مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

در اینجا رویکردی برای ترکیب الکتروفورز ریزتراشه (MCE) و SERS برروی یک سوبسترا ارائه نموده ایم. طرح پیشنهادی تراشه شیشه ای MCE شامل دو کانال متقارن جانبی برای ورود نانو ذرات نقره پس از جداسازی الکتروفورزی است. نانوذرات به وسیله انتشار محوری با جریان آنالیت ها مخلوط می شود. و در نتیجه ریسک بالقوه گسترش منطقه که در میکسرهای جریان آشفته وجود دارد را محدود می کند. دو کانال جانبی (به جای یک کانال) باعث توزیع سریع و همگون NPها در کانال شده امکان افزودن یک افزودنی ثانویه (مثل عامل تجمع) برا پیشبرد تشخیص SERS را فراهم می کند. ویژگی ها و پتانسیل دستگاه توسعه یافته با استفاده از یک محلول مدل از سه رودامین مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت سیستم برای شناسایی یک ترکیب در یک مخلوط پیچیده نمونه ذایی به کار برده شد.

2. مواد و روش ها
2.1. ساخت دستگاه میکروفلوئید
تراشه های میکروفلوئید برای آنالیز MCE-SERS آماده شد. این تراشه ها از دو تیغه شیشه ای سدیم آهک به ضخامت 1mm تشکیل شده است (76*26mm). فوتولیتوگرافی معمولی و به دنبال آن یک روش اچینگ مرطوب و با دمای بالا انجام شد. جهت مشاهده شرح مفصل فرایند ساخت و پارامترهای دستگاه، اطلاعات پشتیبانی را ببینید. ساختار دستگاه ساخته شده را می توان بر اساس عملکرد آن به 4 قسمت تقسیم کرد: (1) منافذ نمونه برداری برای تزریق پاششی (2) کانالی برای جداسازی MCE (3) اتصال متقارن برای ورود افزودنی های SERS (4) منطقه تشخیص طراحی کلی در شکل 1 نشان داده شده است.

2.2. تشخیص MCE با فلوئور سانس و SERS
جداسازی MCE در 20mm از 3-(N- مورفولینور) پروپان سولفونیک اسید (MOPS) بافر (سیگما آلدریچ،USA) به عنوان الکترولیت پس زمینه (BGE) که در PH=6.5 تنظیم شده بود انجام شد. جهت آزمایش با محلول نمونه رودامین، 10% ایزوپروپانول (مرک، آلمان) به BGE افزوده شد. جهت جلوگیری از تغییر ایزوپروپانول در اثر تبخیر، این BGE قبل از هر آنالیز تهیه می شد. به منظور بازسازی سطح شیشه، بین هر آنالیز تراشه توسط 1M از HNO3 (مرک، آلمان) و 0.1 M NaOH (سیگما آلدریچ، USA) شسشه شد. در حین آنالیز MCE، دستگاه میکروفلوئیدی به منظور دستیابی به تزریق انحصاری نمونه و نیز جداسازی الکتروفورزی در پتانسیل داده شده در جدول 1 نگه داشته شد. ولتاژ توسط دو منبع تغذیه (FUGelectronik GmbH آلمان) و از طریق 6 الکترود که توسط پیچ های تفلون به یک صفحه الکترود پلاستیکی متصل شده بود، فراهم گردید.
برای آزمایش MCE با فلوئورسانس، تراشه میکروفلوئیدی روی یک میکروسکوپ IX-70(المپس- ژاپن)مجهز به هدف 40 برابر قرار داده شد. بریا برانگیخته سازی نمونه یک لامپ جیوه (HBO 103 w/s, osrom) به همراه یک فیلتر مکعبی U-MSWB2 (المپس،ژاپن) با ex:420-480nm و em>520nm و آینه کروی: 500nm مورد استفاده قرار گرفت. سیگنال های فلوئورسانس به وسیله یک لوله چندگانه آلمانH 9307-03,Hama matsu, جمع آوری شده و به وسیله نرم افزار Charity (جمهوری چک Data Apex,) و با سرعت دریافت 25Hz، ثبت شد.
در آزمایش های MCE,SERS تراشه میکروفلوئیدی روی میکروسکوپ اپی فلوئور سانس Ix-71 (ژاپن olymis) که بخشی از یک سیستم رامان بود، قرار داده شد. ابزار رامان با استفاده از یک لیزر 473نانو متری (50 مگا وات، کوپولت،سوئد) با وضوح 40 مگاپیکسل در مرکز کانال تراشه قرار گرفت (ژاپن، olmpis). طیف رامان به وسیله یک ریزپردازنده Action sp2750 (تجهیزات پرینسون، USA) با بزرگنمایی 600 خطی ضبط گردید. زمان انباشت در 250ms تنظیم شد که برای منطقه آنالیت ارائه شده بیش از 7 نقطه داده را به دست می دهد.

