فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال نهم شماره 4 (پیاپی 19، زمستان 1398)

مجله فیزیک کاربردی
سال نهم شماره 4 (پیاپی 19، زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/11/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • زهره ارضی*، علیرضا رازقی زاده، مرتضی زرگر شوشتری صفحات 5-15
    در این پژوهش نانوذرات سولفید کادمیوم (CdS) به روش شیمیایی سل ژل تهیه شده است. پس از دست یابی به روش سنتز مناسب و بهینه سازی آن، به منظور بررسی زمان واکنش بر خواص این نانوذرات، سه نمونه مجزا با سه زمان واکنش متفاوت 60 و 100 و 140 دقیقه ساخته شد و تحت بررسی آزمون XRD قرار گرفت. با توجه به نتایج، نمونه دارای زمان واکنش 140 دقیقه بهترین نمونه قلمداد شد. سپس نمونه هایی با زمان واکنش 140 دقیقه با شرایط یکسان در دماهای کلسینه مختلف 500، 600، 700 و 800 درجه سلسیوس تهیه شد. پس از تهیه نمونه ها، اندازه ذرات و ریخت آ ن ها با یکدیگر مقایسه شد. پودرهای حاصل به وسیله روش های XRD و SEM و EDS مشخصه یابی شدند. ریخت شناسی پودر و بررسی عنصری به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی و ساختار بلوری به وسیله پراش اشعه ایکس بررسی شد. تحلیل پراش اشعه ایکس نشان داد که خلوص نانوذرات سولفید کادمیوم و بلورینگی آن و اندازه بلورک ها با افزایش دمای کلسینه شدن افزایش یافته و قله های الگوی پراش قوی تر شده است، که پیش بینی می شد. همچنین، ساختار نانوذرات، هگزاگونال تشخیص داده شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی شکل کروی نانوذرات را نشان داد و میانگین اندازه نانو ذرات با افزایش دما روند افزایشی داشت و در بیشترین حالت 67 نانومتر بود. نتایج EDS  نیز درصد اتمی و درصد وزنی صحیحی را نشان داد.
    کلیدواژگان: نانوذرات، CdS، سولفید کادمیوم، سل ژل، دمای کلسینه
  • رسول پاشایی، نادر امیری راد* صفحات 17-55
    در چند دهه اخیر، از هماهنگ های دوم و چهارم لیزر Nd:YAG به عنوان یکی از پرکاربردترین و محبوب ترین لیزرهای حالت جامد، به طور گسترده ای در زمینه های مختلف نظامی و در زمینه های مختلف پزشکی و صنعتی و... استفاده شده است. از روش های پر بازده و متداول در تولید هماهنگ لیزرها می توان به استفاده از بلورهای غیرخطی اشاره کرد. در این مقاله، شبیه سازی تولید هماهنگ های دوم و چهارم لیزر تپی Nd:YAG با ویژگی های طول موج 1064 نانومتر، چگالی انرژی 1 ژول در سانتی متر مربع و نیز پهنای زمانی تپ 10 نانوثانیه با در نظر گرفتن آثار دمایی و زاویه واگرایی پرتوی فرودی انجام شده است. بازدهی تبدیل تولید هماهنگ دوم این لیزر با استفاده از بلورهای KTP و BBO و LBO بررسی شده است. نتایج شبیه سازی، بلور KTP را با بازدهی59/89 درصد به عنوان پربازده ترین بلور پیشنهاد می کند. پیش تر به دست آوردن بازدهی80 درصد با استفاده از چیدمان تجربی از لیزر Nd:YAG با ویژگی های مشابه مشخصات شبیه سازی شده در این مقاله با استفاده از بلور KTP ارایه شده بود. هم چنین بازدهیتبدیل تولید هماهنگ چهارم این لیزر با استفاده از بلورهای BBO و CLBO و DKDP بررسی شده است. نتایج شبیه سازی حاضر، بلور BBO را با بازدهی21/19 درصد به عنوان پربازده ترین بلور پیشنهاد می کند .این در حالی است که بازدهی12 درصدی در چیدمان تجربی با مشخصات لیزر Nd:YAG مشابه طی مقاله ای ارایه شده بود.
    کلیدواژگان: بازدهی تبدیل، بلورهای غیرخطی، تولید هماهنگ دوم، تولید هماهنگ چهارم، لیزر Nd:YAG
  • شهروز ساویز*، مرتضی قرایی نیا، امیرحسین ساری صفحات 57-72

