فهرست مطالب

نانو مقیاس - سال دهم شماره 4 (پیاپی 40، زمستان 1402)

فصلنامه نانو مقیاس
سال دهم شماره 4 (پیاپی 40، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/01
  • تعداد عناوین: 5
|
  • هاله الوندی، علی حسین رضایان*، حسن حاج قاسم صفحات 1-21
    عفونت های باکتریایی و گندخونی از مهم ترین و شایع ترین دلایل مرگ ومیر در سراسر جهان هستند. آمارها نشان می دهند، سالانه بیش از 18 میلیون نفر در سراسر جهان به این بیماری مبتلا می شوند و بین 28-50 درصد افراد جان خود را از دست می دهند. مطالعات اخیر نشان می دهند تشخیص به موقع و تجویز آنتی بیوتیک مناسب از جمله مهم ترین اقدامات اولیه برای درمان گندخونی هستند؛ با وجود در دسترس بودن درمان های آنتی بیوتیکی برای عفونت های باکتریایی، تشخیص این عفونت ها در بسیاری از موارد اشتباه یا با تاخیر صورت می گیرد. از جمله روش های رایج شناسایی عفونت های باکتریایی می توان به کشت نمونه ، روش های برپایه واکنش زنجیره ای پلیمراز و روش های ایمنی شناسی اشاره کرد؛ اما این روش ها به تجهیزات تخصصی نیاز داشته، اغلب زمان بر و هزینه بر بوده و در بسیاری موارد از دقت مناسب برخوردار نیستند. بنابراین به کارگیری روش های نوین تشخیص مانند زیست حسگرها به ویژه در موارد همه گیری و مناطق محروم اهمیت ویژه ای دارد. مقاله مروری حاضر به بررسی لزوم استفاده از زیست حسگرها برای تشخیص باکتری های بیماری زا پرداخته است. تمرکز اصلی این مقاله بررسی زیست حسگرهای تشخیص سلول کامل باکتری و بدون نیاز به پردازش نمونه قرار دارد و پیشرفت های اخیر در این حوزه مورد بحث قرار داده است.
    کلیدواژگان: زیست حسگرهای نوری، زیست حسگرهای الکتروشیمیایی، دستگاه آزمایش در محل، گندخونی
  • داود بندی، یاسر بهاری*، علی رجب پور صفحات 22-33
    نیترید کربن متخلخل، دوبعدی و تک لایه به شکل C2N ماده نوینی است که سنتز آن اخیرا گزارش شده و به دلیل خواص جالب آن مورد توجه محققان حوزه نانو قرار گرفته است. در این مطالعه، با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی کلاسیک به بررسی خواص حرارتی این ماده پرداخته شده است. اثر طولهای مختلف از 10 تا 200 نانومتر و در محدوده دمایی 200 تا 600 کلوین بر هدایت حرارتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر آن است که هدایت حرارتی ساختار به شدت به طول و دمای آن وابسته بوده و با افزایش طول و کاهش دمای ساختار، افزایش می یابد. همچنین هدایت حرارتی ساختار تحت اعمال کرنش تک محوری و دومحوری مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد بر خلاف برخی ساختارهای دوبعدی مانند گرافن، هدایت حرارتی ساختار ابتدا تا مقادیر کرنش 12% و 4% به ترتیب برای کرنش تک محوری و دومحوری افزایش و سپس در کرنشهای بیشتر کاهش می یابد و در نهایت به مقداری کمتر از هدایت حرارتی ساختار بدون کرنش میرسد. بررسی بیشتر مشخص نمود که در ابتدای اعمال کرنش تا مقادیر فوق، کاهش چین و چروک در ساختار رخ میدهد که در نتیجه باعث افزایش هدایت حرارتی میشود.
    کلیدواژگان: هدایت حرارتی، C2N، نانوساختار، دینامیک مولکولی، کرنش
  • حمید مظفری* صفحات 34-41
    در ساختار سلول خورشیدی، لایه های نازک سیلیکونی به صورت ساختار نانوسیم در دولایه پایه اصلی قرار دارند. این لایه های نانوساختار باعث افزایش جذب نور در سلول های خورشیدی می شوند و انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. پروفایل ضریب شکست موثر نانوسیم های سیلیکونی به عنوان یک ویژگی مهم در سلول های خورشیدی استفاده می شود که می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند. تغییرات پروفایل ضریب شکست موثر ممکن است به دلیل تغییر در ساختار نانوساختار، اندازه، شکل و همچنین تغییر در تراکم ذرات نانوسیم های سیلیکونی باشد که منجر به بهبود یا کاهش جذب نور و عملکرد سلول خورشیدی شود. در این تحقیق، اندازه، شکل و ترکم نانوسیم های سیلیکونی در زمان های متفاوت و با استفاده از کاتالیست طلا و روش های لایه نشانی بخار شیمیایی و تکنیک بخار-مایع-جامد (VLS) سنتز و کنترل شدند. خواص ساختاری نانوسیم های سلیکونی سنتز شده، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مشخصه یابی شدند. تغییرات ضریب شکست موثر بهینه بر اساس طول و تراکم نانوسیم های سیلیکونی کنترل شده، بررسی شد. نتایج نشان می دهد که بیشترین بازده و جذب سلول خورشیدی در طول mμ 2 و نسبت تراکم 36% نانوسیم های سیلیکونی اتفاق می افتد. بازده سلول خورشیدی در این شرایط برابر با 6/9% ، ضریب پرشدگی 66.4% ، چگالی جریان اتصال کوتاه در این نمونه mA.cm-253/28 و ولتاژ mV520 بدست آمده است.