2.3. نانو ذرات نقره
(Ag-Nps)
نانو ذرات نقره با توجه به پروتکل Lee-Meisel بر اساس کاهش نیترات نقره (Sigma-Aldrich,USA) با سدیم سیترات دی هیدراته، سنتز شد. سوسپانسیون های کلوئیدی حاصل از جذب ماکسیم 430nm و لظت نقره 0.11 mg/ml بود.

تکرار پذیری سنتز نانو ذرات با استفاده اندازه گیری حاصل از سه آزمایش نانو پیوسته کلوئیدی، با استفاده از طیف سنج UV-vis ارزیابی شد. از آنجاییکه توزیع شکل و سایز نانو ذرات بر افزایش سیگنال SERS تاثیر می گذارد. این مسئله حائز اهمیت است. با ماکسیم جذب 430nm (شکل S2A) مقادیر قابل مقایسه ای به دست آمد. یک از نمونه های ناپیوسته توسط میکروسکوپ الکترونی اسکن گردید (SEM) (شکل S2B).
در برخی آزمایشات جمع آوری NPS با افزودن سدیم کلرید (آلمانCarl Roth,) آغاز شد.برای افزایش غلظت نانو ذرات، 1 میلی لیتر کلوئید خام به مدت 10 دقیقه در 13000rpm سانتریفیوژ گردید (Galax 14D, USA). حجم مایع رویی با توجه به فاکتور غلظت مطلوب محاسبه شد. نانو ذرات تغلیظ شده برای رسیدن به غلظت نهایی بافر 200M محلول رودامین، برای رسیدن به غلظت (7.7) 10% ایزوپروپانول به کلوئید افزوده شد.

2.4. مواد
محلول های استوک رودامین (Rh 6G) 6G . رودامین 123 و رودامین (Rh 110) 110 در غلظت 0.1nm از طریق حل کردن در MOPS 20mm با 10% حجمی ایزوپروپانول آماده گردید. هر سه رودامین از Sigma_Aldrich در USA خریداری شد. محلول آنالیت رودامین با رقیق سازی محلول استوک در BGE تا غلظت 10M برای Rh123 و Rh110 و 30M برای Rh 6G به دست آمد. به منظور آماده سازی یک محلول استوک ریبوفلاوین (Sigma Aldrich,USA) ، این محلول برای به دست آوردن ریبوفلاوین با غلظت 1mM در 10 mM NaOH حل شد. این محلول استوک هر هفته تهیه می شد. محلول های کاری با رقیق کردن در BGE تا غلظت 50M به دست آمد. همه محلول های استوک در دمای اتاق و در تاریکی نگهداری شد.
یک نمونه ارنس بابیکو(سس ساندویچ آمریکایی ،H.j Heinz Gmb آلمان) با پراکندگی 1g سس در 1mL از 5mM Naoh به وسیله اولتراسونیک، تهیه شد. محلول به دست آمده در یک ویال پلاستیکی تجدید پذیر در 13000rpm به مدت 7 دقیقه سانتریفیوژ گردید و یک سیستم سه لایه به دست آمد (شکل S3). محلول سبک زرد رنگ از لایه میانی به وسیله پیپت حذف شد. قبل از آنالیز، محلول به وسیله فیلترهای قابل تجزیه با سایز حفره 0.22m فیلترشده (Restek,GmbH آلمان) و به وسیله آب دیونیزه سه برابر رقیق گردید. اطلاعات جزئی در مورد مواد تشکیل دهنده سس. در اطلاعات تکمیلی ارائه شده است.

3. بحپ و نتیجه گیری
هدف از این کار توسعه رویکرد میکروفلوئیدی برای ترکیب جداسازی الکتروفورزی و اسپکتروسکوپی رامان افزایش سطح در یک دستگاه می باشد. این عمل باید قدرت تفکیک بالای تراشه الکتروفورزی و قابلیت های SERS را به عنوان یک روش اسپکتروسکوپی ارتعاشی برای شناسایی، ترکیب کند. بدین منظور تراشه های شیشه ای را با اتصالات متقارنی در انتهای کانال جداسازی برای افزودن محلول های کلوئیدی نقره، طراحی کرده و ساختیم- ساختار دوزسنجی مذکور(شکل1) در این طرح کانال های جداسازی از Np ها خالی شده و در نتیجه از اثرات مخرب جداسازی الکتروفورزی مانند ترسیب NP و واکنش های نامطلوب آنالیت ها و NP جلوگیری می شود. عناصر میکروفلوئیدی از دو کانال جانبی تشکیل شده که به طور متقارن از دو طرف به کنال MCE متصل می شود. دو کانال جانبی برای دستیابی به توزیع سریع و همگون NPها در طول کانال و جهت ایجاد امکان افزودن واکنش گرهای ثانویه طراحی شد. پس از اتصال (در ناحیه تشخیص) کانال به آهستگی عریض شد تا از سرعت یافتن MCE به علت افزودن مجلول های جانبی جلوگیری شود.