    مشعل پلاسمایی به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. به همین دلیل، تعیین خصوصیات پلاسمای تشکیل شده در آن اهمیت بسیاری دارد. تعیین دقیق خصوصیات پلاسما نظیر پروفایل های سرعت و دما درون و بیرون مشعل پلاسمایی، می تواند کمک شایان توجهی به بهبود ساختار دستگاه، جهت استفاده برای مقاصد بعدی کند. با توجه به آنکه بررسی آزمایشگاهی این خصوصیات بسیار هزینه بر و زمان بر است، می توان از شبیه سازی استفاده کرد. در این مقاله، مدل سه بعدی وابسته به زمان و غیر تعادلی مشعل پلاسمایی شبیه سازی شده و خصوصیات پلاسما بررسی می شود. مقایسه با نتایج کارهای مشابه نشان می دهد که مدل به خوبی کار می کند. همچنین تاثیر تغییر سرعت گاز ورودی در پلاسما مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت گاز ورودی، سرعت پلاسما افزایش می یابد، در حالیکه دمای آن کاهش می یابد. افزایش سرعت گاز ورودی همچنین باعث افزایش انحراف از تعادل ترمودینامیکی در نزدیکی دیواره ها می شود.

    کلیدواژگان: مشعل پلاسمایی، غیر تعادلی، شبیه سازی
  • حمدالله صالحی*، حجت الله باده یان صفحات 73-82

    در این مقاله برخی ویژگی های اپتیکی از قبیل تابع اتلاف انرژی الکترون وتابع دی الکتریک بلور ترکیب Y2O3 بررسی و محاسبه شده است. محاسبات با استفاده از روش امواج تخت بهبودیافته خطی با پتانسیل کامل(FP-LAPW) در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با استفاده از بسته محاسباتی Wien2k صورت گرفته است. با توجه به منحنی تابع اتلاف انرژی (EELS)، انرژی پلاسمون در حدود eV13 محاسبه شد. ضریب شکست ایستایی 1.92 به دست آمد، که سازگاری خوبی با نتایج دیگران دارد. علاوه بر این، نمودار رسانندگی اپتیکی نشان داد به دلیل وجود شکاف نواری، در انرژی 4 الکترون ولت توانایی برانگیختگی به تراز رسانش را ندارد.

    کلیدواژگان: Y2O3، نظریه تابعی چگالی، ضریب شکست، تابع اتلاف انرژی
  • حمزه موسوی*، سوسن محمدی، سمیرا جلیلوند صفحات 83-94
    در این مقاله، چگالی حالت ها و رسانندگی الکتریکی نانولوله های کربنی و نیترید بور آرمچیر با قطرهای مختلف با استفاده از تقریب تنگ بست، رهیافت تابع گرین و رابطه رسانندگی کوبو محاسبه می شود و نتایج حاصل با چگالی حالت ها و رسانندگی الکتریکی یک صفحه گرافین و نیترید بور مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که نانولوله های کربنی آرمچیر برخلاف صفحه گرافین که نیم فلز است، همگی رسانا هستند در حالی که نانولوله های نیترید بور آرمچیر مشابه با یک صفحه نیترید بور، همگی نیم رسانا می باشند. هم چنین، مشاهده می شود که رسانندگی الکتریکی صفحه گرافینی به دلیل نیم فلز بودن در همه دماها از صفحه نیترید بور بیشتر است. علاوه بر این ها، دیده می شود که رسانندگی الکتریکی هر دو نوع نانولوله با افزایش قطر و سطح مقطع، کاهش می یابد چرا که با افزایش قطر مسیرهای عرضی جدیدی برای حرکت الکترون ایجاد می شود و در نتیجه تحرک و رسانندگی در راستای طول نانولوله ها کاهش می یابد. به علاوه مشاهده می شود که با افزایش قطر، رفتار نانولوله های کربنی به سمت گرافین و نانولوله های نیترید بور به سمت صفحه نیترید بور میل می کند.
    کلیدواژگان: نانولوله ی کربنی آرمچیر، نانولوله ی نیتریدبور آرمچیر، مدل تنگ بست، رهیافت تابع گرین، رسانندگی الکتریکی
  • حمید نجاری*، نرگس خدابخشی، پرویز پروین، محمدامین بصام، یوسف علی عابدینی صفحات 95-109

