فهرست مطالب

دنیای نانو - پیاپی 65 (زمستان 1400)

فصلنامه دنیای نانو
پیاپی 65 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/03
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مریم عظیم زاده ایرانی*، حسین عسکری صفحات 1-5
    نانو فیبرهای سلولزی در تهیه مواد بهداشتی و دارویی و در صنایع هوا - فضا و ساختمان کاربرد های متنوع و شناخته شده ای دارند. اما مکانیسم مولکولی آرایش فیبرهای ساخته شده در کنار یکدیگر که منتهی به واحد های سازنده بزرگتر همانند ماکروفیبرهای مورد استفاده در دیواره های سلولی و صنعت می شود همچنان ناشناخته باقی مانده است. در این مطالعه با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی در مقیاس اتمی، ساز و کار مولکولی آرایش فیبرهای سلولزی بررسی شده است. شبیه سازی ها نشان می دهند که دو نوع اصلی آرایش استوانه ای و صفحه ای در کنار هم قرار گیری فیبرها مشاهده می شوند. آرایش استوانه ای نخستین واحد ساخته شده میان دو فیبر است در حالیکه آرایش صفحه ای دومین واحد ساخته شده توسط فیبرها است و همواره تعدادی بیش از دو فیبر برای تشکیل و پایداری آن نیاز است. ساز و کار مولکولی فوق به عنوان اولین مطالعه in-silico در راستای مهندسی طول و تعداد فیبرهای سلولزی و استفاده آن ها به طور هدفمند در صنعت و پزشکی راهگشا است.
    کلیدواژگان: آرایش صفحه ای، آرایش استوانه ای، سلولز، دینامیک مولکولی، نانو فیبر
  • علی آقامحمدی*، غلامرضا آقاخانی، عرفان لطفی صفحات 6-18
    هدف از این مقاله، بدست آوردن آستانه ی شدت لیزر تابشی برای سوزاندن بافت انسان و همچنین شبیه سازی و استخراج نمودارهای مربوط به پدیده یونش چند فوتونی ناشی از تابش نور لیزر بر آب موجود در بافت زنده است که کاربردهای فراوانی منجمله در علم پزشکی دارد. از آنجایی که اکثر بافت انسان را آب تشکیل میدهد، لذا ماده ی هدف را آب در نظر می گیریم. برای شبیه سازی اثرات برخورد نور لیزر به سطح بدن از تیوری "کوانتوم فوتونیک" استفاده می کنیم. در هنگام شبیه سازی فوتون ها از درون لایه های متفاوت عبور می کنند. برای هر لایه احتمال جذب فوتون، یونش مولکولی و تجزیه مولکولی برای هر لایه را به صورت مفصل بررسی می کنیم و مراحل برای 10 لایه تکرار شده و در هر لایه درصد اتم های یونیزه شده تعیین شده است .با توجه به مقادیر به دست آمده نتیجه می گیریم میزان shielding به شدت تابش فرودی وابسته است و هر چه شدت تابش بیشتر باشد درصد یونش در لایه اول بیشتر بوده و سهم لایه های بعد کمتر خواهد شد و همچنین با آزاد کردن مولکول های الکترون های آزاد، آن ها یک سپر پلاسمای محافظ را تشکیل می دهند که از انتقال تابش جلوگیری می کند. یک رابطه مستقیم بین شدت تابش لیزر و سپر پلاسما وجود دارد، به این معنی که، شدت بالاتر لیزر باعث محافظت بیشتر پلاسما و نفوذ کم تر فوتون ها به لایه های پایین تر می شود. نتیجه کاربردی پژوهش این است که راه را برای استفاده در کاربردهای پزشکی بر روی بافت بدن انسان در دنیای واقعی هموار می کند.
    کلیدواژگان: یونیزاسیون چند فوتونی، دیدگاه کوانتوم فتونیک، مدلسازی نانومقیاس روش LIB
  • نرگس نیکوفرد*، نرگس کریمی زاده صفحات 19-27
    گسترش کووید-19 در سراسر جهان تهدیدی جدی برای سلامت انسان و اقتصاد جهانی است و به عنوان یک چالش جدید در زمینه پزشکی در نظر گرفته می شود. در این مقاله اطلاعات کاملی در زمینه درمان ویروس ها با کمک نانوذرات از طریق اتصال به ویروس، آزادسازی گونه های اکسیژن واکنش پذیر یا یون های مخرب ارایه می شود. در مقاله حاضر، کاربردهای کنونی و بالقوه فناوری نانو برای مقابله با ویروس ها در تولید انواع مواد مبتنی بر نانو مانند سامانه های نانوحامل برای درمان، ضدعفونی کننده ها، وسایل محافظت شخصی و دستگاه های تشخیص مورد بررسی قرار گرفته است. این روش ها می توانند برای ویروس های جدیدی که در آینده ظاهر می شوند نیز مورد استفاده قرار بگیرد.
    کلیدواژگان: کووید-19، نانوذرات، نانوپزشکی، ویروس
  • نوشین حیدریان دهکردی*، مرتضی رئیسی، ساناز علمداری صفحات 28-35