3.1. موقعیت یابی پنجره تشخیص
یک پیش شرط برای دستیابی به سیگنال های چشمگیر SERS ترکیبات جداشده عبارت است از تماس ترکیب NPها و آنالیت های مربوطه است. به کار بردن ساختارهای میکسر روشی برای نزدیک کردن NP ها و آنالیت ها پس از جداسازی است [5,25]. متاسفانه میکسرهای بر پایه جریان متلاطم منجر به کاهش بازدهی جداسازی می شود[13]. میکسرهای بر پایه پراکندگی جایگزین بهتری می باشد [22,26]. کاربرد آن ها بر اساس دو جریان پیشرو و راندن آنها به وسیله حرکت براونی می باشد. از آن جاییکه انتشار یک پدیده وابسته به زمان است، مکان یابی دقیق پنجره انتشار حائز اهمیت است. در سیستم پیشنهادی MCE-SERS اختلاط سه جریان الزامی است. جریان میانی محلول کانال الکتروفورز است که توسط دو جریان جانبی همراه محلول های کلوئیدی نقره اضافه شده است.

انبساط کنترل شده محلول فوق بحرانی: یک روش مقاوم برای تولید نانوذرات دارویی خالص با توزیع-اندازه باریک

Controlled Expansion of Supercritical Solution: A Robust Method to Produce Pure Drug Nanoparticles With Narrow Size-Distribution

Abstract

We introduce a robust, stable, and reproducible method to produce nanoparticles based on expansion of supercritical solutions using carbon dioxide as a solvent. The method, controlled expansion of supercritical solution (CESS), uses controlled mass transfer, flow, pressure reduction, and particle collection in dry ice. CESS offers control over the crystallization process as the pressure in the system is reduced according to a specific profile. Particle formation takes place before the exit nozzle, and condensation is the main mechanism for postnucleation particle growth. A 2-step gradient pressure reduction is used to prevent Mach disk formation and particle growth by coagulation. Controlled particle growth keeps the production process stable. With CESS, we produced piroxicam nanoparticles, 60 mg/h, featuring narrow size distribution (176 ± 53 nm).

1 Introduction

Introduction Particle production based on supercritical carbon dioxide (scCO2) is efficient, inexpensive, and ecological.1 These kinds of bottom-up technologies form particles by recrystallization.2 CO2 is the most common solvent in supercritical processes because its critical temperature and pressure are relatively low, 31
C and 74 bar.3 Furthermore, CO2 is “Generally Recognized As Safe” by the Food and Drug Administration; it is neither flammable nor toxic. The prepared particles are pure, and the obtained polymorph can be controlled.4-6 Supercritical particle production allows using a 1-step preparation process.2 This simplifies the particle production, which, for example, in common industrial ball milling techniques requires many steps and excipients. Moreover, current nanoparticle technologies feature limited batch size and often require organic solvents.7

Particle production techniques using scCO2 use scCO2 as solvent, as solute, or as antisolvent.5,8 Rapid expansion of supercritical solutions (RESS) is a solvent- and excipient-free production method.9 It has been used to micronize pharmaceutics1,4,10 and to produce nanomicron- and submicron-size drug particles.11-21 For example, piroxicam, the model compound in our research, has been micronized with RESS resulting in particles with Ø ¼ 1.52-8.78 mm.22

The processes using scCO2 as a solvent have been modified by changing process parameters (e.g., ultrahigh pressure,23 nozzle construction,24 or by expanding the scCO2 in a liquid environment25). However, since invented, particle production using scCO2 as solvent is based on rapidly decreasing the pressure.26 Although promising also for nanoparticle production, the results have not always been satisfactory regarding particle size and product uniformity.27

سنتز سبز نانوذرات a-Fe2O3 برای تصفیه آرسنیک (V) با جنبه تازه ای برای تصفیه لجن

Green synthesis of a-Fe2O3 nanoparticles for arsenic(V) remediation with a novel aspect for sludge management

Abstract

A simple, single step and eco-friendly approach was taken for synthesizing iron oxide nanoparticles using Aloe vera leaf extract. The nanoparticles were characterized by various techniques and used for arsenic(V) remediation in synthetic system with an initial concentration range of 2–30 mg/L. The effect of pH, particle dosage and initial arsenic concentration on arsenic adsorption was investigated using response surface methodology involving five levels Central Composite Design (CCD) considering adsorption capacity as the response. The nanoparticles showed a high sorption capacity of 38.48 mg/g in the experimental range of concentration compared to other inorganic oxide based adsorbents.