    به منظور طیف سنجی فوتو آکوستیک یک سلول استوانه ای طراحی و ساخته شده است. ضریب کیفیت Q ، تلفات گرمایی ، وشکسانی وبسامد تشدیدی این سلول برای هر یک از گازهای بافر محاسبه شده است. گاز نمونه    همراه با بافر آرگون در این سلول تزریق و کمینه غلظت ppm  5/47  در فشار mbar700 آشکار سازی شده است. سلول  توسط لیزر پیوسته کار  روشن  شده و نور خروجی از لیزر توسط برشگر تپی می شود. با تعویض گاز بافر با ازت در همان فشار کمینه غلظت گاز نمونه ppm 2/62 به دست می آید. همچنین از یک لیزر پیوسته کار نیودیوم - یاگ تحت همان شرایط آزمایشی استفاده و برای گازبافر  آرگون و ازت  کمینه غلظت  به ترتیب برابرppm  8/32 وppm  2/16 به دست می آید. برای چهار آزمایش انجام شده ، تغییرات دامنه سیگنال فوتو آکوستیکی بر حسب فشار ترسیم و نشان داده می شود که شیب نمودار هنگام استفاده از لیزر نیودیوم - یاگ و گاز ازت تقریبا 2 برابر  موارد دیگر است.

    کلیدواژگان: نور صوتی، NO، 2-N، 2، سلول استوانه ای، تلفات وشکسانی، کمینه غلظت
|
  • Zohreh Arzi *, Alireza Razeghizadeh, Morteza Zargar Shoushtari Pages 5-15
    In this research, cadmium sulphide (CdS) nanoparticles were prepared by sol-gel chemical method. After reaching the appropriate synthesis method, the reaction time of these nanoparticles were studied.  Three samples were synthesized with different reaction times of 60, 100 and 140 minutes, and analyzed with X-ray diffraction (XRD). According to the results, the sample with the reaction time of 140 minutes was recognized as the best sample. These samples (with a reaction time of 140 min) are calcinated at temperatures 500, 600, 700 and 800˚C and their properties are compared. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were used for characterization of the samples. SEM and XRD were used to investigate the morphology and crystal structures. X-ray diffraction results showed that the purity of cadmium sulfide nanoparticles and their crystallinity and the size of crystallites were increased with increasing calcination temperature and stronger scattering pattern peaks, which was predictable. The structure of nanoparticles was also hexagonal. The SEM images depicted the spherical shape of nanoparticles. It also measured the average size of nanoparticles about 67nm, which was increased with increasing temperature. The EDS results also showed the atomic percentage and the weight percentage correctly.
    Keywords: Nanoparticles, CdS, cadmium sulphide, Sol-gel, Calcination
  • Rasoul Pashaie, Nader Amiri Rad * Pages 17-55
    Second harmonic generation of Nd:YAG laser, as one of the most applicable and popular solid-state lasers, has been widely used in different fields of military applications and in diverse fields of medicine and industry etc., in last few decades. Non-linear crystals are mentioned as one of the most efficient and common methods for harmonic generating of lasers. In this research, we performed the simulation of the second and fourth harmonic generation of pulsed Nd:YAG laser with characteristics of 1064nm wavelength, 1joule/cm2 energy density, and 10ns pulse width, and considering the effects of temperature and divergence angle of the incident beam. The conversion efficiency of the second harmonic generation of this laser was investigated using KTP, BBO and LBO crystals. The simulation results suggested the KTP crystal as the most efficient crystal with 89.59% conversion efficiency. Formerly, achieving 80% efficiency using Nd: YAG laser with similar characteristics of the simulated specifications presented in this paper by using KTP crystal in an experimental configuration had been presented. In addition, the conversion efficiency of the fourth harmonic generation of this laser was investigated using BBO, CLBO and DKDP crystals. The simulation results suggested the BBO crystal as the most efficient crystal with 19.21% conversion efficiency. For the sake of comparison, 12% efficiency in the experimental layout with similar Nd:YAG laser specifications, presented in this article, had been presented in another article.
    Keywords: Conversion Efficiency, Nonlinear Crystals, Second Harmonic Generation (SHG), fourth Harmonic Generation (FHG), Nd:YAG laser
  • Shahrooz Saviz *, Morteza Gharaeinia, AmirHosein Sari Pages 57-72

