نسل دوم و سوم هارمونیک برای سوسپانسیون غیر رقیق ذرات پوشش داده شده با ناهمسانگردی دی الکتریک شعاعی

Second- and third-harmonic generations for a nondilute suspension of coated particles with radial dielectric anisotropy

1- مقدمه
2- پذیرفتاری های غیرخطی موثر برای SHG و THG
3- پذیرفتاری های SHG و THG برای مدل A
4- پذیرفتاری های SHG و THG برای مدل B
5- بحث و نتیجه گیری
منابع

چکیده
ما عبارت هایی را برای تانسورهای پذیرفتاری غیرخطی موثر برای تولید هارمونیک دوم (SHG) و تولید هارمونیک سوم القایی (THG) ذرات کامپوزیت غیرخطی را استخراج می کنیم، که در آن ذرات پوشش دار غیرآبکی با ناهمسانگردی دی الکتریک شعاعی بطور تصادفی در میزبان خطی قرار داده شده اند. دو نوع از ذرات پوشش دار در نظر گرفته شده اند. اولین نوع نوعی است که هسته دارای یک پذیرفتاری غیرخطی مرتبه دوم است و پوسته خطی و بطور شعاعی ناهمسانگرد است، درحالیکه دومین نوع نوعی است که هسته با ناهمسانگردی شعاعی خطی است و پوسته یک پذیرفتاری غیرخطی مرتبه دوم دارد. ما تاحدزیادی پذیرفتاری SHG و THG بهبود یافته ای را در چندین فرکانس تشدید پلاسمون خطی مشاهده می کنیم. برای مدل دوم، با توجه به فلزی بودن ماده پوششی، دو فرکانس تشدید بنیادی ωc1 و ωc2 وجود دارند، که اختلاف آن ωc2−ωc1 قویا وابسته به پارامتر بین سطحی و ناهمسانگردی دی الکتریک شعاعی می باشد. به علاوه، در هر دو سیستم، تنظیم ناهمسانگردی دی-الکتریک منجر به بهبود پذیرفتاری های SHG و THG القایی در فرکانس های تشدید پلاسمون سطحی نسبت به سیستم های همسانگرد متناظر می شود. بنابراین، هردو ساختار هسته پوسته و ناهمسانگردی دی الکتریک نقش مهمی در تعیین بهبود غیرخطی و فرکانس های تشدید سطحی ایفا می کنند.

2- پذیرفتاری های غیرخطی موثر برای SHG و THG
ما یک ماده بطور ماکروسکوپیکی ناهمگن شامل یک تعلیق غیرآبکی از ذرات پوشش دار غیرخطی واقع در یک میزبان خطی با ثابت دی الکتریک را در نظر می گیریم. هسته (یا پوسته) بصورت غیرخطی مرتبه دوم فرض می شود با توجه به این واقعیت که تقارن وارون در سطح شکسته شده است ]25،26[. رابطه مشخصه بین میدان جابجایی D و میدان الکتریکی E هسته و پوسته در مورد استاتیک بصورت زیر است

که در آن و iامین مولفه E و D هستند و مولفه های تانسور پذیرفتاری غیرخطی مرتبه دوم هسته یا پوسته می باشد. هنگامی که از یک میدان خارجی تکفام در امتداد محور z برای سیستم کامپوزیت استفاده می کنیم، پتانسیل ها و میدان های محلی در تمام فرکانس های هارمونیک ناشی از غیرخطیت درجه دوم ترکیبات درون کامپوزیت تولید خواهند شد. بنابراین در فرکانس های محدود، رابطه مشخصه در ذرات بصورت زیر خواهد بود ]22[

که در آن ثابت دی الکتریک وابسته به فرکانس در مولفه را نشان می دهد، در حالیکه پذیرفتاری های غیرخطی مرتبه دوم را ارائه می کند.هدف ما مطالعه پذیرفتاری های هارمونیک دوم و سوم موثر سیستم کامپوزیت می باشد. پذیرفتاریSHG غیرخطی موثر می تواند در شکل زیر نوشته شود ]21[

که در آن برای متوسط فضایی ارائه می شود، کسر حجمی مولفه است و فاکتور میدان محلی ارائه دهنده lامین مولفه کارتزین میدان الکتریکی خطی درون ذرات است هنگامیکه میدان خارجی درامتداد iامین جهت در فرکانس اعمال می شود. در اینجا، می خواهیم یادآوری کنیم که باید روی شاخص های تکراری مانند l و m و n در معادله (3) جمع زده شود.

تأثیر سینتیک تجمع بر رسانایی حرارتی محلول های کلوئیدی در مقیاس نانو (نانوسیال)

Effect of Aggregation Kinetics on the Thermal Conductivity of Nanoscale Colloidal Solutions (Nanofluid)

چکیده
رسانندگی گرمایی، k، تعلیق های کلوئیدی نانومقیاس (شناخته شده به عنوان نانوسیال)، شامل نانوذرات معلق در یک مایع بازی، بسیار بالاتر از رسانندگی گرمایی مایع بازی در کسرهای حجمی بسیار کوچکی از نانوذرات می-باشد. اما، نتایج تجربی از گروه های مختلف درسراسر جهان ناهنجاری های مختلفی مانند یک پیک در بهبود k با توجه به اندازه نانوذره، یک افزایش و همچنین یک کاهش در نسبت k این محلول های کلوئیدی با k سیال بازی با افزایش دما، و یک وابستگی k به pH و زمان را نشان داده اند. در این مقاله، سینتیک انباشتگی محلول های کلوئیدی نانومقیاس با فیزیک انتقال حرارتی برای گیرانداختن تاثیرات انباشتگی بر k ترکیب می شوند. نتایج نشان می دهند که ناهنجاری های مشاهده شده گزارش شده در کار تجربی می توانند به خوبی با درنظر گرفتن سینتیک انباشتگی توصیف شوند. درنهایت، نشان می دهیم که شیمی کلوئیدی نقش مهمی در تصمیم گیری درباره k نانوتعلیق های کلوئیدی ایفا می کند.