A novel approach was adopted for utilization of arsenic contained sludge. As(V) sorbed nanoparticles were used in the preparation of colored soda lime silicate glass. The basic properties such as density, thermal and optical properties were measured for the experimental glass sample and compared with samples containing commercial Fe2O3.

The overall study indicates that the green synthesized iron oxide nanoparticle is a prospective candidate for arsenic remediation in contaminated water. The arsenic contained sludge may be used in preparation of coloured glasses which have wide application in making container bottles and building glasses.

1 Introduction

Nanotechnology has introduced a new dimension in the field of environmental remediation of various toxic contaminants like heavy metals, dyes and pesticides etc. Controlling the particle size and shape at nanoscale results into a large surface area to volume ratio which imparts greater reactivity. Apart from the smaller particle sizes, presence of a large numbers of active sites and the catalytic potential of nanoparticles enable them as potential candidates for wide range of contaminants [1]. Nanoscale iron particles have shown efficiency for detoxification of chlorinated organic solvents, organochlorine pesticides and PCBs [2]. Zhang et al. prepared ferromagnetic carbon coated Fe nanoparticle which could remove over 95% of chromium (VI) in wastewater [3]. Manganese based nanoparticle synthesized using micro-emulsion process and coated with gold was observed as efficient nanosorbents for removal of heavy metals from wastewater [4]. Copper (II) oxide nanoparticles synthesized by thermal refluxing process were found as a potential nano-adsorbent for arsenic removal [5].

Iron oxide based components have a natural affinity for arsenic sorption [6]. Removal of As(V) using magnetic Fe3O4 from municipal waste water has been reported [7]. Fe(III) crosslinked alginate nanoparticles were used in fixed bed column for arsenic (V) removal [8]. Apart from being an effective adsorbent of As(V), the nano-sorbent demonstrated antimicrobial property also. The adsorption–desorption behaviour for As(V) was studied using hydrated iron oxide particles in combination with a macroporous ion-exchange resin at neutral pH [9]. A novel composite material was developed with high arsenic adsorption capacity by encapsulating g-Fe2O3 nanoparticles in macroporous silica [10].

Most of the research studies focus on synthesis of iron oxide nanoparticles by chemical route using reducing agents [11]. Chemical reagents are often toxic, flammable and expensive in nature. In the process of synthesizing magnetite nanoparticles using toxic solvents, hazardous byproducts may generate and the process involves high energy consumption [12]. Therefore, biogenic or green synthesis of nanoparticles has emerged as an environment friendly and promising approach. Application of various plant extracts has been reported for biosynthesis of gold and silver nanoparticles using rapid and nontoxic process [13]. Presence of different phytochemicals, viz. glutathiones, polyphenols, alkaloids as well as various types of proteins, enzymes, polysaccharides and alcoholic compounds in plant extracts facilitate reduction of metal ions and formation of stable nanoparticles [12]. Extracts of Aloe vera leaves were used for production of silver nanoparticles and its antimicrobial activity has been studied [14]. The gel of A. vera leaf acts as a bio-reducing agent for preparation of metal oxide and metal nanoparticle, semiconductors, etc. [15]. Nanocrystalline zinc-aluminate had been synthesized using A. vera leaf extract [15]. Biosynthesis of iron oxide nanoparticles with less than 5 nm were achieved in preferential cubic arrays deriving into magnetite and wuestite-like clusters using alfalfa [16].

نانوذرات ZnO به دست آمده با استفاده از لیزر پالسی و ترکیب آنها با پارچه نخی: آماده سازی و مطالعه فعالیت های ضد باکتریایی

ZnO nanoparticles obtained by pulsed laser ablation and their composite with cotton fabric: Preparation and study of antibacterial activity

Abstract

A simple deposition method was used to prepare a ZnO/cotton fabric composite from water and ethanol dispersions of ZnO nanoparticles obtained by the pulsed laser ablation method. The structure and composition of the nanoparticles from dispersions and as-prepared composites were studied using electron microscopy, X-ray diffraction, and spectroscopy. The nanoparticles and composite obtained exhibited antibacterial activity to three different pathogenic microorganisms—Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Bacillus subtilis. An attempt to understand a mechanism of bactericidal effect of ZnO nanoparticles was made. It was shown that zinc ions and hydrogen peroxide were not responsible for antibacterial activity of the particles and the composite, and surface properties of nanoparticles played an important role in antibacterial activity of zinc oxide. The proposed composite is a promising material for use as an antibacterial bandage.