    در این پژوهش، نانوذرات تنگستات کادمیم (CWO) به دو روش ساده و کم هزینه سل-ژل و هم رسوبی تولید شدند. بررسی های ریخت شناسی و شناسایی با XRD، SEM و TEM نشان دادند که اندازه بلورک ها در روش سل-ژل و هم رسوبی تقریبا" برابر (nm30 و 32) هستند؛ روش سل-ژل نانو ذرات درشت تر (nm100) با توزیع یکنواخت تری تولید می کند؛ روش هم رسوبی نانوذرات کوچکتر (nm62) با توزیع گسترده تر تولید می کند؛ میزان توده شدگی و تجمع در روش هم رسوبی بیشتر از روش سل-ژل بود. قله مشخصه s1Na در eV 1070 در نتایج XPS نانو ذرات تولید شده به روش سل-ژل در کنار قله های عناصر اصلی تنگستات کادمیم مانند d3Cd، f4W و s1O در eV 415، eV 40 و eV 537 بیانگر خلوص بیشترذرات در روش هم رسوبی هستند. نتایج EDXS-map حضور و توزیع یکنواخت اتمها را در نانو ذرات نشان می دهد. بنابراین، هر دو روش می توانند روش های خوبی برای تولید نانوذرات CWO با ویژگی های ساختاری مناسب برای کاربرد در زمینه های گوناگون از جمله ساخت قطعات فتوولتاییک و سوسوزن باشند.

    کلیدواژگان: تنگستات کادمیوم، ریخت شناسی، سل-ژل، همرسوبی
  • ترانه حاجی اشرفی*، فاطمه شعبانی صفحات 36-56
    بقا و رشد انسان از انرژی جدا نیست. با افزایش سریع جمعیت جهان و توسعه اقتصاد جهانی، تقاضا برای انرژی در حال رشد است. این امر منجر به توسعه نامتعادل محیط ، انرژی و جمعیت می شود. در حال حاضر، بیشتر منابع تجدیدپذیر به صورت برق ذخیره می شوند و انتقال می یابند. ذخیره انرژی با استفاده از یک فناوری نوظهور که بتواند استفاده از انرژی را بهبود ببخشد و دوستدار محیط زیست باشد توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. باتری ها و ابرخازن ها به شرط آنکه اندازه مناسبی داشته باشند به دلیل آن که می توانند حمل شوند از امیدوارکننده ترین فناوری ها برای ذخیره انرژی الکتریکی به حساب می آیند. چارچوب های فلز-آلی (MOF) از جدیدترین مواد معرفی شده با امکان استفاده در این زمینه هستند. همچنین، چندسازه های اکسید فلز مشتق شده از این مواد به دلیل ظرفیت بالا، پایداری چرخه قابل توجه مواد بالقوه مهمی برای کاربردهای ذخیره انرژی در نظر گرفته می شوند. این بررسی به طور عمده کاربردهای چندسازه های اکسید فلز مشتق از MOF را در باتری ها (LIBs،Li-S ، SIBs و LOBs) و ابرخازن ها معرفی و بررسی می کند.
    کلیدواژگان: چارچوب فلزی-آلی، الگو، کامپوزیت اکسیدفلزات، باتری، ابرخازن
  • محمدرضا کلایی*، محمدحسین کرمی صفحات 57-66