داده های تجربی ]1-7[ نشان داده اند که محلول های کلوئیدی نانومقیاس، شناخته شده به عنوان نانوسیال ها (NFها)، رسانندگی گرمایی (k) بسیار بالاتری نسبت به رسانندگی که می تواند با استفاده از مدل های رسانش کلاسیکی، مانند مدل ماکسول-گرانت (MG) برای کامپوزیت های ذره ای خوب پراکنده شده پیش بینی شود خواهد داشت. درحال حاضر، دو نوع تفکر برای توضیح بهبود در k وجود دارد: (1) k توسط ریزرسانش ایجادشده توسط حرکت براونی (BM) نانوذرات ]8-12[ بهبود می یابد و k با توجه به انباشتگی نانوذرات که منجر به رفتار تراوایی محلی می شود بهبود می یابد ]13-15[. هردوی این توصیفات برای k مستقل از یکدیگر می باشند، درحالیکه مقاله کلوئیدی بطور واضح نشان می دهد که BM و انباشتگی مرتبط هستند ]16-17[. وابسته به شیمی سیستم، انباشتگی سریع ذره می تواند اتفاق بیفتد. شکل 1 بطور سیستماتیک انباشتگی را نشان می دهد. احتمال انباشتگی با کاهش اندازه ذره در کسر حجم ثابت افزایش می یابد، چونکه فاصله بین ذره ای متوسط کاهش می یابد، که باعث می شود نیروی واندروالس جاذب مهمتر شود ]16-17[. انباشتگی BM را ناشی از افزایش در جرم سنگدانه ها کاهش خواهد داد، درحالیکه این می تواند k را ناشی از تاثیرات تراوایی در سنگدانه ها افزایش دهد، چونکه ذرات با رسانندگی بالا یکدیگر را در سنگدانه نابود می کنند. اما، مدل های ریزرسانش BM موجود انباشتگی را درنظر نمی گیرند ]8-12[، و مدل های انباشتگی موجود برای k سینتیک انباشتگی را درنظر نمی گیرند.

بوردی و همکاران (18) بطور تجربی نشان دادند که رسانندگی الکتریکی کلوئیدها وابسته به سینتیک انباشتگی سیستم می باشد. انباشتگی یک پدیده وابسته به زمان است ]15-17[. بنابراین، درابتدا ذرات به خوبی در t=0 پراکنده هستند (t=زمان) و سپس شروع به تجمع برای تشکیل چندین سنگدانه بصورت نشان داده شده در شکل 1 خواهند کرد. سنگدانه ها توسط شعاع چرخش شان بصورت نشان داده شده در شکل 1 مشخص می شوند. این سنگدانه های منحصربه فرد رسانندگی بالاتری از مایع خواهند داشت؛ آن ها می-توانند بصورت ذرات جدید با یک شعاع موثر درنظر گرفته شوند و آن ها k مربوط به NF را بهبود خواهند داد. اما، این بهبود با تجمع بیشتر سنگدانه ها برای تشکیل سنگدانه های بزرگتر کاهش خواهد یافت. با ، تمام نانوذرات برای تشکیل یک سنگدانه بزرگ جمع خواهند شد، در همین اثنا نانوذرات دیگر k را بهبود نخواهند داد. بنابراین، بهبود در k ناشی از انباشتگی برای سنگدانه های خوب پراکنده شده در جایی بین دو اکستریم در (بدون انباشتگی) و (انباشتگی کامل) ماکزیمم خواهد بود. مدل های انباشتگی NF در مقالات تاکنون این جنبه را نادیده گرفته اند. اگر کسر حجمی ذرات اولیه، کسر حجمی ذرات در سنگدانه ها و کسر حجمی ذرات در سنگدانه ها باشد، آنگاه . توجه کنید که سنگدانه توسط یک کره به اندازه -بزرگتر از شعاع یک نانوذره تک-بصورت نشان داده شده در شکل 1 توصیف می شود. رابطه نشان می دهد که، برای یک سیستم خوب پراکنده شده است، چونکه تنها یک ذره در هر سنگدانه وجود دارد و ، درحالیکه برای یک سیستم کاملا انباشته شده و می باشد. k ماکزیمم ناشی از رسانش بین این دو حد رخ خواهد داد.

فری مغناطیس در نانوذرات فریت کبالت (CoFe2O4)

Ferrimagnetism in cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles

چکیده
1-مقدمه
2-مواد و روش‌ها
3- نتایج و بحث
4- نتیجه‌گیری
منابع

چکیده
در این تحقیق، نانوذرات فریمغناطیس فریت کبالت (CoFe2O4) با بهره‌گیری از روش هم‌رسوبی سنتز شد. خواصِ مغناطیسی و فیزیکی-شیمیایی محصول نهایی بر اساسِ بکارگیری سورفکتانت‌های ستیل‌ تری‌اتیل ‌آمونیم برومید (CTAB)، هگزامتیلن ‌تترامین (HMT) و پلی‌اتیلن‌گلایکول (PEG-400) بررسی شد. الگوی افتراق‌سنجی پرتو ایکس (XRD) و حالات فعال رامان حاکی از تشکیل ساختار مکعبی فریت کبالت بود. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که محصول نهایی ساختاری کروی دارد و اندازه ذرات در آن متفاوت است. پیک‌های تابش فوتولومینسنس قوی تاییدی بر کیفیت محصول بود. ارتعاش اکسیژن فلزی فروسرخ در اعداد موج‌ cm-1 615 و 426 به ترتیب در مکان‌های تتراهدرال و اکتاهدرال سیستم فریت کبالت خودش را نشان داد. معلوم شد که رفتار الکتروشیمیایی محصول به اندازه دانه وابسته است و با استفاده از CTAB بالاترین ظرفیت ویژه مشاهده گردید. علاوه بر این، رفتار فری مغناطیس در دمای اتاق با استفاده از مطالعات مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی (VSM) تایید شد. همچنین با استفاده از PEG حد مغناطش اشباع به emu/g 66 رسید. ذراتی که دارای اندازه دانه و بلورهای بزرگتری بودند، رفتار مغناطیسی بهتری از خود نشان دادند.