1 Introduction

Semiconductor nanosized particles are widely used in different fields such as optoelectronics, catalysis, and sensorics. One of such materials is a wide-gap semiconductor (band gap of 3.37 eV), zinc oxide [1]. One more prospective application of ZnO is in biomedicine. Among antimicrobial agents, inorganic so-called “nanoantibiotics” [2] have attracted more and more attention. They exhibit great stability, high activity at low concentrations, and long shelf-life [3–5]. Zinc oxide is known as one of the most promising inorganic antibacterial agents. ZnO was found to demonstrate strong antibacterial and antifungal activity [6–10]. It was also shown [11] that after contact with ZnO slurry the sensitivity of Escherichia coli to some organic antibiotics increased. In addition, ZnO nanoparticles are active at pH values from 7 to 8 [12], which is suitable for use in water for washing and drinking. But despite the abundance of research in this area, the mechanism of antibacterial action of the zinc oxide is still not completely investigated [5,9,11]. ZnO nanoparticles can be used for disinfection purposes not only in the form of dispersions but also as a component of different materials, for example as filler for polymer film or as a coating [13]. Different materials covered with ZnO have been reported, including polymers [14], nano-fiber [15], silk [16], wool fibers [17], and cotton fabric [18–22]. It seems that antibacterial bandages based on different materials covered with ZnO nanoparticles have a great potential for hygienic and medical applications. Cotton fabric has many advantages in this area, such as natural composition, hypoallergenicity, and accessibility, and also it is an air penetrable material. Thus, this material is a very attractive as a basis for bandages containing ZnO.

The method that is the most frequently used for obtaining ZnO/cotton fabric composites is in situ synthesis of zinc oxide on the surface of the fabric. Zinc nitrate [18,20,23], zinc acetate [24], and zinc sulfate [21] are usually used as the source of zinc. Moreover,there is research in which pre-prepared ZnO was deposited on the cotton fabric from its dispersions using a pad-dry cure method [19,23] or layer-by-layer deposition [22]. In our opinion, using preprepared nanoparticle dispersions for obtaining ZnO/cotton fabric composites is more attractive from the practical point of view, since it does not require as precise control of the conditions as in situ methods require.