    رزین اپوکسی با توجه به ، مقاومت در برابر تنش حرارتی ، و تخریب یکی از مهمترین پلیمرهای گرماسخت است که کاربرد وسیعی در پوشش ها ، و کامپوزیت های پلیمری دارد. با مطالعه سینتیک تخریب رزین اپوکسی و نانو کامپوزیت های اپوکسی ، محدوده دمایی و طول عمر سیستم مشخص می شود. مدلسازی سینتیک تخریب ابزاری برای مهندسان است که دوام حرارتی مواد را قبل از به کارگیری در صنعت پیش بینی می کند ، که منجر به کاهش هزینه ها وکیفیت محصول طراحی شده می شود. بررسی پراکنش ، مقدار درصد وزنی ، نوع فرآیند تولید و نسبت منظر نانو صفحات گرافن اکساید ، چهار عامل مهم در بررسی پایداری گرمایی نانو کامپوزیت های اپوکسی در حضور نانو صفحات گرافن اکساید می باشد. در این پژوهش به اثر نانو صفحات گرافن اکساید و نانو صفحات گرافن اکساید اصلاح شده بر ، ریخت شناسی، خواص مکانیکی ، پایداری گرمایی و سینتیک تخریب رزین اپوکسی پرداخته شده است

    کلیدواژگان: نانو صفحات اکسید گرافن، نانو صفحات گرافن اکساید اصلاح شده، رزین اپوکسی، سینتیک تخریب، مدلسازی، آنالیز گرما وزن سنجی
  • جعفر عظمت* صفحات 67-75
    گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه اصلی در صنایع شیمیایی مورد توجه است و فرآیندهای پالایش گاز دارای اهمیت فراوانی هستند. باوجود آنکه گاز متان جزء اصلی گاز طبیعی است، اما مقادیر قابل توجهی از سایر گازهای مزاحم نیز در کنار گاز متان وجود دارد. لذا یکی از مهمترین مراحل پالایش گاز طبیعی، حذف این گازهای مزاحم می باشد. یک مورد از این گازها، گاز دی اکسیدکربن می باشد که به همراه متان در ذخایر گازی یافت می شوند. هدف از این پروژه، بررسی عملکرد غشای زیولیتی جهت حذف این نوع گازهای مزاحم است. در این راستا مخلوط گازی متان/دی اکسیدکربن مورد بررسی قرار گرفت و روند جداسازی دی اکسیدکربن از متان توسط غشا زیولیتی MFI توسط روش شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شد. به منظور جداسازی این مخلوط گازی به سیستم مورد نظر فشار هیدرواستاتیکی خارجی وارد شد و روند کار در دماهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. همچنین میزان تاثیر درصد وجود گازها در قسمت خوراک در روند جداسازی بررسی شد. نتایج نشان داد که مولکول های دی اکسیدکربن قادر به عبور از غشاء بودند ولی مولکول های گازی متان قادر به عبور نبودند. لذا می توان گفت که غشا زیولیتی MFI می تواند غشاء مناسبی برای جداسازی مخلوط متان/دی اکسیدکربن در صنعت باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی دینامیک مولکولی، جداسازی گاز، متان، دی اکسیدکربن، زئولیت
|
  • Maryam Azimzadeh Irani *, Hossein Askari Pages 1-5
    Cellulose nanofibers are widely used in medical materials, aerodynamic structures, and building industries. The lightness and heat-resistance are the most significant features of these nanofibers that result from the molecular mechanism of their assembly. Cellulose fibers are built of d-glucose monomers that are connected by glycosidic linkages. Synthesis of cellulose nanofibers in the living cells (Mainly plant cells with the cell wall) is known to be carried out by the Cellulose-Synthase enzyme. Yet the molecular mechanism of the fibers assembly that leads to large building units that are used in cell wall or other medical/industrial applications is poorly understood. Herein, atomistic Molecular Dynamics (MD) simulations were carried out to investigate the molecular mechanism of cellulose nanofiber assemblies. The simulations showed that hydrogen binding is the major interaction between these fibers. Two types of “cylindrical” and “plane” assemblies were formed by the fibers. The cylindrical assembly was shown to be the first building unit that is formed by the fibers and is maintained by a network of hydrogen bonds. While the plane is the second type of assembly that requires more than two fibers to stabilize. These in-silico findings could unravel the molecular mechanism of cellulose microfibers assemblies that could be engineered for industrial purposes.