2-مواد و روش‌ها
کبالت نیترات هگزاهیدرات [Co(NO3)2 . 6H2O]، فریک تیترات نانوهیدرات [Fe(NO3)3 . 9H2O]، سدیم هیدروکسید (NaOH)، ستیل تترامتیل‌آمونیم برومید (CTAB)، هگزامتیلن‌تترامین (HMT) و پلی‌اتیلن‌ گلایکول (PEG-400) همگی از شرکت سیگما-آلدریچ تهیه شد. از روش هم‌رسوبی برای سنتز نانوذرات فریت کبالت استفاده شد که از جمله روش‌های شیمی تر است. در ابتدا 1 مولار (mol/L) از Co(NO3)2. 6H2O و 2 مولار (mol/L) از Fe(NO3)3 . 9H2O با یکدیگر با استفاده از همزن مغناطیسی به آرامی مخلوط شد و به آن محلول A لقب داده شد. سپس 1 مولار از CTAB در 10 میلی‌لیتر از آب دی‌یونیزه‌ حل شد و به آرامی به محلول A افزوده گشت. این محلول برای 10 دقیقه دیگر با همزن مخلوط گشت و به آن لقب محلول B داده شد. 20 مول از محلول آلکالین NaOH به عنوان عامل رسوب‌دهی درون محلول B ریخته شد. محلول که در ابتدا به رنگ قهوه‌ای کم‌رنگ بود به تدریج به قهوه‌ای پررنگ تغییر رنگ داد که نشانی از واکنش موفق میان آنها داشت. ذرات با اتانول و آب شستشو داده شد و پس از بکارگیری دستگاه گریز از مرکز، در 100 درجه سانتی‌گراد به مدت یک شبانه‌روز خشک گردید. همین فرآیند مجدداً این بار با بهره‌گیری از سورفکتانت‌های HMT و PEG-400 نیز تکرار شد. این پودرهای خشک‌شده در دمای 800 درجه سانتی‌گراد به مدت دو ساعت کلسینه شد و محصول نهایی به ترتیب C1، C2 و C3 نامگذاری شد. در انتها با بهره‌گیری از روش‌های استاندارد خواص هر یک شناسایی شد. رفتار الکتروشیمیایی و ظرفیت ویژه با مطالعات ولت‌سنجی چرخه‌ای (CV) بررسی شد. فریت کبالت سنتزشده با بهره‌گیری از سورفکتانت‌های مختلف CTAB، HMT و PEG به عنوان ماده فعال انتخاب شد. در ابتدا 70% ماده فعال، 20% عامل رسانا (کربن فعال) و 10% متصل‌کننده (binder) به شکل همگنی با کمک حلال ان-متیل 2 پیرولیدینون با یکدیگر مخلوط شد. برای متصل‌کننده از پلی‌ونیلیدین هگزافلوراید (PVDF) استفاده شد. این مخلوط ثابت روی صفحه گرافیتی کم‌هزینه به اندازه 1 سانتی‌متر در 1 سانتی‌متر لایه‌نشانی شد و سپس در گرمکنی با دمای 120 درجه سانتی‌گراد برای 14 ساعت خشک گردید. در پایان، صفحات گرافیتی که روی آنها ماده فعال پوشش داده شده بود به عنوان الکترود در مطالعات ولت‌سنجی چرخه‌ای به کار گرفته شد. همچنین از Ag/AgCl2 به عنوان الکترود مرجع، سیم پلاتین به عنوان الکترود مخالف و محلول 1 مولار NaOH به عنوان محلول الکترولیت استفاده شد. از روی فرمول و مساحت منحنی CV، مقدار ظرفیت ویژه هر ماده محاسبه شد. تغییرات پتانسیل الکتریکی به 0/2 تا 0/1 ولت در نرخ پیمایش‌های متفاوت 15، 30، 45 و 60 ثانیه محدود شد.

3- نتایج و بحث
نانوذرات فریت کبالت مغناطیسی (CoFe2O4) از طریق روش شیمی‌ تر با بهره‌گیری از سورفکتانت‌های مختلف نظیر CTAB، HMT و PEG-400 سنتز شد. در حین سنتز، افزودن CTAB باعث می‌شد تا بخش‌های منفی محلول پیش‌ساز به سمت انتهای مثبت CTAB حرکت کند و نتیجه آن آمیختگی کمتر است. هگزامین حل‌شده (HMT) در آب باعث تولید مداوم یون‌های هیدروکسید (OH-) در محلول پیش‌ساز می‌شود و ناگهان pH محلول عوض می‌شود. یون‌های هیدروکسید تولیدی باعث تشکیل لایه‌های مایسلی در اطراف هیدروکسید فریت کبالت می‌شود که به نوبه خود منجر به مورفولوژی متراکمِ محصولات کروی نهایی با آگلومره کمتر خواهد شد. افزودن PEG-400 به عنوان عامل اتصال بود و باعث اندازه دانه بزرگتر با قطرهای نامساوی شد و همچنین تغییر در مورفولوژی ذره مشاهده شد. مزایای روش‌های سنتز در کار فعلی برای محصولات نهایی در مقایسه با دیگر روش‌ها نشان می‌دهد که اگر عواملی نظیر سورفکتانت‌های CTAB، HMT و PEG-400 و شرایط سنتز شیمیایی بهینه‌سازی شود، آنگاه می‌توان نانوذرات فریت کبالت را با توزیع‌های متفاوت و مورفولوژی مختلف تهیه کرد. روش هم‌رسوبی یکی از روش‌های ساده، کمتر سمی، سریع و با ظرفیت بالا بدون تحمیل هزینه زیاد برای سنتز نانومواد با اندازه دانه مطلوب به کمک سورفکتانت‌ها مختلف در شرایط بهینه است. بهره‌وری کاربردها صرفاً به خلوص فازهای تهیه‌شده، اندازه بلورها و اندازه ذرات ماده بستگی دارد که به سادگی در روش هم‌رسوبی با تنظیم دمای زینترینگ، زمان واکنش و دیگر عوامل اثرگذار قابل کنترل است. اگرچه روش سنتز به کمک سورفکتانت بسیار متداول است، نقشِ سورفکتانت بر رفتار مغناطیسی چندان مطالعه نشده است. مطالعه حال حاضر معلوم کرد که سورفکتانت یکی از عوامل مهم در تنظیم مورفولوژی ماده است.