    کلیدواژگان: سلول خورشیدی، ضریب شکست موثر، نانوسیم، ضریب پر شدگی
  • نفیسه توبه ئیها، نفیسه معماریان*، فاطمه استواری صفحات 42-53
    نانومواد دوبعدی به دلیل ویژگی هایی همچون نسبت سطح به حجم بالا و جایگاه های فعال متعدد قابلیت های ویژه ای در حسگرهای گازی دارند. در این پژوهش نانوصفحات دی سولفید مولیبدن، گرافن اکسید و کامپوزیت آنها، بترتیب با روش های لایه برداری مایع، هامرز و سونوشیمیایی تهیه شدند. ویژگی های فیزیکی نانومواد تهیه شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه و طیف سنجی رامان مورد بررسی قرار گرفت. سپس حسگر رطوبت بر پایه این مواد بر بستر Si/SiO2 و با استفاده از الکترودهای اهمی (سیم رسانا) ساخته شد. بدلیل نوع متفاوت حامل ها در اکسید گرافن و دی سولفید مولیبدن (بترتیب نوع p و نوع n) نحوه تغییرات جریان در درصدهای مختلف رطوبت در این دو حسگر متفاوت بدست آمد و رفتار حسگر بر پایه کامپوزیت این دو ماده بیشتر به رفتار گرافن مشابه بود. زمان بازیابی و زمان پاسخ دهی هر سه حسگر در محدوده 20 ثانیه اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که کامپوزیت اکسید گرافن و دی سولفید مولیبدن حسگری رطوبت بهتری نسبت به نانوصفحات دی سولفید مولیبدن دارد.
    کلیدواژگان: حسگر رطوبت، GO، MOS2، کامپوزیت GO، MoS2
  • توکل توحیدی* صفحات 54-63
    در این کار، نقاط کوانتومی CdS به صورت کلوییدی در بستر پلیمر پلی ونیل الکل (PVA) با روش لایه نشانی حمام شیمیایی (CBD) تهیه شدند. از سه ترکیب مختلف در حمام شیمیایی برای تهیه نقاط کوانتومی CdS مورد استفاده قرار گرفت. در حالت اول نسبت یون های Cd2+ بیشتر از یون های S2- بود. در حالت دوم نسبت یون های Cd2+ کمتر از یونهای S2- بود و در حالت سوم نسبت یون های Cd2+ مساوی یونهای S2- بود. خواص اپتیکی شامل طیف جذبی، طیف نورتابی و گاف انرژی مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به طیف XRD می‏توان گفت فاز تشکیل شده برای نانو ذرات CdS ترکیبی از ساختار شش گوشی و مکعبی زینک بلند می باشد. از نتایج AFM مشاهده می شود که در هر سه نمونه نانو ذرات CdS در بستر پلیمری جای گرفته اند و نمونه ی تهیه شده از محلول 2 دارای توزیع یکنواخت تری از اندازه ذرات نسبت به دو تای دیگر هستند. تصاویر TEM نشان داد که ذرات CdS تقریبا کروی شکل بوده و با افزایش غلظت یون Cd2+ در محلول اندازه ذرات بزرگ می شود. گاف انرژی نمونه ها در محدوده ی eV 45/2 تا eV 84/2 بدست آمد که در مقایسه با مقدار گاف انرژی ماده ی کپه ایی CdS یعنی eV 42/2 بزرگتر می باشد.
    کلیدواژگان: خواص اپتیکی، نانوکامپوزیت، CdS، PVA، روش حمام شیمیایی
|
  • Hale Alvandi, Ali Hossein Rezayan *, Hassan Hajghassem Pages 1-21
    Bacterial infections and sepsis are among the most important and common causes of death worldwide. Statistics show that more than 18 million people worldwide get sepsis annually, and 28-50% of them die. Recent studies show that timely diagnosis and appropriate antibiotic prescription are among the most important initial measures for sepsis treatment; Despite the availability of antibiotic treatments for bacterial infections, the diagnosis of these infections is often misdiagnosed or delayed. Among the common methods of identifying bacterial infections are sample culturing, PCR-based, and immunological methods; But these methods require specialized equipment and are often time-consuming and expensive, and in many cases, they do not have proper accuracy. Therefore, using new diagnostic methods such as biosensors is especially important in cases of epidemics and deprived areas. This review article examines the necessity of using biosensors to detect pathogenic bacteria. The main focus of this paper is the review of biosensors for the detection of whole bacterial cells without the need for sample processing, and the recent developments in this field are discussed.
