فهرست مطالب

نانو مقیاس - سال یازدهم شماره 1 (پیاپی 41، بهار 1403)

فصلنامه نانو مقیاس
سال یازدهم شماره 1 (پیاپی 41، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مرجان دهقان، حسین نیکوفرد، نرگس نیکوفرد، مهدی اسماعیل زاده* صفحات 1-11

    مواد دوبعدی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه فردشان همچون ساختار نواری خطی نزدیک سطح فرمی، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا چشم انداز وسیعی را در ساخت ادوات نانوالکترونیک، ذخیره انرژی و انتقال اطلاعات پیش روی محققان قرار داده اند. یکی از این مواد که اخیرا مورد توجه قرار گرفته تک لایه دو بعدی از اتم های بور به نام بوروفین است که شامل آلوتروپ های مختلفی از جمله α، β12، χ3 و 8-pmmn می باشد. بوروفین دارای مخروط دیراک کج و ناهمسانگرد است و علاوه بر شفافیت عالی، رسانایی الکترونی و یونی فوق العاده دارد. این خواص به همراه ویژگی های دیگر بوروفین موجب کاربردهای متنوع و بالقوه این ماده در حسگرهای گازی، باتری های یونی فلزی و ادوات الکترونیک و اپتوالکترونیک شده است. در این پژوهش قصد داریم به صورت مروری به مطالعه خواص بوروفین پرداخته و تاثیر عواملی همچون ناخالصی، تابش نور، کرنش، چینش اتم های لبه نانونوار، دما، میدان های الکتریکی و مغناطیسی را بر ویژگی های ترابرد الکترونی در این ماده بررسی نماییم.

    کلیدواژگان: مواد دوبعدی، بوروفین، ترابرد کوانتومی، میدان های خارجی، نانو الکترونیک
  • راضیه تیموری، سجاد مهرورز، محمدرضا کلاهدوز* صفحات 12-16
    دسترسی به تکنیک های ارزان و مناسب در مقیاس بزرگ برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت مسطح کارآمد بسیار مهم است. امروزه، در فرآیند آزمایشگاهی پوشش چرخشی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرد، ساخت مقیاس بزرگ لایه های پروسکایت ترکیبی با چالش هایی مواجه است. در این مقاله، لایه های پروسکایت سه کاتیونه همراه با فرمامیدینیوم (FA) با استفاده از رسوب الکتروشیمیایی (ELD) به عنوان یک رویکرد جدید و مقیاس پذیر، سنتز شده اند، سپس نتیجه با فرآیند پوشش چرخشی مبتنی بر ضدحلال (SCA) مقایسه شد. در مقایسه با پروسکایت SCA، نتایج جریان-ولتاژ افزایش قابل توجهی در ضریب پرشدگی (FF) را نشان می دهد که از ٪97/53 به ٪60.79 به دلیل مسیرهای کاهش بازترکیب بدون قربانی کردن ولتاژ مدار باز (VOC) و جریان اتصال کوتاه (JSC) افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: سلول های خورشیدی پروسکایت، سه کاتیونه، ضد حلال مبتنی بر پوشش چرخشی، رسوب الکتروشیمیایی
  • منصور فربد*، علیرضا مبارک مآب صفحات 17-28
