation of the EAM is more consistent with the physics and allows to accurately capture SGS anisotropy,which is relevant especially close to walls.The present work aims to extend the validation of the EAM to larger Reynolds numbers using codes with different orders of numerical accuracy.The first simulations, performed by using a pseudo-spectral code, show that the use of the EAM, compared to the dynamic Smagorinsky model (DSM), leads to significant improvements in the prediction of the first-and second order statistics of turbulent channel flow.These improvements are observed from relatively low to  reasonably high Reynolds numbers and with coarse grids.The evaluation of the EAM was continued by implementing and testing of the EAM in the general-purpose finite-volume code OpenFOAM.Several tests of LES of turbulent channel flow have shown thatthe use of the Rhie and Chow (R&C) interpolation in OpenFOAM induces significant numerical dissipation.A new custom-built solver has been utilized in order to minimize the dissipation without generating significant adverse effects. The use of the EAM, together with the new solver, gives a substantially improved prediction of the mean velocity profiles as compared to predictions using the DSM, resulting in roughly 50% reduction in the grid point requirements to achieve a given degree of accuracy. In periodic hill flow, LES with the EAM agreed reasonably well with the reference dataat different bulk Reynolds numbers and reduced the misprediction of the first- and second order statistics observed in LES with DSM.The reduction of the R&C filter dissipation was also shown to be beneficial for the prediction of the mean quantities. An analysis of the skin friction along the lower wall reveals spanwise-elongated, almost axi-symmetric vortical structures generated by the Kelvin-Helmholtz instability. The structures introduced a significant amount of anisotropy.The last part of the study involved the development of a novel hybrid RANS-LES model where explicit algebraic Reynolds stress modelling is applied in both RANS and LES regions.Validations have been conducted on turbulent channel and periodic hill flows at different Reynolds numbers.The explicit algebraic Reynolds stress model for improved-delayed-detached-eddy simulation (EARSM-IDDES) gives reasonable predictions of the mean quantities and Reynolds stresses in both the geometries considered.The use of EARSM-IDDES, compared to the k-omega SST-IDDES model, improves the estimation of the quantities close to the wall.The present work has proven that the use of EAM in wall-resolved LES of wall-bounded flows in simple and complex geometries leads to a substantial reduction of  computational requirements both in high-accuracy and general-purpose codes, compared to the use of eddy-viscosity models.In hybrid simulations the EARSM-IDDES shows a clear potential in capturing the physics of wall-bounded flows.

  • Disputation: 2020-01-09 10:00 F3, Stockholm
    Aguilar, Xavier
    KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Datavetenskap, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST).
    Performance Monitoring, Analysis, and Real-Time Introspection on Large-Scale Parallel Systems2020Doktorsavhandling, monografi (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    HPC (högpresterande datorer) har idag blivit ett nödvändigt verktyg för stora forskningsprojekt inom olika områden såsom läkemedelsdesign, klimat- modellering mm. Den enorma datorkraften hos HPC-system har dessutom gjort det möjligt för forskare att simulera problem som var otänkbara för en- dast några år sedan. Det finns dock ett problem. Den ökande komplexiteten hos HPC-system medför att utvecklingen av effektiv mjukvara kapabel att ut- nyttja dessa resurser blir utmanande. Användningen av prestandaövervakning och mjukvaruanalys måste därför spela en viktig roll för att avslöja prestand- aproblem i parallella system. Utveckling av prestandaverktyg står dock också inför liknande utmaningar och måste kunna hantera allt växande mängder genererade data.

    I denna avhandling föreslår vi en ny modell för prestandakaraktärisering av MPI applikationer för att försöka lösa problemet med stora datamängder. Vår metod använder sig av “Event Flow” grafer för att balansera mellan skal- barheten av profileringsmetoder, dvs prestandadata av aggregerade mätvär- den, med informationen från spårningsmetoder, dvs filer med tidsstämplade händelser. Dessa grafer tillåter oss att koda händelserna och därmed minskar behovet av lagring, vilket leder till utnyttjande av mycket mindre minne och diskutrymme, och slutligen till ökad skalbarhet. Vi demonstrerar även i denna avhandling hur vår “Event Flow” grafmodell kan användas för spårkompri- mering. Dessutom föreslår vi en ny metod som använder “Event Flow” grafer för att automatiskt undersöka strukturen hos MPI-applikationer. Denna kun- skap kan i efterhand användas för att samla in prestandadata på ett smartare sätt och minskar mängden redundanta data som samlas in. Slutligen visar vi att våra grafer kan användas inom andra områden, utöver spårkomprime- ring och automatiskt analys av prestandadata, dvs för att utforska visuella prestandadata.