    Keywords: Cellulose, Nanofiber, molecular dynamics, Cylindrical assembly, Plane assembly
  • Ali Aghamohamadi *, Gholamreza Aghakhani, Erfan Lotfi Pages 6-18
    The purpose of this paper is to obtain the threshold intensity of laser radiation for burning human tissue and also to simulate and extract graphs related to the phenomenon of multi-photon ionization caused by laser light irradiation on water in living tissue, which has many applications including medical science. Since most human tissue is made up of water, we consider water to be the target substance. To simulate the effects of laser light hitting the surface of the body, we use the "quantum photonic" theory. During simulation, photons pass through different layers. For each layer, we examine in detail the possibility of photon absorption, molecular ionization and molecular decomposition for each layer.We repeat the steps mentioned in the article for 10 layers and in each layer the percentage of ionized atoms is determined.Then, according to the obtained results, we will conclude about the intensity of radiation and the percentage of ionization.
    Keywords: Multiphoton ionization, Laser Inducted breakdown, Quantum photonic theory
  • Narges Nikoofard *, Narges Karimizadeh Pages 19-27
    The fast spread of COVID-19 in the world has raised as a serious threat for human health and global economy and is considered as a new challenge in medicine. In this paper, complete information is presented about treatment of viruses with the aid of nano-particles via attachment to the virus, release of reactive oxygen species, or destructive ions. In the present paper, present and potential applications of nano-technology to deal with viruses are reviewed, in the synthesis of various nano-based materials such as nano-delivery systems for treatment, personal protective equipment, and diagnostic devices. Here, the role of nano-materials in drug delivery is similar to other fields in nano-medicine; however, their intrinsic accumulation in macrophages is favorable for COVID-19. Nano-materials can be used in masks for longer usage times or air filters to ensure more protection. The new nano-based diagnostics are faster and sometimes more accurate than the traditional PCR method. The discussed nano-particle based methods for COVID-19 can also be considered for new viruses that will appear in future.
    Keywords: COVID-19, Nano-particles, Nano-medicine, Virus
  • Nooshin Heydarian Dehkordi *, Morteza Raeisi, Sanaz Alamdari Pages 28-35

    In this research, cadmium tungstate (CWO) nanoparticles were produced in two simple and low cost methods sol-gel and co-precipitation. Morphological studies and characterization analyzes by XRD, SEM, and TEM showed that the size of crystallites in sol-gel and co-precipitation methods was approximately equal (30 and 32 nm); sol-gel method produces larger nanoparticles (100 nm) with a more uniform distribution; the co-precipitation method produces smaller nanoparticles (62 nm) with a wider distribution; the aggregation rate in the co-precipitation method was higher than the sol-gel method. The characteristic of s1Na at 1070 eV in the XPS results of sol-gel nanoparticles along with the peaks of the main elements of cadmium tungstate such as Cd3d, W4f, and O1s at around 415, 40, and 537eV indicated that higher particle purity in the co-precipitation method. EDXS-map shows the uniform presence and distribution of atoms in nanoparticles, so both methods can be good methods for producing CWO nanoparticles with suitable structural properties for use in various fields, including the fabrication of photovoltaic and scintillator components.