    استفاده از اثر نورگرمایی راهی مناسب برای تولید بخار آب خورشیدی بدون استفاده از سوخت های فسیلی است. در این پژوهش کامپوزیت آئروژل گرافن /نانو گل های Cu2S تهیه و از آنها به منظور تبخیر سریع آب استفاده شد. نانو گل های Cu2S به روش حلالی- حرارتی تهیه و با استفاده از آنالیز های XRD و SEM مشخصه یابی شدند و سپس مشخصات نوری این مواد با استفاده از آنالیزهای UV-Vis ، PL و FTIR بررسی شدند. همچنین آئروژل گرافن با استفاده از خشک کردن در فشار محیط تهیه شد. کامپوزیت این دو ماده به روش ریخته گری قطره ای تهیه شد. برای بررسی اثر نورگرمایی، این مواد تحت تابش نور مرئی با شدت W/m2 2000 به مدت یک ساعت قرار گرفتند. تغییرات دمای غلظت های مختلف 10، 20 و g/l 30 از این مواد به طور جداگانه نسبت به آب خالص در حضور و عدم حضور نور مقایسه شدند و مشخص شد با افزایش غلظت نانو گل ها در آب، دما افزایش قابل توجه ای داشته تا جایی که در غلظت g/l 30، دما از 25 درجه سانتی گراد به 4/48 درجه رسید. همچنین میزان کاهش جرم آب در حضور این نانو مواد با غلظت g/l 30 به مقدار kg/m2 64/3 رسید. سپس از کامپوزیت آئروژل گرافن/نانو گل های Cu2S به منظور بررسی همزمان اثر هر دو ماده در آب در غلظت های مختلف استفاده شد و مشاهده شد پس از گذشت 60 دقیقه، کامپوزیت با غلظت g/l 30 باعث تغییر دمای آب تا حدود 32 درجه سانتی گراد شده است که 6/8 درجه بیشتر از Cu2S تنها و 4 درجه بیشتر از آئروژل تنها می باشد. میزان کاهش جرم آب با حضور این کامپوزیت و تحت تابش نور مرئی با شدت W/m2 2000 به مقدار kg/m2 96/3 رسید.
    کلیدواژگان: نورگرمایی، کامپوزیت آئروژل گرافن، نانوگل های Cu2s، تبخیر آب
  • زهرا صیدالی لیر*، سپیده شیشه بر، احسان سهیلی، محمد صباییان صفحات 29-41
    در این پژوهش، از نقاط کوانتومی ZnCdTeS با گسیل نور در طول موج های مختلف جهت بهبود خواص دی الکتریکی و الکترو اپتیکی سلول های بلور مایع نماتیک E7 استفاده شده است. مولفه های گذردهی دی الکتریکی (ɛ‖ وɛꓕ) و ناهمسانگردی دی الکتریکی (Δɛ) نمونه های بلور مایع نماتیک حاوی نقاط کوانتومی ZnCdTeS به صورت تابعی از دما اندازه گیری شد. در فاز نماتیک، با افزودن نقاط کوانتومی، ɛ‖ در مقایسه با ɛꓕ افزایش بیشتری می یابد. در حضور نقاط کوانتومی با نشر نور قرمز، افزایش قابل توجه ɛ‖ منجر به افزایش حدود 19 درصدی ناهمسانگردی دی الکتریکی سامانه شده است. نتایج دی الکتریکی نشان می دهد که محیط بلور مایع موجب القاء آرایه هایی یک بعدی از نقاط کوانتومی درون سامانه می شود و این امر موجب بهبود خواص دی الکتریکی سلول می شود. مطابق نتایج الکترواپتیکی، حضور نقاط کوانتومی موجب کاهش قابل توجهی در ولتاژ آستانه سلول های بلور مایع نماتیک می شود. مقدار ولتاژ آستانه از V 57/2 برای بلورمایع خالص به V 21/2 برای بلور مایع حاوی نقاط کوانتومی کاهش یافته است. نقاط کوانتومی با جذب ناخالصی های یونی درون سامانه، موجب کاهش اثرات پوششی و افزایش میدان موثر سامانه می شوند. افزایش میدان موثر درون سلول، افزایش ناهمسانگردی و بهبود برهم کنش میان بلور مایع و نقاط کوانتومی موجب بهبود خواص کلیدزنی سلول شده است.