    Förutom ”Event Flow” grafer undersöker vi i denna avhandling även de- signen och användningen av ramverk för introspektion av prestanda. Framtida HPC-system kommer att vara mycket dynamiska miljöer kapabla till extrema nivåer av parallelism, men med en begränsad energikonsumtion, betydande resursfördelning och heterogen hårdvara. Användningen av realtidsdata för att orkestrera exekvering av program i så komplexa och dynamiska miljöer kommer att bli en nödvändighet. Den här avhandlingen presenterar två oli- ka ramverk för introspektion av prestandadata. Dessa ramverk är enkla att använda, ger prestandadata i realtid och kräver få resurser. Vi demonstrerar bland annat hur vårt tillvägagångssätt kan användas för att i realtid minska systemets energikonsumtion.

    De metoder som föreslås i denna avhandling har bekräftats på olika stor- skaliga HPC-system med många kärnor såväl som gentemot nutida vetenskap- liga applikationer. Experimenten visar att våra metoder, när det gäller pre- standakarakterisering och introspektion av prestandadata, inte är resurskrä- vande och kan bidra till prestandaövervakning av framtida HPC-system.

  • Disputation: 2020-01-10 14:00 Kollegiesalen, Stockholm
    Frid, Emma
    KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Människocentrerad teknologi, Medieteknik och interaktionsdesign, MID.
    Diverse Sounds: Enabling Inclusive Sonic Interaction2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    I denna sammanläggningsavhandling presenteras ett antal artiklar med fokus på mångfald och breddat deltagande inom fältet sonisk interaktionsdesign (engelska: Sonic Interaction Design). Publikationerna behandlar utvecklingen av musikgränssnitt samt en översikt av sådana system. De studier som beskrivs i denna avhandling skiljer sig väsentligt åt sinsemellan men bidrar alla till avhandlingens tes genom att förse läsaren med reflektioner kring hur musikgränssnitt kan utformas för att främja breddat deltagande inom musikskapande. Baserat på dessa studier introducerar jag två begrepp: inkluderande sonisk interaktionsdesign (engelska: inclusive sonic interaction design) och tillgängliga digitala musikinstrument (engelska: Accessible Digital Musical Instruments, ADMIs). Jag definierar även nio egenskaper att ta i beaktning vid design och utvärdering av sådana instrument: uttrycksfullhet, spelbarhet, livslängd, anpassningsbarhet, nöje/välbehag, musik och ljudkvalitet, robusthet, multimodalitet samt kausalitiet. Inspirerad av akustiska musikinstrument föreslår jag att främja ökat deltagande av underrepresenterade grupper (exempelvis personer med syn- eller hörselnedsättningar samt äldre människor) genom att designa digitala musikinstrument i form av multimodala gränssnitt. På så sätt kan instrumenten öppna upp för fler olika interaktionssätt och möjliggöra multisensorisk återkoppling. Det är också viktigt att dessa instrument kan anpassas till respektive användares behov, både när det gäller ljudskapande gester samt ljudande material. Jag drar slutsatsen att forskningsfältet inom datormusik (engelska: computer music) har potential att främja breddat deltagande inom musikskapande. Genom att identifiera de utmaningar som personer i underrepresenterade grupper möter kan vi agera för att skapa en mer inkluderande praktik.

  • Disputation: 2020-01-17 14:00 F3, Stockholm
    Vallejos, Pablo
    KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Elektroteknik, Fusionsplasmafysik.
    Modeling RF waves in hot plasmas using the finite element method and wavelet decomposition: Theory and applications for ion cyclotron resonance heating in toroidal plasmas2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Fusionsenergi har potentialen att erbjuda en hållbar lösning för storskalig energiproduktion för mänskligheten. Fördelarna med fusionsenergi inkluderar inga utsläpp av växthusgaser, inget långlivat radioaktivt avfall, pålitlig energiproduktion, hög säkerhet och stora bränslereserver på jorden.

    Tokamaken är en fusionsreaktor med ringformad geometri, där det heta bränslet (eller plasmat) innesluts med starka magnetfält för att det inte ska få kontakt med t.ex. väggar och antenn. För att uppnå fusionsrelevanta temperaturer (ca. 100 miljoner grader) har tokamaker flera uppvärmningssystem. Joncyklotronresonansuppvärmning (ICRH) är ett system där plasmat värms upp med hjälp av radiovågor. ICRH kommer att ha en viktig roll på ITER, vilket är nästa generations tokamakexperiment som beräknas vara operativ mot slutet av 2020-talet.