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1- مقدمه
2-روش های آزمایش
2-1 مواد و ترکیب
2-1-1 تولید نانوذرات سیلیکای مزوپور
2-1-2 ساخت نقاط کوانتومی SnO2
2-1-3 نانوکامپوزیت SnO2 QDs/SiO2 (QDs-MSN)
2-2 تعیین مشخصات
2-3 اندازه گیری جذب
3-1 تعیین مشخصات مواد
3-2خواص جذب
3-2-1 اثر دوز جاذب
3-2-2 تاثیر غلظت اولیه mb و ایزوترم جذب MB
3-2-3 اثر زمان تماس و سینتیک جذب متیلن بلو بر روی 
3-2-4 تاثیر Ph محلول و پتانسیل زتا بر روی جذب سطحی رنگ
3-2-5 اثر دما بر روی جذب MB
3-2-6 اثر غلظت املاح بر جذب متیلن بلو
3-2-7 اثر جاذب های بازیافت بر روی جذب متیلن بلو
40 . نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1- مقدمه
تخلیه فاضلاب های رنگی تصفیه نشده از صنایع نساجی مختلف به محیط به یک مشکل جهانی به دلیل اثرات نامطلوب آن بر روی گیاهان و جانوران(1) تبدیل شده است. بیش از10000 رنگ تجاری موجود است و در سرتاسر دنیا ماده رنگی در هر سال استفاده می شود(2).حدود 10 تا 15 درصد رنک های مورد استفاده در طی فرایند رنگ آمیزی از بین رفته و به عنوان فاضلاب وارد محیط می شوند. بر طبق گزارش بانک جهانی، حدود 17 تا 20 ر درصد آلاینده های صنعتی از پسماند های منسوجات رنگی حاصل شده اند(3). به طور کلی، رنگ های آلی آروماتیک دارای ماهیت پایدار می باشند و از این روی به سختی زیست تجزیه پذیر هستند. تقریبا همه رنگ های فوق برای سیستم اکولوژیکی سمی هستند و دارای خاصیت سرطان زایی هستند. مواجهه در برابر متیلن بلو می تواند موجب آسیب دایم بر چشم های انسان و حیوانات شود. از این نظر، حذف مواد رنگی قبل از تخلیه آب ها بسیار مهم است. روش های مختلف نظیر فیلتراسیون ممبران، تبادل یونی، الکتروشیمیایی، انعقاد، اکسیداسیون شیمیایی و جذب برای حذف رنگ های ارگانیک سمی از فاضلاب صنعتی استفاده می شوند. در میان همه روش های سنتی برای حذف مواد رنگی از محیط محلول، جذب سطحی یک روش موثر و جذاب به دلیل مزیت های آن نظیر بقایای اندک، قابلیت استفاده مجدد از مواد جاذب و سادگی عملیات است(5، 6).
در طی سال های اخیر، کربن فعال رایج ترین جاذب برای حذف رنگ های آلی می باشد با این حال ستفاده از آن به دلیل هزینه زیاد، زیست تجزیه پذیری پایین، وجود خلل و فرج درشت و نیاز به مقدار زیاد جاذب برای حذف سریع محدود شده است(3-7-8). تلاش های زیادی توسط محققان برای یافتن جایگزین مناسب با ظرفیت جذب بالا، حذف سریع و هزینه پایین به منظور حذف رنگ ها از فاضلاب به طور موثر صورت گرفته است. علاوه بر درشت مولکول ها، انتشار ذرات موجب کاهش سرعت جذب و ظرفیت های موجود می شود(9). از این روی، تولید یک جاذب قابل بازیافت با سطح مقطع زیاد و مقاومت انتشاری پایین برای اهداف تجاری از اهمیت زیادی برخوردار است. از این نظر توجه زیادی به تولید مواد جاذب با سطح مقطع زیاد و مقائمت انتشاری پایین شده است. درطی سال های اخیر، مواد اکسید غیر آلی نظیر نانوذرات آهن اکسید، منیزم اکسید و ذرات کامپوزیت با هسته BiFeO3/a-Fe2O3 به عنوان جاذب احتمالی برای رنگ های ارکانیک استفاده شده است. از سوی دیگر، نانوذرات سیلیکای با خلل و فرج متوسط به عنوان یک ماده جاذب منحصر به فرد برای رنگ های مختلف استفاده شده و یک ماده ماتریکس منحصر به فرد برای بار گذاری نانوذرات مختلف است(4،5 و 13). یو و همکاران( 14) نانوکامپوزیت هماتیت سیلیکا را برای حذف MB از محلول آبی تولید کردند. شمسی زاده و همکاران، به طور موثر رنگ اکزالات سبز مالاشیت را با استفاده از کربن فعال بار گذاری شده با نانوذرات اکسید قلع ساختند. نقاط کوانتومی SnO2 نیمه رسانا توجه زیادی را به دلیل اثر قابل توجه در حذف آلاینده ها از فاضلاب به خود معطوف کرده است.
بر اساس مرور منابع MSN بار گذاری شده با SnO2 QD نیاز نانوجاذب رابرطرف می کند که دارای سطح مقطع بزرگ بوده و در عین حال، حضور SnO2 QD موجب کاهش مقاومت انتشاری ذرات می شود(8). MSN بار گذاری شده با SnO2 QD تا کنون به عنوان ماده جاذب برای حذف آلاینده ها از فاضلاب تست نشده است. در این مطالعه، متیلن بلوری کاتیونی به صورت رنگ مدل برای مطالعه عملکرد QDs-MSN انتخاب شد. اثر دوز جاذب، زمان تماس، رنگ اولیه، املاح، دما و اسیدیته محلول اولیه بر ظرفیت چذب بررسی شد. نتایج نشان داد که QDs-MSN یک ماده آلی برای حذف رنگ های ارکانیگ با بار مثبت از فاضلاب رنگی است.