طیف سنجی مادون قرمز میکروفوتوآکوستیک

Micro-Photoacoustic InfraRed Spectroscopy

چکیده
1- مقدمه
2- جزئیات آزمایش
1- 2- طراحی سلول MicroPAS
2- 2- تستهای لیزری
3- 2- FT-IR و microPAS
3- نتایج و بحث
1- 3- آزمایشات لیزر دیودی
2- 3- آزمایشات QCL
3- 3- آزمایشات FT-IR
4- نتایج
عناوین اشکال
منابع

چکیده

این پژوهش برای اولین بار، دوام و بقای طیف سنجی مادون قرمز میکروفوتوآکوستیک (microPAS) را تعیین می نماید. در این کار، سلولی که امکان اندازه گیری های طیف سنجی مادون قرمز فوتوآکوستیک (PA) برروی نمونه های کوچک را فراهم می آورد، ساخته و تست شد. برپایی مقدمات کار، امکان تجسم نمونه و انتخاب موقعیت های اندازه گیری خاص را فراهم می آورد و از آن می توان به همراه طیف سنج های مادون قرمز تبدیل فوریه و منابع گوناگون نور، از جمله لامپ های مادون قرمز نزدیک و میانه، تابش سنکروترون و منابع لیزری استفاده نمود. از سلول مذکور برای تمایز بین مهره های پلیمری براساس اختلافات بین طیف های PA شان استفاده گردید. رزولوشن (قدرت تفکیک یا وضوح) فضایی نشان داده شده بهتر از 100 μm، و حداقل 20 μm است.

4- نتایج

این مقاله اثبات اصل microPAS با استفاده از FT-IR مبتنی بر سنکروترون و استفاده از وسایل نمونه جدید برای طیف سنجی میکروفوتوآکوستیک مادون قرمز را شرح می دهد. سلول microPAS تک منظوره امکان تمرکز باریکه نور بر روی نمونه و ثبت طیف های PA از ساختارهای میکرومتری را فراهم آورد. تستهای برون خطی با استفاده از منابع لیزری انجام شد. اندازه گیریهای FT-IR نیز با استفاده از منابع حرارتی و تابش سنکروترون انجام شد. سلول، که با سیستم میکروسکوپ/ طیف سنج FT-IR استاندارد سازگار است، نصب و روی میکروسکوپ Hyperion در MIRIAM beamline B22 Diamond Light Source تست شد. استفاده از تابش سنکروترون روشن امکان اندازه گیری با نقاط نوری محدود به پراش، با اندازه هایی قابل قیاس با طول موج تابش را فراهم آورد.طیف های مادون قرمز میانه بادوام برای مهره های پلیمری تکی با ابعاد بین 35 و 90 μm بدست آمدند. نقشه طیفی خط نمونه اکسید گرافن/ اپوکسی تائید کرد که وضوح فضایی وسیله microPAS بهتر از 100 μm و در برخی مواقع 20 μm است. در آزمایشات بیشتر در Diamond با استفاده از میکرونمونه های تحقیقاتی که میکروطیف سنجی FT-IR استاندارد قادر به تولید نتایج نیست، قابلیت microPAS در سطح گسترده تر کشف و تست خواهد شد.

Abstract

This investigation establishes, for the first time, the viability of micro-photoacoustic infrared spectroscopy (microPAS). A cell that allows photoacoustic (PA) infrared spectroscopy measurements on small samples was constructed and tested in this work. The setup allows visualizing the sample and selecting specific measurement positions. It can be used with conventional Fourier-Transform infrared spectrometers and a variety of light sources, including conventional near- and mid-infrared lamps, synchrotron radiation, and laser sources. The cell was successfully used to discriminate between individual polymer beads based on differences between their PA spectra. The demonstrated spatial resolution is better than 100 µm and, in at least one case, as good as 20 µm.

4- Conclusions

This article describes the proof of principle of microPAS using synchrotron based FT-IR and the commissioning of a novel sample accessory for infrared micro-photoacoustic spectroscopy. A purpose-built microPAS cell allowed focusing of the light beam onto the sample and the recording of PA spectra from micrometric structures. Off-line tests were performed using laser sources. FT-IR measurements were also performed using thermal sources and synchrotron radiation. The cell, which is compatible with a standard FT-IR microscope/spectrometer system, was installed and tested on the Hyperion microscope at the MIRIAM beamline B22 of the Diamond Light Source. The use of bright synchrotron radiation allowed measurements with diffraction limited light spots, with sizes comparable to the radiation wavelength. Viable midinfrared spectra were obtained for single polymer beads with dimensions between 35 and 90 µm. A line spectral map for a graphene oxide/epoxy sample confirmed that the spatial resolution of the microPAS accessory is better than 100 µm and as good as 20 µm in some circumstances. The microPAS capability will be further explored and tested more extensively in future experiments at Diamond using research microsamples where standard FT-IR microspectroscopy is incapable of providing results.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