    Denna avhandling handlar om modellering och beräkningar av radiovågor i tokamakplasman för ICRH. Beräkningar av radiovågor görs genom att lösa Maxwells ekvationer. Att lösa Maxwells ekvationer är svårt p.g.a. fenomenet rumslig dispersion som finns i heta plasman. Denna effekt resulterar i integraloperatorer som är svåra att hantera med numeriska verktyg. Målet med detta arbete är att utveckla numeriska verktyg som kan hantera rumslig dispersion i Maxwells ekvationer och kunna hantera den geometriska komplexitet som finns utanför plasmat, t.ex. antennen och regionerna med låg plasmatäthet (SOL). Huvudresultaten av detta arbete är utvecklingen av den tvådimensionella FEMIC-koden och den så kallade "iterativa wavelet finita element" algoritmen.

    En av FEMIC-kodens viktigaste egenskaper är att den kan beskriva vågfysiken både i det heta inre plasmat och det omgivande SOL-området, där godtycklig geometrisk komplexitet är tillåten för att beskriva SOL, väggar och antenn. Dessutom tillämpar FEMIC en dielektricitetsmodell i SOL-området och i området mellan plasmat och SOL (som kallas för pedestalen). Koden kan beskriva vinkelrät rumslig dispersion (FLR-effekter) för den snabba vågen enbart, vilket är tillräckligt för att beskriva viktiga mekanismer som t.ex. harmonisk dämpning och magnetisk pumpning. FEMIC har används för att studera effekten av poloidal fasning i tokamakerna JET och ITER, samt validerats emot andra ICRH-koder framgångsrikt.

    Den iterativa wavelet finita element algoritmen utvecklades för att behandla rumsligt dispersiva effekter på ett rigoröst sätt. I denna algoritm adderas rumsligt dispersiva effekter till vågekvationen med hjälp av iterationer. För att evaluera rumslig dispersion har en ny metod baserad på Morlet wavelets tillämpats. Algoritmen har testats framgångsrikt för vinkelrät och parallell dispersion i endimensionella modeller. Koden FEMIC1D utvecklades för att studera algoritmens egenskaper och för att simulera ICRH, inklusive FLR-effekter. Koden har tillämpats på ett fall för att studera harmonisk dämpning och modkonvertering till så kallade jon-Bernsteinvågor. I denna studie verifierades att algoritmen kan ta hänsyn till FLR-effekter genom att studera jon-Bernsteinvågens egenskaper.