2-روش های آزمایش
2-1 مواد و ترکیب
2-1-1 تولید نانوذرات سیلیکای مزوپور
MSN با روش اصلاح شده استوبر (17) با استفاده از برومید آمونیوم تری متیل استیل به صورت ماده سورفاکتانت و تترا اتیل ارتوسیلیکات به عنوان پیش ساز سیلسیم اکسید استفاده شد. در سنتز معمولی، 100 میلی گرم CTAB در ترکیب اتانول- آب (4:1) 25 میلی لیتر حل شده و مقدار مناسبی از محلول آمونیوم به محلول CTAB تحت هم زنی معناطیسی افزوده شد. 1 میلی لیتر TEOS افزوده شده و دمای محلول به مدت 4 ساعت به میزان 50 درجه در نظر گرفته شد. محصول حاصله شب هنگام در دمای 60 درجه خشک شد.
2-1-2 ساخت نقاط کوانتومی SnO2
SnCl45H2O (98%, Sigma–Aldrich) به عنوان پیش ساز استفاده شد. در این روش SnCl45H2O و هیدروکسید امونیوم به 40 میلی لیتر آب مقطر افزوده شد و هم زنی ادامه یافت. NH4OH به طور هم زمان با محلول SnCl45H2O واکنش داد و رسوب سفیدی را تولید کرد. سپس در دمای اتاق به مدت 8 ساعت با هم زنی پیوسته قرار گرفت محصول خاصله سانتریفیوژ شده و با اتانول و آب میلیکیو شسته شده و در شب هنگام در 60 درجه قرار داده شد
2-1-3 نانوکامپوزیت SnO2 QDs/SiO2 (QDs-MSN)
در این مطالعه، نانوکامپوزیت های QDs-MSN با یک روش شیمیایی مرطوب ساده ساخته شد. ابتدا 50 میلی گرم MSN در 50 میلی لیتر ترکیب محلول آب-امونیاک حل شده و به مدت 4 دقیقه سونیکات شدند. سپس 245 میلی گرم از پیش ماده به این ترکیب افزوده شد. محلول نهایی در دمای اتاق به مدت 8 ساعت به هم زده شد. سپس سانتریفوژ شده و با اتانول و آب میلیکیو شسته شد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Discharge of untreated color effluents from different textile industries to the environment has become a global apprehension due to its harmful impact on flora and fauna [1]. There are more than 100,000 dyes commercially available, and across the globe about 7  105 tonnes of dying materials are being used per annum [2]. About 10–15% of used dyes are lost during the dying process and are released to environment as effluents. According to the World Bank (WB), around 17–20% of industrial pollutions originate from color textile waste [3]. In general, aromatic organic dyes are stable in nature and therefore difficult to be biodegraded. Almost all of these dyes are toxic to the ecological system, and also have carcinogenic properties. Exposure to methylene blue (MB) may cause permanent injury to the eyes of human and animals [4]. In view of this, it is of immense importance to remove the dyestuff before discharging to water bodies. Various techniques such as membrane filtration, ion exchange, electrochemical, coagulation, chemical oxidation, and adsorption are used for removal of different toxic organic dyes from industrial wastewater. Among all these conventional techniques for removing dyestuff from aqueous medium, adsorption is an effective and attractive technique because of its advantages like small amount of residues, reusability of the adsorbent and simplicity of operation etc. [5,6]. Until very recent times, activated carbon was the most widely used adsorbent for removal of organic dyes, but its use is limited by its high cost, low bio-degradability, presence of macropores and requirement of a large amount of adsorbent for fast removal [3,7,8]. Considerable efforts are being made by many researchers to find appropriate replacement with high adsorption capacity, fast removal and low cost in order to effectively remove dyes from wastewaters. Nanomaterials with high surface to volume ratio is one of the most likely choices for this purpose. Moreover, for macromolecules, the particle diffusion may decrease the adsorption rate and available capacity as well [9]. Hence, it is of significant importance to fabricate a recyclable adsorbent with large surface area and small diffusion resistance for its commercial use. In view of this, much attention has been paid to fabricate different nano adsorbent materials [10]. In recent years, different inorganic oxide materials such as Fe3O4 nanoparticles [10], MnO2 nanosheets [11] and BiFeO3/a-Fe2O3 core/shell composite particles [12] have been studied as possible adsorbent for organic dyes. On the other hand, mesoporous silica nanoparticles (MSN) serve as a unique adsorbent material for different organic dyes and also serve as matrix materials for loading of different nanoparticle [3,5,13]. You et al. [14] synthesized silica hematite nanocomposite for removal of MB from aqueous solution. Shamsizadeh and co-workers [15] efficiently removed malachite green-oxalate (MG) dye using tin oxide nanoparticles loaded activated carbon. Semiconducting SnO2 quantum dots (QDs) are presently attracting consideration due to their noticeable effect in removing pollutants from wastewater [16]. In view of the available literature, SnO2 QDs loaded MSN may fulfill the requirement of nano adsorbent; which have large surface area and at the same time the presence of SnO2 QDs decreases the particle diffusion resistance [8]. To the best of our knowledge, SnO2 QDs decorated MSN (QDs-MSN) is not exploited so far as a possible adsorbent materials for removing pollutants from wastewater. In this work, cationic dye methylene blue (MB) is selected as a model dye to study the performance of QDs-MSN as an adsorbent material for water remediation. Here we present a noble approach of decorating MSN with SnO2 QDs. The effect of adsorbent dosage, contact time, initial dye concentration, salt concentration, temperature and pH of the initial solution towards adsorption capacity was investigated. Results show that QDs-MSN is an ideal aspirant for removal of positively charged organic dyes from colored wastewater.