طیف سنجی مادون قرمز میکروفوتوآکوستیک

Micro-Photoacoustic InfraRed Spectroscopy

TiO2 و ترکیبات آن به عنوان مواد نوید دهنده بیولوژیکی

TiO2 and its composites as promising biomaterials: a review

چکیده

معرفی

سنجش زیستی

فعالیت های ضد میکروبی

لخته شدن خون

درمان فوتو دینامیک (PDT)

تحویل دارو

ایمپلنت های استخوان و دندان

نتیجه

منابع

چکیده:

     TiO2 یک ماده شناخته شده است و دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و سازگاری زیستی قابل ملاحظه ای است که آن را به عنوان یک ماده مناسب در جهان بیولوژیکی تبدیل کرده است. توسعه مواد جدید مبتنی بر TiO2 برای دستیابی به خصوصیات و کاربردهای مورد نظر به شدت مورد نیاز است. تعداد زیادی از ترکیبات TiO2 در زمینه های مختلف سنتز شده و کاربرد دارند. در این مقاله، کاربرد TiO2 و ترکیبات آن در زیست سنجش، در فتودینامیک درمانی، به عنوان یک ماده ضد میکروبی و به عنوان حامل نانو دارو گزارش شده است. هدف از این بررسی، بحث در مورد کاربرد بیولوژیکی مواد مبتنی بر TiO2 و پیشرفت های اخیر در TiO2 برای تقویت کاربرد آن در دنیای بیولوژیکی است.

سنجش زیستی
     یک وسیله تحلیلی که پاسخ بیولوژیکی را به شکل الکتریکی یا هر شکل قابل خواندن دیگری تبدیل می کند، به عنوان بیوسنسور شناخته می شود. کار یک بیوسنسور الکتروشیمیایی بر اساس جریان الکتریکی، پتانسیل یا تجمع بار ناشی از واکنش بیوشیمیایی روی سطح استوار است. یک فرآیند زیست سنجش عمدتا از چهار مرحله تشکیل شده است: a) اتصال گیرنده به آنالیت (b) یک واکنش بیوشیمیایی خاص که بر روی رابط اتفاق می افتد و باعث ایجاد سیگنال دریافت شده توسط مبدل می شود (c) سیگنال در حال تبدیل به سیگنال الکترونیکی است و توسط ردیاب با استفاده از مرجع مناسب تقویت می شود و (d) سیگنال برای پردازش داده ها به رایانه ها ارسال می شود و مقدار حاصل از طریق رابط به عملگر ارائه می شود.

     حسگرهای زیستی ابزارهای خارق العاده ای در زمینه آنالیزهای شیمیایی و بیولوژیکی، مراقبت های بهداشتی، نظارت بر محیط زیست، صنایع فرآیندی، تولید دارو و دارشناسی هستند. کیفیت حسگر زیستی به  حساسیت، انتخاب و زمان پاسخ بستگی دارد. از نظر این عوامل حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی (Iwamoto et al. 1994; Wang et al. 2009) به عنوان یک روش تحلیلی بهتر در مقایسه با سایر تکنیک های تحلیلی مانند تحلیل لومینسانس (شب تابی) (Li and Liu 2011; Deng et al. 2011) فلورومتری (Niu et al. 2012) رنگ سنجی (Park et al. 2005; Durocher et al. 2009) یافت شد. هر واحد زیست سنجی از یک ماده نیمه رسانا استفاده می کند (شکل 2) ، و به دنبال آن ماده بیولوژیکی یا ماده بیومعدنی به طور اختصاصی یک آنالیت را متصل می کند یا آنرا کاتابولیزه می کند.

     مواد بیولوژیکی طبیعی مانند آنتی بادی ها و آنزیم ها به دلیل هزینه های زیاد و تأثیر محیطی به طور گسترده ای به عنوان مواد حسگر مورد استفاده قرار نمی گیرند. بنابراین نیاز به بیوسنسور مصنوعی با ثبات و کم هزینه بسیار زیاد است. در این زمینه عدم انعطاف پذیری، زیست سازگاری، هزینه کم، مساحت سطح ویژه بالا، پایداری شیمیایی و فتوشیمیایی، شفافیت نوری، فعالیت های الکتروشیمیایی باعث می شود نانو ساختاریافته از TiO2 به عنوان یک ماده نیمه رسانا به عنوان بیوسنسور مورد استفاده قرار گیرد (Mun et al. 2010; Mathurab et al. 2009; Topoglidis et al. 1998). فرض بر این بود که فضای وسیعی از سطح داخلی، بار منفی سطح و شاخص ضریب شکست بالای مؤثر در آرایش نانولوله TiO2 ، می تواند امکان استفاده مناسب از زیست مولکول ها را فراهم کرده و حساسیت آنالایزر بالایی را نشان دهد. به طور کلی، گروه عملکردی هیدروکسیل (OH) که روی یک سطح اکسید فلزی (TiO2) تشکیل شده است، به بیومولکول ها به روش شیمیایی یا فیزیکی متصل می شود که برای کاربردهای بعدی خود به عنوان بیوسنسور عمل می کند (Sakata et al. 2004). TiO2 با روشهای مختلف سنتز شده و ساختار سطح را اصلاح کرده و پیوند کوالانسی آنالایزر شناسایی مولکولهای زیستی مانند پروتئین ها، آنزیم ها، DNA و RNA را با تعامل با گروههای کاربردی ترمینال مانند کربوکسیلیک (-COOH) ، آلدهید (-CHO)، آمین (NH2) و غیره موجود در زیست مولکولها برقرار می کند (Mondal et al. 2014; Rios and Smirnov 2009; O’Brien et al. 2000; Kim et al. 2009) و با ارتقاء انتقال الکترون، خاصیت بیوسنسینگ را تقویت کنید (Zang et al. 2007). نانو ترکیبات TiO2 با سایر مواد نیمه رسانا مانند NiO ، SiO2 ، CeO2 ، IrO2و غیره حمل و نقل الکترونیکی پیشرفته را نشان می دهند و توانایی عالی برای بی حرکت کردن آنزیم را نشان می دهند (Tang et al. 2013; Cui et al. 2014; Zhao et al. 2015; Liu et al. 2006). آرایش نانوسیم IrO2-hemin-TiO2 با انتخاب ، حساسیت و پایداری افزایش یافته در تشخیص گلوتاتیون مورد استفاده قرار گرفته است (منظور از آرایش نحوه ی قرار گرفتن و نظم نانو ذرات است) (Tang et al. 2013). ساختارهای حاشیه نانوذرات حاوی P-نوع NiO و n-نوع TiO2 دارای فعالیتهای الکتروکاتالیستی پیشرفته در اکسیداسیون آمینوپورین 6-فسفات (6PA)می باشد که به دلیل تشکیل ناهمگونی اتصالی p-N ، باعث بهبود حمل و نقل بار شده و توانایی تجمع سطح بالاتری را نشان می دهد (Cui et al. 2014).