  • Disputation: 2020-01-27 13:00 F3, Stockholm
    Rubensson, Isak
    KTH, Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad (ABE), Samhällsplanering och miljö, Systemanalys och ekonomi. Trafikförvaltningen, Region Stockholm.
    Making Equity in Public Transport Count2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Världen över ökar intresset för jämlikhet och rättvis fördelning, inte minst inom forskning och politisk debatt kring kollektivtrafik. Många aktörer argumenterar utifrån hur rättvisa åtgärdsförslag uppfattas vara, och för behovet av rimliga fördelningseffekter av beslut och förslag inom kollektivtrafiken. Ett viktigt skäl till detta är att kollektivtrafik innehåller stora delar offentlig finansiering samt att beslut kring kollektivtrafik tas på en politiska och offentlig arena. Principiellt är det även högst försvarbart att väl planerade och förberedda åtgärdsförslag bör ha dokumenterade undersökningar av alla viktiga förväntade effekter, inklusive fördelningsmässiga sådana. Slutligen, för den grupp som är begränsade till att endast använda kollektivtrafik (de utan körkort, de som inte har råd med annat färdmedel, de som är för unga eller de som av något annat skäl inte har alternativ) är de fördelningsmässiga effekterna av extra vikt att bevaka.Den här avhandlingen studerar åtta centrala kunskapsluckor i den vetenskapliga litteraturen. Dessa luckor är: (a) hur kollektivtrafiksubventioner fördelar sig på enskild resor snarare än för hela kollektivtrafiksystem; (b) hur fördelningseffekterna ser ut som följd av hur olika taxe-strukturer samspelar med resandemönster och res-specifika subventionsnivåer; (c) hur horisontell och vertikal jämlikhet påverkas av varierande grad av avståndsberoende taxor i städer av europeiskt snitt; (d) hur fördelningseffekterna beror avsamverkan mellan resmönster, markanvändningoch taxesystem; (e) hur kollektivtrafiktillgänglighetens horisontella och vertikala jämlikhet ser ut; (f) hur man kan göra fördelningseffekter av kollektivtrafiktillgänglighet praktiskt användbara i planering och målarbete; (g) hur man bör förstå trängsel som kvalitetsattribut i kollektivtrafiken och när den är av extra vikt; och (h) hur attityder till kollektivtrafikens-och dess attributs kvalitet och viktighet skiljer sig mellan olika socio-ekonomiska grupper.De fyra artiklarna i den här doktorsavhandlingen beskriver, täckandes de åtta kunskapsluckorna ovan, en pallet av metoder och angreppssätt för att bedöma fördelningsmässiga effekter av åtgärder och beslut tagna av kollektivtrafikmyndigheter. Artikel I föreslår en metod för att beräkna kollektivtrafiksubventioner per resa (start till slutpunkt)för kollektivtrafikresor. Metoden är applicerad på Stockholms kollektivtrafikresande. Resultaten visar att de existerande subventionsnivåerna är svagt regressiva (gynnar höginkomsttagare). En förändring till avståndsberoende taxor skulle öka regressiviteten hos subventionerna. Riktade låga priser för studenter, barn och äldre ökarsubventionernas progressivitet. Den framtagna metodiken ger handläggare tillgång till ett verktyg som kan utvärdera fördelningsmässiga subventionseffekter av både taxeändringar och trafikeringsändringar.Artikel II studerar fördelningseffekter av taxor med olika grad av avståndsberoende i Stockholms kollektivtrafik. Artikeln föreslår en metod för att beskriva, på ett generaliserbart sätt, relationen mellan markanvändning, resandemönster och taxesystem. Resultaten visar att vertikal jämlikhet beror på hur olika inkomstgruppers reslängder fördelar sig och var i regionen dessa inkomstgrupper är bosatta. I motsats till tidigare studier, som ofta utförts i nordamerikanska städer, visar våra resultat att ”platta” priser/enhetstaxa är bättre för låginkomsttagare än taxor satta efter reslängd eller zontaxor. Artikel III föreslår ett ramverk för att bedöma jämlikhet och fördelningseffekter av kollektivtrafiktillgänglighet. För att få en referens som är praktiskt försvarbar kontrollerar vi för hur centralt och tätt resenärer bor och utvärderar därefter hur deras tillgänglighet fördelar sig jämfört med andra som lever lika tätt eller centralt. Ramverket prövas i artikeln på försöket medskip-stoptrafikeringpå pendeltågen i Stockholm som pågick under 2018. Resultaten visar att med det föreslagna ramverket så är den nuvarande fördelningen av kollektivtrafiktillgänglighet sådan att den gynnar låginkomsttagare och att skip-stop på pendeltågen ökade den vertikala jämlikheten genom att förbättra tillgängligheten för resenärer, med generellt lägre inkomster, nära linjers ändstationer som fick snabbare resor. Den horisontella jämlikheten minskade dock då grupper boende längre in på linjerna vid stationer som fick färre avgångar förlorade tillgänglighet.iiiArtikel IV använder sigav Ordered Logit regressionsmodeller på den rullande kvalitetsundersökningen som SL/Trafikförvaltningen genomför sedan 20 år. Artikeln studerar hur nöjdheten med enskilda kvalitetsattribut påverkar nöjdheten överlag med kollektivtrafikresan. Nivån av påverkan tolkar vi som graden av vikt som resenärerna tillmäter kvalitetsattributet. Vidare studerar vi hur faktisk leverans av kvalitetsattributen påverkar resenärernas nöjdhet för attributen trängsel och tidhållning. Resultaten visar att resenärer generelltär missnöjda med trängselsituationen men att det inte tillmäter trängsel så stor vikt utom i de mest extrema trängselsituationerna. Vi finner även att nöjdhet med attributen trängsel och tidhållning tycks samvariera med faktisk leverans av dessa kvaliteter. Kvinnor tillmäter trängsel högre vikt än män och är mindre nöjda med trängselsituationen än vad män är. Unga är mindre nöjda med, men lägger lägre vikt vid att personalen är trevlig och service inriktad än vad äldre resenärer är och gör.De här fyra artiklarna kan hjälpa kollektivtrafikmyndigheter att ta fram kvantifierad och praktiskt användbar kunskap om fördelningseffekter av föreslagna åtgärder och därmed förbättra kvaliteten på underlag och beslut.

  • Disputation: 2020-01-31 14:00 K1, Stockholm
    Winberg-Wang, Helen
    KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Kemiteknik, Kemisk apparatteknik.
    Water density impact on water flow and mass transport in rock fractures2020Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Ett sätt att ta hand om använt kärnbränsle är att placera det i ett geologiskt slutförvar. I Sverige planeras ett tre-barriärsförvar. Konceptet baseras på att kapsla in det förbrukade bränslet i koppar kapslar som sedan placeras 500 m ner i berggrunden och omslutas av bentonitlera. Som en del av säkerhetsanalysen, används Q-ekvivalent modellen f ̈or att kvantifiera det möjliga utsläppet av radioaktivt material. Modellen beskriver också med vilken hastighet korrosivaämnen som färdas med det långsamma vattnet i sprickorna kan nå kapslarna, vilket kan påverka dess livslängd. 