    plasma Torch is widely used in industry and it is very important for determination of the properties of plasma formed in it. Accurate determination of the plasma properties, such as its velocity and temperature profiles, can greatly help to improve plasma torch structure for use for future purposes. Since, experimental testing of plasma properties is very costly and time consuming, simulation of the plasma is utilized. In this paper, the three-dimensional, time-dependent, and non- equilibrium model of plasma torch is simulated and properties of the plasma are investigated. Comparison with the results of similar works shows that the model works well. The effect of change in inlet gas velocity on plasma has also been studied. The results show that with increasing gas velocity at the inlet, the plasma velocity increases, while its temperature decreases. Changing the velocity of the inlet gas also causes the deviation from the thermodynamic equilibrium near the walls.

    Keywords: Plasma torch, Non-equilibrium, Simulation
  • Hamdollah Salehi *, Hojatollah Badehian Pages 73-82

    Optical properties of the yttrium oxide, such as the dielectric function, refractive index and electron energy loss spectroscopy (EELS), are studied. Calculations are done by full-potential augmented plane waves (FP-LAPW) in density functional theory (DFT) framework by Wien2k package. According to EELS curve, the plasmon energy is estimated about 13eV. The obtained static refractive index is 1.92. In addition, optical conductivity diagrams show that due to the band gap at 4 eV, it is not able to excite the conduction band. The results are in good agreement with that of other theoretical and experimental works.

    Keywords: refractive index, DFT, Electron Energy Loss Spectroscopy, Y2O3
  • Hamze Mousavi *, Sousan Mohmmadi, Samira Jalilvand Pages 83-94
    In this study, within the tight-binding Hamiltonian model, the Green’s function approach, and the Kubo formula, the density of states and the electrical conductivity (EC) of armchair carbon and boron nitride (BN) nanotubes with different diameters are investigated and the results are compared with graphene and BN monolayers. The results show that, contrary tographene, which is a semimetal, armchair carbon nanotubes of any diameter are conductors, while armchair BN nanotubes similar to a BN monolayer are all semiconductors. Also, since it is a semimetal, the EC of graphene is observed to be higher than BN monolayer at all temperatures. In addition, it can be seen that the ECs of both types of nanotubes decrease with increasing diameter and approaches the EC of graphene and BN monolayer becausethe increase in the cross sectionsize provides more lateral ways for electrons to move in transverse directions with respect to the longitudinal axis, and this in turn reduces their mobility along that longitudinal axis. It is also observed that by increasing the diameter, the behaviors of carbon and boron nitride nanotubes respectively approach those of graphene and boron nitride plane.
    Keywords: Armchair carbon nanotubes, Armchair boron nitride nanotubes, Tight-binding model, Green’s Function Approach, Electrical conductivity
  • Hamid Nadjari *, Narges Khodabakhshi, Parviz Parvin, MohammadAmin Bassam, YousofAli Abedini Pages 95-109

    A cylindrical PA cell is designed and constructed; also the Q factor, thermal and viscous loss depths and resonance frequencies are calculated for each buffer gas. The NO2 sample gas and Ar buffer are inserted to the cell and minimum concentration is detected 47.5 ppm at 700 mbar. In this experiment the cell is illuminated with a chopped CW CO2 laser beam. Then the buffer gas is replaced by N2 in the same pressure and minimum detectable concentration is obtained to be 62.2 ppm. The output of another CW Nd:YAG laser after passing through the chopper illuminates the cell in the same experimental condition giving 32.8 and 16.2 ppm minimum detectable concentration for Ar and N2 buffers, respectively. For these four experiments, the magnitude of PA signals are plotted against pressure and it is shown that the slope of the graph when using Nd:YAG laser and N2 buffer gas is approximately 2 times greater than the others.

    Keywords: Photo acoustic, NO2-N2, cylindrical cell, viscous loss, minimum concentration