بازیافت کربنات لیتیوم از ضایعات کاتدی از باتری لیتیوم یونی مصرف شده – یک فرآیند حلقه بسته

Lithium Carbonate Recovery from Cathode Scrap of Spent Lithium-ion Battery – a Closed-loop Process

چکیده

1- مقدمه

2- روش تجربی

1-2- مواد و واکنش دهنده ها

2-2- مشخصه یابی تجربی مواد

3-2- فروشویی انتخابی از ضایعات کاتدی

4-2- رسوب کربنات لیتیوم و رسوب Ni، Co، Mn

5-2- مشخصه یابی

3- نتایج و بحث

1-3- فروشویی انتخابی از ضایعات کاتدی

2-3- مکانیسم های ظاهری بازیافت فلز

3-3- بازیافت کربنات لیتیوم

4-3- توسعه یک فرآیند جدید تولید باتری یونی لیتیومی

چکیده

یک فرآیند حلقه بسته به منظور بازیافت کربنات لیتیوم از ضایعات کاتدی باتری یونی لیتیومی (LIB) توسعه داده شده است. لیتیوم را با استفاده از فرمیک اسید می توان به صورت انتخابی از محلول خارج کرد، در حالی که آلومینیوم به شکل فلزی باقی مانده و بسیاری از فلزات دیگر از ضایعات کاتدی را می توان رسوب داد. این پدیده به وضوح نشان می دهد که فرمیک اسید می تواند برای بازیافت لیتیوم از ضایعات کاتدی استفاده شود، هم به صورت فروشویی و هم به عنوان ماده واکنش دهنده جداساز. با بررسی اثرات پارامترهای مختلف از جمله دما، غلظت فرمیک اسید، میزان H2O2 (هیدروژن پراکسید) و نسبت جامد به مایع؛ نرخ فروشویی لیتیم با حداقل ورود آلومینیوم به داخل محلول، می تواند به میزان 99.93% برسد. متعاقبا، سینتیک فرآیند فروشویی ارزیابی شده و همچنین در مرحله کنترل انرژی فعال سازی ظاهری تعیین شد. پس از جداسازی بیشتر Ni، Co و Mn باقیمانده از شیرابه ، می توان Li2O3 با خلوص 99.9% بدست آورد. محلول نهایی را پس از استخراج کربنات لیتیوم به منظور تهیه فرمات سدیم می توان بیشتر فرآوری کرد و Ni، Co و Mn برای تهیه پیش ماده برای مواد کاتدی آماده می شوند. به عنوان یک نتیجه، نرخ بازیافت جهانی Al، Li، Ni، Co و Mn در این فرآیند به ترتیب 95.46%، 98.22%، 99.96%، 99.96% و 99.95%، با دستیابی به منابع موثر بازیافت از ضایعات کاتدی باتری یونی لیتیومی (LIB)، مشاهده شد.

مقدمه

تقاضا برای باتری های یونی لیتیومی (LIBs) به طور مستقیمی به کابرده گسترده این باتری ها در محصولات الکتریکی و الکترونیکی از جمله لپ تاپ ها، تلفن های همراه، وسایل نقلیه (EVs) و دوچرخه های برقی بستگی دارد. در سال 2014، تنها در چین تولید باتری های یونی لیتیومی به 5.287 میلیارد واحد رسیده است. این امر متعاقبا منجر به مصرف میزان زیادی از باتری های یونی لیتیومی و تولید ضایعات مورد نیاز به منظور بازیافت، شده است. از یک سو، این نوع ضایعات به دلیل دارا بودن میزان بالای فلزات سنگین و الکترولیت حاوی فلوراید خطرناک تلقی شده اند. از سوی دیگر، مقدار قابل توجهی از فلزات با ارزش از جمله Li ، Ni ، Co ، Al ، Cu آماده بازیافت از چنین ضایعاتی هستند که به همین دلیل توجه جهانی را به سمت توسعه فناوری های مختلف، با هدف به حداقل رساندن خطرات مدیریتی و به حداکثر رساندن نرخ بازیافت از فلزات با ارزش، جلب کرده است.

توسعه یک فرآیند جدید تولید باتری یونی لیتیومی

بر پایه ی نتایج تجربی و تئوری پیشین، یک فرآیند جدید تولید باتری یونی لیتیومی تحت فروشویی فرمیک اسید در شکل 7 به صورت شماتیکی رسم شده است.