    کلیدواژگان: بلور مایع نماتیک، خواص دی الکتریکی، خواص الکترواپتیکی، ولتاژ آستانه
  • مریم ماپار، مجید تقدیر، بیژن رنجبر* صفحات 42-53
    آنزیم کربنیک انیدراز II پروتئینی سیتوزولی واقع در غشای گلبول های قرمز است که در فرایندهای فیزیولوژیکی و پاتولوژیکی مختلفی شرکت دارد. این آنزیم به طور موثر هیدراتاسیون برگشت پذیر دی اکسید کربن را نیز کاتالیز می کند. با توجه به نقش مهم آنزیم مذکور، در این مطالعه از روش محاسباتی شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) برای مطالعه ساختار و دینامیک آنزیم وحشی و چند آنزیم جهش یافته استفاده شد. بر اساس مطالعات تجربی گذشته، آنزیم های جهش یافته این مطالعه، در جهت افزایش فعالیت سینتیکی و یا تغییر در پایداری آنزیم اثرگذار هستند. در ابتدا مطالعات مکانیک کوانتومی و سپس MD انجام شد. طبق نتایج، مشاهده شد که آنزیم طبیعی ازنظر انرژی پتانسیل و انرژی آزاد گیبس در وضعیت مطلوب و پایداری قرار دارد، همچنین با توجه ‏به RMSD،RMSF وRg مشخص شد آنزیم جهش یافته ای که بر فعالیت آنزیم تاثیرگذار است نسبت به سایر آنزیم ها دارای پایداری بیشتر، نوسانات و شعاع ژیراسیون کمتری است. در دو جهش یافته دیگر که بر پایداری آنزیم نیز اثرگذار بودند، نسبت به دو آنزیم قبل، پایداری کمتر و نوسانات و سطح انرژی پتانسیل بالاتری مشاهده شد، که باعث ناپایداری این آنزیم‏ها در طول شبیه سازی می شد. این نتایج می توانند در مهندسی و طراحی واریانت های جدیدی از آنزیم کربنیک انیدراز کمک کننده باشند.
    کلیدواژگان: کربنیک انیدراز II، دینامیک مولکولی، جهش، فعالیت، پایداری
  • علی غلامی*، مهشید گلستانه، هدیه بیگدلی آذری صفحات 54-69
    کروسین یکی از مواد موثره زعفران است که به طور مستقیم بر کیفیت و ارزش تجاری آن تاثیر می گذارد. در این پژوهش، یک روش ساده برای استخراج حساس و انتخابی کروسین از زعفران با استفاده از پلیمرهای قالب مولکولی مغناطیسی (MMIPs) توسعه داده شد. MMIPs با استفاده از جنتیوبیوز به عنوان مولکول الگو، متااکریلیک اسید به عنوان مونومر عاملی، اتیلن گلیکول دی متاکریلات به عنوان عامل شبکه ساز و Fe3O4@SiO2 به عنوان حامل مغناطیسی تهیه شد. مشخصه یابی نانوذرات با استفاده از طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، مغناطیس سنج ارتعاشی (VSM) و آنالیز گرماوزنی (TGA) انجام شد. پارامترهای مختلف موثر بر راندمان استخراج، همدماهای جذب، سینتیک جذب و گزینش پذیری MMIPs مورد مطالعه قرار گرفت. آنالیت ها با استفاده از طیف سنجی مرئی-فرابنفش و کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا تعیین شدند. نتایج نشان داد که مدل شبه مرتبه دوم جذب کروسین را توصیف می کند و داده های تعادلی جذب با مدل فروندلیچ مطابقت دارد. هم چنین جاذب ساختاری همگن داشت و جذب کروسین از طریق جذب برگشت پذیر چندلایه انجام شد. در شرایط بهینه، محدوده خطی mgL-1 0/50-05/0 بود. حد تشخیص و حد کمی سنجی به ترتیب mgL-1 014/0 و mgL-1 10/0 بود. روش پیشنهادی در استخراج کروسین از نمونه های حقیقی، نتایج رضایت بخشی را نشان داد.