    Målet med denna avhandling var ursprungligen att utveckla en experimentell uppställning for att visualisera och validera Q-ekvivalent modellen. Det  övergripande temat har varit att studera effekten av små densitetsskillnader som kanske förbises i experimenten. 

    I de initiala diffusion och flödesexperiementen med tillhörande beräkningar och simuleringar, framkom det att enkla Q-ekvivalent modellen kan beskriva och kvantifiera masstransport i både parallella och sprickor med oregelbunden apertur. Dock, är det endast om densitetsskillnaden mellan det sipprande vattnet och porvattnet i bentonitleran är försumbar. Det visade sig att i experiment, med färgämnen för att visualisera flödes- och diffusionsfördelningar, kan minimala densitetskillnader påverka flödesfördelningen avsevärt. Densitetsskillnaderna berodde antingen på grund av koncentrations gradienter eller ljusabsorption. Q-ekvivalent modellen utökades för att ta hänsyn till densitetsdrivet flöde. Betydelsen av densitetsdrivet flöde orsakat av koncentrationsskillnader för slutförvar av radioaktivt avfall utvärderades. Det fanns att koncentrationsgradienter kan inducera snabba vertikala upp- och nergående flöden. Detta kan öka den totala masstransporten av radioaktivt material upp till biosfären eller föra det neråt till större djup. 

  • Disputation: 2020-01-31 14:00 F3, Stockholm
    Jawerth, Marcus
    KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Ytbehandlingsteknik. KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Centra, Wallenberg Wood Science Center. KTH Royal Institute of Technology.
    Thermoset resins using technical lignin as a base constituent2019Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
    Abstract [sv]

    Behovet av att hitta hållbara tillvägagångssätt för vårt samhälle ökar hela tiden för att bemöta dagens miljöutmaningar. Större delen av alla plastmaterial tillverkas idag av råolja men i framtiden måste en mycket större del produceras från förnyelsebara råvaror för att hantera några av dessa problem. Aromatiska molekyler används ofta vid tillverkning av styva och termiskt stabila material, dock finns det få naturliga källor för sådana. En är emellertid träkomponenten lignin som produceras i stor skala i kemisk massatillverkning. Lignins aromatiska strukturer kan vara ett alternativ för icke-förnyelsebara aromatiska molekylära byggstenar i t.ex. härdplastsapplikationer.

    Lignins heterogenitet ger upphov till vissa problem i termer av t.ex. dispersitet, löslighet, olika funktionalitet och varierande polymerskelettstruktur. För att hantera dessa problem är upparbetning av lignin och noggrann karaktärisering viktigt för att material med förutbestämda och förutsägbara egenskaper ska kunna tillverkas. Tekniskt lignin har funktionella grupper som kan användas som kemiska handtag för modifieringar som krävs för användning i olika materialsystem.

    Denna avhandling fokuserar på hur lösningsmedelsfraktionerad, relativt välkarakteriserad, LignoBoost Kraftlignin kan användas för att producera termiskt härdande hartser genom kemisk modifiering och tvärbindning. Ett effektivt sätt att selektivt allylera ligninfraktionernas fenol-grupper, den vanligaste av de funktionella grupperna, har utvecklats och utvärderats såväl som en härdningsprocedur med hjälp av en tiol-tvärbindare och tiol-en-kemi. De producerade materialen analyserades med avseende på materialegenskaper, densitet och morfologi. Harts baserad på en av de selektivt allylerade ligninfraktionen undersöktes även som en potentiell matris för kolfiberkompositer. Det kunde påvisas att genom för-impregnering av kolfibrer kunde kompositmaterial tillverkas. Molekylerna i de olika ligninfraktionerna användes även som kärnor för att producera funktionella sampolymerer genom ringöppningspolymerisation. Det kunde påvisas att ligninets molekylära uppbyggnad blev kraftigt påverkat av tekniken då intramolekylära bindningar bröts upp.  

    Lignin som tillhör en av de mycket få stora naturligt förekommande råvarorna för aromatiska strukturer har stor potential för användning i materialapplikationer där hög styvhet och termisk stabilitet är viktiga egenskaper. Den här avhandlingen försöker bidra med några pusselbitar mot ett sådant mål. 

    Publikationen är tillgänglig i fulltext från 2020-06-01 09:38