    Keywords: Electrochemical Biosensors, Optical biosensors, Point of care device, Sepsis
  • Davood Bandi, Yaser Bahari *, Ali Rajabpour Pages 22-33
    Porous, two-dimensional and monolayer carbon nitride in the form of C2N is a new material that is recently synthesized and has drawn attentions of researchers in nanoscience due to its interesting properties. In the current study, thermal properties of this material is investigated using molecular dynamics simulations. The effect of different lengths from 10 to 200 nm and over temperatures ranging from 200 to 600 K on the thermal conductivity are explored. The results show that the thermal conductivity of the structure is strongly dependent on the length and its temperature in that it increases by increasing the length and decreasing the temperature of the structure. Also, the thermal conductivity of the structure was investigated under both uniaxial and biaxial strains. It was interestingly observed that unlike similar 2D structures such as graphene, the thermal conductivity first increases up to strain values of 12% and 4%, respectively for uniaxial and biaxial strains which then falls to lower values than that of the strain-free counterpart. Further analysis showed that a decrease in the wrinkling of the structure occurs up to the above-mentioned strains resulting in smoothening of the structure and increment in the thermal conductivity as a result.
    Keywords: Thermal conductivity, C2N, nanostructure, molecular dynamics, Strain
  • Hamid Mozafari * Pages 34-41
    In the structure of the solar cell, thin silicon layers are located in the main bilayer in the form of a nanowire structure. These nanostructures enhance light absorption and convert it into electrical energy. The effective refractive index profile of silicon nanowires is used as an important property in solar cells, which can be significantly changed. These changes may be due to the change in the structure of the nanostructure, size, shape, as well as the change in the concentration of silicon nanowire particles, which leads to the improvement or reduction of light absorption and solar cell performance. In this research, the size, shape and concentration of silicon nanowires were synthesized and controlled at different times using gold catalyst and chemical vapor deposition and vapor-liquid-solid (VLS) techniques. The structural properties of the synthesized silicon nanowires were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The optimal effective refractive index was found to be dependent on the length and density of the nanowires. The results show that the maximum efficiency and absorption of the solar cell occurs in the length of 2 mμ and the density ratio of 36% of silicon nanowires. The efficiency of the solar cell in this condition is equal to 9.6%, the filling factor is 66.4%, the short circuit current density in this sample is 28.253 mA.cm-2 and the voltage is 520 mV.
    Keywords: Solar Cell, Effective refractive index, Nanowire, Filling Factor
  • Nafiseh Tobeiha, N. Memarian *, Fatemeh Ostovari Pages 42-53
    Two-dimensional nanomaterials have special capabilities in gas sensors due to features such as high surface-to-volume ratio and multiple active sites. In this research, molybdenum disulfide nanosheets, graphene oxide and their composites were prepared by liquid exfoliation, Hammers, and sonochemical methods, respectively. Physical properties of the prepared nanomaterials were evaluated using scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, and Raman spectroscopy. Then the humidity sensors were prepared based on these materials on Si/SiO2 substrates and using copper electrodes. Due to the different types of carriers in graphene oxide and molybdenum disulfide (p-type and n-type, respectively), the current changes in different moisture percentages were obtained differently for these two sensors, and the behavior of the sensor based on the composite of these two materials was more similar to the behavior of graphene. The recovery time and response time of all three sensors were measured within 20 seconds. The results showed that the composite of graphene oxide and molybdenum disulfide, has a better humidity sensor behaviour rather than molybdenum disulfide nanosheets.
    Keywords: Humidity Sensors, GO, MOS2, GO, MoS2 Composite
  • Tavakkol Tohidi * Pages 54-63
    In this work, CdS quantum dots embedded in polyvinyl alcohol (PVA) polymer were prepared in colloidal form using the chemical bath deposition (CBD) method. Three different compounds were used in the chemical bath to prepare CdS quantum dots. In the first case, the ratio of Cd2+ ions was higher than that of S2- ions. In the second case, the ratio of Cd2+ ions was lower than that of S2- ions, and in the third case, the ratio of Cd2+ ions was equal to that of S2- ions. Optical properties including energy gap, and absorption and emission spectra were studied. According to the XRD spectrum, it can be said that the phase formed for CdS nanoparticles is a combination of hexagonal and zinc blende cubic structures. From the results of atomic force microscopy (AFM), it can be seen that CdS nanoparticles are embedded in the polymer matrix, and the sample prepared from Solution 2 has a more uniform distribution of particle size than the samples from the other two solutions. The TEM images showed that CdS particles are nearly spherical, and with increasing concentration of Cd2+ ions in the solution, the particle size increases. The energy gap of the samples was found to be in the range of 2.45 eV to 2.84 eV, which is larger than the energy gap of CdS bulk, i.e., 2.42 eV.
    Keywords: Optical Properties, Nanocomposite, CdS, PVA, Chemical bath deposition method