    کلیدواژگان: کروسین، زعفران، پلیمر قالب مولکولی، نانوذرات مغناطیسی، استخراج گزینشی
|
  • Marjan Dehghan, Hossein Nikoofard, Narges Nikoofard, Mahdi Esmailzadeh * Pages 1-11

    Due to the unique physical and chemical properties of two-dimensional (2D) materials, such as linear band structure near the Fermi level, high electrical and thermal conductivity, they have opened up a wide vision in the fabrication of nanoelectronic devices, energy storage and information transmission. One of the theses materials that has recently received attention is a two-dimensional monolayer of boron atoms called borophene which has various allotropes such as α, β12, χ3, 2-pmmn and 8-pmmn. This 2D material has tilted and anisotropic Dirac cone and in addition to excellent transparency, it has excellent electron and ion conductivity. These properties along with other properties of borophene have caused diverse and potential applications of this material in gas sensors, metal ion batteries and electronic and optoelectronic devices. In this paper, we intend to review the properties of borophene and investigate the effect of factors such as impurity, light radiation, strain, dimension reduction in the form of nanoribbon, temperature, electric and magnetic fields on the properties of electron transport in this material.

    Keywords: Two-Dimensional Materials, Borophene, Quantum Transport, External Fields, Nanoelectronics
  • Razieh Teimouri, Sajad Mehrvarz, Mohammadreza Kolahdouz * Pages 12-16
    Access to cheap and suitable large-scale techniques is crucial for the fabrication of efficient perovskite planar solar cells. Today, the commonly used spin-coating laboratory process for large-scale fabrication of composite perovskite layers faces challenges. In this paper, tri-cationic perovskite layers with formadinium (FA) have been synthesized using electrochemical deposition (ELD) as a novel and scalable approach, then the result was compared with the anti-solvent process based on spin coating (SCA). Compared to conventional SCA perovskite, current-voltage results show a significant increase in fill factor (FF) from 53.97% to 60.79% due to reduced recombination paths without sacrificing open-circuit voltage (VOC) and short-circuit current (JSC).
    Keywords: Perovskite Solar Cells, Triple Cations, Anti-Solvent Based Spin Coating, Electrochemical Deposition
  • Mansoor Farbod *, Alireza Mobarakmoab Pages 17-28
    The use of photothermal effect is an appropriate method for generating solar steam without the use of fossil fuels. In this study, a graphene aerogel/Cu2S nanoflower composite was prepared and used for rapid water evaporation. The Cu2S nanoflowers were synthesized using a solvothermal method and characterized using XRD and SEM analyses. The optical properties of these materials were investigated using UV-vis, PL, and FTIR analyses. Additionally, the graphene aerogel was prepared by drying under ambient pressure. The composite of these two materials was prepared using a droplet casting method. To study the photothermal effect, these materials were exposed to visible light irradiation with an intensity of 2000 W/m2 for one hour. The temperature changes of different concentrations (10, 20, and 30 g/l) of these materials were compared to pure water, both in the presence and absence of light, and it was found that the presence of these materials in water leads to an increase in temperature changes and the rate of water evaporation. with an increase in the concentration of nano-flowers in water, the temperature showed a significant increase, reaching 48.4 degrees Celsius at a concentration of 30 g/l, compared to 25 degrees Celsius initially. moreover, the amount of water mass reduction, indicating water evaporation, reached 3.64 kg/m2 at the highest concentration. Furthermore, the graphene aerogel/Cu2S nanoflower composite was used to simultaneously investigate the effects of both materials in water at different concentrations, and the results showed after 60 minutes, the composite with a concentration of 30 g/l caused a temperature change of approximately 32 degrees Celsius, which is 8.6 degrees higher than Cu2S alone and 4 degrees higher than graphene aerogel alone. The reduction in water mass in the presence of this composite under visible light irradiation at an intensity of 2000 W/m2 reached 3.96 kg/m2.