نرخ بازیافت جهانی کل فلزات بیش از 90٪ بوده و محصولات اصلی در جدول 2 نشان داده شده اند. ضایعات کاتدی Ni، Co و Mn عمدتا به صورت رسوبات هیدروکسید (رسوبات Ni-Co-Mn (I, II)) همراه با اتلاف جزئی در محلول پسماند (جدول S9) بازیافت شدند. در این فرآیند برای جدا کردن رسوب Ni-Co-Mn (I) و فویل آلومینیوم، پی برده شد که در حدود 0.005 درصد وزنی Ni-Co-Mn به عنوان ناخالصی از فویل آلومینیومی (جدول S7) هدر می رود.

Abstract

A closed-loop process to recover lithium carbonate from cathode scrap of lithium-ion battery (LIB) is developed. Lithium could be selectively leached into solution using formic acid while aluminum remained as the metallic form, and most of the other metals from the cathode scrap could be precipitated out. This phenomenon clearly demonstrates that formic acid can be used for lithium recovery from cathode scrap, as both leaching and separation reagent. By investigating the effects of different parameters including temperature, formic acid concentration, H2O2 amount, and solid to liquid ratio, the leaching rate of Li can reach 99.93% with minor Al loss into the solution. Subsequently, the leaching kinetics was evaluated and the controlling step as well as the apparent activation energy could be determined. After further separation of the remaining Ni, Co, and Mn from the leachate, Li2CO3 with the purity of 99.90% could be obtained. The final solution after lithium carbonate extraction can be further processed for sodium formate preparation, and Ni, Co, and Mn precipitates are ready for precursor preparation for cathode materials. As a result, the global recovery rates of Al, Li, Ni, Co, and Mn in this process were found to be 95.46%, 98.22%, 99.96%, 99.96%, and 99.95% respectively, achieving effective resources recycling from cathode scrap of spent LIB.

Introduction

The demand of lithium-ion batteries (LIBs) is directly driven by their extensive applications on electrical and electronic products including laptops, mobile phones, electric bikes and vehicles (EVs) 1 . In 2014, the production of LIBs had reached 5.287 billion units only in China2 . It has subsequently resulted in a large amount of spent LIBs and production scrap required to be treated. On one hand, this type of waste is considered to be hazardous due to the high content of heavy metals 3 and fluoride-bearing electrolyte. On the other hand, significant amount of valuable metals 4 including Li, Ni, Co, Al, Cu, are ready to be recycled from such waste which has therefore attracted worldwide attentions to develop various technologies, aiming to either minimize the management risks or maximize the recovery rate of the valuable metals.

Development of a new lithium-ion battery production process

Based on previous theoretical and experimental results, a new lithium-ion battery production process under the leaching of formic acid was schematically plotted in Figure 7. The global recovery rates of all the metals are all over 90% and the main products are shown in Table 2. The Ni, Co and Mn of the cathode scrap were mainly recovered as hydroxide precipitates (Ni-Co-Mn precipitates I andⅡ)with minor loss in the residue solution (Table S9).In the process to separate Ni-Co-Mn precipitateⅠand Al foil, it was found that about 0.005 wt.% Ni-Co-Mn was lost as the impurity of Al foil (Table S7).

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بازیافت کربنات لیتیوم از ضایعات کاتدی از باتری لیتیوم یونی مصرف شده – یک فرآیند حلقه بسته

Lithium Carbonate Recovery from Cathode Scrap of Spent Lithium-ion Battery – a Closed-loop Process

پیگیری مکانیسم مولکولی دکربونیلاسیون کتون های سیکلیک غیراشباع با تئوری تکامل پیوند و تحلیل NCI

Following the Molecular Mechanism of Decarbonylation of Unsaturated Cyclic Ketones Using Bonding Evolution Theory Coupled with NCI Analysis

چکیده

1. مقدمه

2. جزئیات محاسباتی و زمینه نظری

3. نتایج و بحث

4. خلاصه و نتیجه گیری

چکیده

کاربرد سینرژیک تئوری تکامل پیوند (BET) و آنالیز برهم کنش غیرکووالانسی (CNI) این امکان را فراهم می کند که به دیدگاه جدیدی پیرامون فرآیند شکست یا تشکیل پیوند و توزیع مجدد الکترون در کنار مسیر واکنش دست یابیم. و بدین ترتیب مکانیسم مولکولی واکنش درک و مناطق قوی و ضعیف جفت شدگی الکترون شناسایی شود. این دیدگاه برای روزن رانی چله تروپی CO از کتون های سیکلیک غیراشباع سیکلوهپتا-3و5-دی ان-1-یک CHD، سیکلوپنت- 3- ان-1-یک CPE و بیسیکلو[2.2.1] هپت-2-ان-7-یک BCH با استفاده از MPWB1K هیبرید کارکردی در کنار مجموعۀ اساس aug-cc-pVTZ مد نظر قرار گرفته است. دکربونیلاسیون یا کربن زدایی CHD, CPE و BCH از جمله واکنش های حلقه گسلی غیرقطبی است که توالی نقطه چرخش ( TP) آن به صورت CHD, 1−11-C[CC]C†C†FFFTSC†C†C†−0:HT + CO; CPE, 1−8-CC[C†C†F†][FF][FF]FTS[C†C†]−0:BD + CO و BCH, 1−8-CC[C†C†]F[FF]FTS[C†C†]− 0:CD + CO می باشد. شکست پیوند C−C بین اتم های انتهایی کربن چهارپون دی ان/تری ان و اتم کربن تکۀ CO در فاصلۀ 1.9−2.0 Å در مجاورت ساختار انتقال که حالات انتقال هنوز دست نیافته است آغاز می شود. آنالیز NCI توضیح می دهد که پیوندهای غیرکوظرفیتیی بین دو قطعه پس از شکست پیوندهای C−C ظاهر می شوند.