    Keywords: Cadmium tungstate, Morphology, Sol-gel, co-precipitation
  • Taraneh Hajiashrafi *, Fatemeh Shabani Pages 36-56
    Human survival and growth are inseparable from energy and facing serious ultimatum and threats. With the rapid growth of the world's population and the development of the global economy, the energy demand is growing. This leads to unbalanced development of the environment, energy, and population. Currently, most renewable resources are stored and transmitted as electrical energy. Energy storage using an emerging technology that can improve energy usage efficiently and be environmentally friendly at the same time has attracted widespread attention from academics and policy-makers. Batteries and supercapacitors are complementary electrochemical energy storage systems and are the most promising technologies for storing electrical energy. Metal-organic frameworks (MOF) are among the newest materials introduced in the last two decades, with the possibility of energy storage and energy conversion usage. This study mainly introduces and reviews the applications of MOF-derived metal oxide composites in batteries (Lithium-ion batteries (LIBs), Li-S, sodium-ion batteries (SIBs), and lithium-oxygen batteries (LOBs)) and supercapacitors.
    Keywords: Metal-organic frameworks, metal oxides composites, batteries, Supercapacitors
  • Mohammadreza Kalaee *, MohammadHossein Karami Pages 57-66

    Epoxy resin is one of the most important thermoset polymers due to its resistance to thermal stress and degradation, which is widely used in coatings and polymer composites. By studying the degradation kinetics of epoxy resins and epoxy nanocomposites, the temperature range and long life of the system are determined. Degradation kinetics modeling is tool for engineers to predict the thermal durability of materials before use in industry, which leads to reduced costs and quality of the designed product. The four most important factors in the study of thermal stability of epoxy nanocomposites in the presence of graphene oxide nanoplatelets are dispersion, weight percentage, type of sample preparation and aspect ratio. In this study, the effect of graphene oxide nanoplatelets and modified graphene oxide nanoplatelets on morphology, mechanical properties, thermal stability and degradation kinetics of epoxy resin has been reported.In this study, the effect of graphene oxide nanoplatelets and modified graphene oxide nanoplatelets on morphology, mechanical properties, thermal stability and degradation kinetics of epoxy resin has been reported.

    Keywords: graphene oxide nanoplatelets, Modified graphene oxide nanoplatelets, Epoxy resin, Degradation kinetics, Modeling, Thermal Gravimetric Analysis(TGA)
  • Jafar Azamat * Pages 67-75
    Natural gas is considered as the main raw material in the chemical industry and gas refining processes are of great importance. Although methane is a major component of natural gas, there are significant amounts of other nuisance gases in addition to methane. Therefore, one of the most important stages of natural gas purification is the removal of these gases. One of these gases is carbon dioxide, which is found in gas deposits along with methane. The purpose of this project is to investigate the performance of zeolite membrane to remove this type of nuisance gases. In this regard, methane/carbon dioxide gas mixture was investigated and the process of separation of carbon dioxide from methane by MFI zeolite membrane was investigated by molecular dynamics simulation method. In order to separate this gas mixture, external hydrostatic pressure was applied to the system and the effect of temperature rise on the separation performance was examined. Also, the effect of feed composition in the separation process was investigated. The results showed that carbon dioxide molecules were able to pass through the membrane but methane gas molecules were not able to pass. Therefore, it can be said that MFI zeolite membrane can be a suitable membrane for separation of methane/carbon dioxide mixture in industry.
    Keywords: Molecular Dynamics Simulation, Gas separation, Methane, Carbon dioxide, Zeolite