    Keywords: Photothermal, Graphene Aerogel, Cu2s Nanoflower Composite, Water Evaporation
  • Zahra Seidalilir *, Sepideh Shishehbor, Ehsan Soheyli, Mohammad Sabaeian Pages 29-41
    In this study, ZnCdTeS quantum dots (QDs) with luminescent properties at different emission wavelengths were utilized to enhance the dielectric and electro-optical characteristics of nematic liquid crystal (NLC) cells. At various temperatures, the dielectric permittivity components (ɛ‖ and ɛꓕ) and dielectric anisotropy (Δɛ) of NLC samples containing ZnCdTeS QDs were measured. ɛ‖ increases considerably more than ɛꓕ in the nematic phase when QDs are introduced. The dielectric anisotropy of the system has increased by approximately 19% in the presence of QDs with red emission, which is a result of a significant enhancement of ɛ‖. The NLC environment induces one-dimensional arrays of QDs in the system, which enhances the dielectric properties of the system, as demonstrated by the dielectric results. The electro-optical findings indicate that including QDs substantially reduces the threshold voltage of NLC cells. Incorporating quantum dots into liquid crystal led to a reduction in the threshold voltage from 2.57 V for pure NLC to 2.21 V. QDs improve the effective field of a system by reducing the screening effects caused by ionic impurities in the system. Anisotropy enhancement, effective field increase within the cell, and QD-NLC interaction improvement all contribute to the enhancement of the cell's switching characteristics.
    Keywords: Nematic Liquid Crystals, Dielectric Properties, Electro-Optical Properties, Threshold Voltage
  • Maryam Mapar, Majid Taghdir, Bijan Ranjbar * Pages 42-53
    The human enzyme carbonic anhydrase II (HCA II) is a cytosolic protein located in the membrane of red blood cells, and it is involved in various physiological and pathological processes. It can catalyze the reversible hydration of carbon dioxide efficiently. Given the critical role of the HCA II, computational methods such as molecular dynamics simulation (MD) are used to study the structure and dynamics of the wild-type and the mutant enzymes. Based on the previous experimental studies, mutant enzymes enhance kinetic activity or decrease stability. Before MD, quantum mechanics studies were performed. The native enzyme was in a stable state after MD in terms of potential energy and Gibbs-free energy. As evidenced by RMSD, RMSF, and Rg, One of the mutated enzymes that affect the activity of the enzyme has more stability, less fluctuation, and less Rg than other enzymes. In two other mutants that also affected the stability of the enzyme, compared to the previous two enzymes, lower stability, more fluctuations, and potential energy level were observed, which caused the instability of these enzymes during the simulation. These results can help in the engineering and design of new variants of carbonic anhydrase enzyme.
    Keywords: Human Carbonic Anhydrase II, Molecular Dynamics, Mutation, Stability, Activity
  • Ali Gholami *, Mahshid Golestaneh, Hedyeh Bigdeli Azari Pages 54-69
    Crocin is one of effective ingredients of saffron, which directly affects saffron's quality and commercial value. Herein, a simple method has been developed based on magnetic molecularly imprinted polymers (MMIPs) for sensitive and selective extraction of crocin from saffron. MMIPs were prepared using gentiobiose as the template molecule, methacrylic acid as the functional monomer, ethylene glycol dimethacrylate as the cross-linking agent, and Fe3O4@SiO2 as the magnetic support. Nanoparticle characterizations were performed using various techniques, including Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), vibrating sample magnetometry (VSM), and thermogravimetric analysis (TGA). Different parameters affecting extraction efficiency, isothermal absorption experiments, kinetics absorption experiments, and the selectivity of MMIPs was studied. The analytes were determined by UV-Vis spectrometry and high-performance liquid chromatography (HPLC). The result showed that the pseudo-second-order model describes the sorption of crocin, and the adsorption equilibrium data fit with the Freundlich model. Also, the sorbent had a homogeneous structure, and the crocin sorption occurred through multilayer reversible sorption. Under the optimized conditions, the linear range was between 0.05-50 mgL-1. The limit of detection and limit of quantification were 0.014 and 0.10 mgL-1, respectively. The proposed method in extracting crocin from real samples showed satisfactory results.
    Keywords: Crocin, Saffron, Molecularly Imprinted Polymers, Magnetic Nanoparticles, Selective Extraction