4. خلاصه و نتیجه گیری
در این مطالعه، تئوری تکامل پیوند (BET) در کنار آنالیز برهم کنش غیرکووالانسی (NCI) به منظور بررسی بیشتر پر.سۀ شکست/شکل گیری پیوند و توزیع مجدد الکترون در مسیر واکنش مربوط به دکربونیلاسیون چله تروپی کتون های سیکلیک غیراشباع سیکلوهپتا-3و5-دی ان-1-یک CHD، سیکلوپنت- 3- ان-1-یک CPE و بیسیکلو[2.2.1] هپت-2-ان-7-یک BCH مورد استفاده قرار گرفت. تمام محاسبات در چهارچوب تئوری تابع چگالی با استفاده از تابع MPWB1K توام با مجموعه اساس augcc pVTZ انجام شد. روزن رانی چله تروپی CO از CHD,، CPEو BCH را می توان به صورت واکنش های حلقه زدایی غیرقطبی با انرژی فعالسازی نظری (در 0 K) به ترتیب 228.3، 236.3 و 160.7 kJ mol−1 دسته بندی کرد. کربونیلاسیون CHD,، CPEو BCH به ترتیب ر موقعیت توپولوژیکی 11،8، و 8 با محدوده های ثبات ساختاری پی در پی رخ می دهد و آن را با توالی نقاط چرخشی به صورت زیر می توان نشان داد: CHD, 1−11-C[CC]C†C†FFFTSC†C†C†−0:HT + CO; CPE, 1−8−CC[C†C†F†][FF][FF]FTS[C†C†]−0:BD +CO; و BCH, 1−8−CC[C†C†[F[FF]FTS[C†C†]−0:CD + CO .

Abstract

The synergetic use of bonding evolution theory (BET) and noncovalent interaction (NCI) analysis allows to obtain new insight into the bond breaking/forming processes and electron redistribution along the reaction path to understand the molecular mechanism of a reaction and recognize regions of strong and weak electron pairing. This viewpoint has been considered for cheletropic extrusion of CO from unsaturated cyclic ketones cyclohepta-3,5-dien-1-one CHD, cyclopent−3-en-1-one CPE, and bicyclo[2.2.1]hept-2-en-7-one BCH by using hybrid functional MPWB1K in conjugation with aug-cc-pVTZ basis set. Decarbonylation of CHD, CPE, and BCH are nonpolar cyclo-elimination reactions that are characterized by the sequence of turning points (TPs) as CHD, 1−11-C[CC]C† C† FFFTSC† C† C† −0:HT + CO; CPE, 1−8-CC[C† C† F† ]- [FF][FF]FTS[C† C† ]−0:BD + CO; and BCH, 1−8-CC[C† C† ]F[FF]FTS[C† C† ]− 0:CD + CO. Breaking of C−C bond between the terminal carbon atoms of diene/ triene framework and carbon atom of CO fragment starts at a distance of ca. 1.9− 2.0 Å in the vicinity of the transition structure where the transition states are not reached yet. NCI analysis explains that the noncovalent interactions between two fragments appeared after the breaking of C−C bonds.

4. SUMMARY AND CONCLUDING REMARKS

In this contribution, bonding evolution theory (BET) coupled with noncovalent interaction (NCI) analysis have been used to disentangle the bond breaking/forming processes and electron redistribution along the reaction path associated with the cheletropic decarbonylation of unsaturated cyclic ketones cyclohepta-3,5-dien-1-one CHD, cyclopent-3-en-1-one CPE, and bicyclo[2.2.1]hept-2-en-7-one BCH. All calculations have been carried out in the framework of density functional theory using hybrid functional MPWB1K in conjugation with the augcc-pVTZ basis set. Cheletropic extrusion of CO from CHD, CPE, and BCH can be classified as nonpolar cyclo-elimination reactions with the theoretical activation energies (at 0 K) of 228.3, 236.3, and 160.7 kJ mol−1 , respectively. Decarbonylation of CHD, CPE, and BCH take place, respectively, along 11, 8, and 8 topologically differentiated successive structural stability domains and can be represented by the sequence of turning points as CHD, 1−11-C[CC]C† C† FFFTSC† C† C† −0:HT + CO; CPE, 1−8−CC[C† C† F† ][FF][FF]FTS[C† C† ]−0:BD + CO; and BCH, 1−8−CC[C† C† ]F[FF]FTS[C† C† ]−0:CD + CO.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پیگیری مکانیسم مولکولی دکربونیلاسیون کتون های سیکلیک غیراشباع با تئوری تکامل پیوند و تحلیل NCI

Following the Molecular Mechanism of Decarbonylation of Unsaturated Cyclic Ketones Using Bonding Evolution Theory Coupled with NCI Analysis

مروری بر غشای پلیمری هیدروژل برای کاربرد پانسمان کردن زخم: پانسمان هیدروژل بر پایه PVA

A review on polymeric hydrogel membranes for wound dressing applications: PVA-based hydrogel dressings

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

 غشای پلیمری هیدروژل برای کاربرد پانسمان کردن زخم: پانسمان هیدروژل بر پایه PVA

A review on polymeric hydrogel membranes for wound dressing applications: PVA-based hydrogel dressings

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

نفوذ ردیاب نیکل در آلیاژهای آنتروپی بالا CoCrFeNi و CoCrFeMnNi

Ni tracer diffusion in CoCrFeNi and CoCrFeMnNi high entropy alloys

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

 انتشار ردیاب نیکل در CoCrFeNi و CoCrFeMnNi آلیاژهای آنتروپی بالا

Ni tracer diffusion in CoCrFeNi and CoCrFeMnNi high entropy alloys

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

ترمودینامیک آماری برهمکنش های آروماتیک – آروماتیک در محلول آبی

Statistical thermodynamics of aromatic–aromatic interactions in aqueous solution

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

هم پویایی آماری اثر متقابل آروماتیک-آروماتیک در محلول آبی

Statistical thermodynamics of aromatic–aromatic interactions in aqueous solution

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.