2. Experimental methods

2.1. Materials and synthesis

2.1.1. Synthesis of mesoporous silica nanoparticles (MSN) MSNs was synthesized by modified Stober’s method [17] using cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB, 99%, spectrochem) as surfactant material and tetraethyl orthosilicate (TEOS, 98%, Kemphasol) as precursor for SiO2. In a typical synthesis, 100 mg of CTAB was dissolved in 25 mL water–ethanol mixture (4:1) and an appropriate amount of ammonia solution (NH4OH, 25%, Merck) was added to the CTAB solution under continuous magnetic stirring. Then 1 mL of TEOS was added drop wise and the temperature of the solution was maintained at 50 C for 4 h. The obtained product was dried overnight at 60 C, after washing with ethanol and MilliQ water following centrifugation (6000 rpm for 10 min).

2.1.2. Synthesis of SnO2 quantum dots (QDs) SnCl45H2O (98%, Sigma–Aldrich) was used as the precursor. In this method, SnCl45H2O and ammonium hydroxide (10 mL) were added to 40 ml of deionized water, with continuous stirring. NH4OH instantaneously reacted with SnCl45H2O solution and gave a white precipitation. It was then maintained at room temperature for 8 h with continuous stirring. The obtained product was centrifuged (10,000 rpm for 10 min), washed with ethanol and MilliQ water, and dried overnight at 60 C in air.

2.1.3. Fabrication of SnO2 QDs/SiO2 (QDs-MSN) nanocomposite In this work, we have synthesized the QDs-MSN nanocomposite by a simple wet chemical method. In a typical synthesis batch, first 50 mg MSN was dissolved in 50 mL water–ammonia solution mixture (4:1) and sonicated for 4 min. Then 245 mg of tin precursor (SnCl45H2O) was added to this mixture. The final solution was maintained at room temperature under continuous stirring for 8 h. This was then centrifuged (6000 rpm for 10 min), washed with ethanol and MilliQ water, and dried overnight at 60 C in air.

خوب (جهت ترجمه های دانشگاهی و پژوهشی) (ترجمه ناقص، بخش هایی از مقاله ترجمه نشده است)

2.3. روش های مصنوعی

سنتز N_T به دنبال مسیر کلی است، همانطور که در شکل S1 نشان داده شده است. سنتز 1: پتاسیم کربنات (3.03 گرم، 3.00 میلی مول) به تعلیق تیمین (0.93 گرم، 1.00 میلی مول) در خشک DMF (20 میلی لیتر) اضافه شد، و در 40 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت حرارت داده شد. پس از ترکیب و آمیزش به دمای سرد اتاق رسید ،و سرانجام مخلوط اضافه شده به دست آمد و در 40 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت حرارت داده شد که در نتیجه تبخیر شد. نفت خام با 150 میلی لیترCH2Cl2  تولید و تحت درمان قرار گرفت. محلول صاف شده توسط ژل سیلیکا کروماتوگرافی (EtOAc / هگزان) خالص شد.

سنتز N_T: 156 میلی گرم و 0.57 میلی مول و بخشهایی از DMF خشک به درون بطری آزمایشگاه اضافه شد. حمام یخ پس از آن حذف، و محلول در 80 ◦C به مدت 2 ساعت به هم زده شد که در نتیجه تبخیر شد. نفت خام با کروماتوگرافی آلومینا (CH2Cl2 / CH3OH) خالص شد و با 85 میلی گرم NT، و دیگر عناصر یافت شد. 

2.4. ساخت N-T / سیستم AuNPs

محلول AuNPs قبل از تغییر شکل جزیی سانتریفوژ شد. به منظور ثباتِ سیستم AuNPs، توئین 20 عامل تثبیت کننده را که می توانند AuNPs را از تجمع ناشی بیرون آورند را معرفی و محرک را در محیط زیست مورد آزمون قرار داد.
و سپس N_T کمی به توئین 20 اضافه شد ومحلول AuNPs را برای ساده سازی ساخت سیستم NT / AuNPsدر نظر گرفت. وقتی که M NT اضافه شد، ارزش نانومتر A650 / 520 به حدود 1.1 رسید که بهترین بازده را برای سنجش یون جیوه (شکل S3) به نمایش می گذارد. پس از 10 دقیقه تکوین، محلولهای NT / AuNPs برای آزمایش آماده شدند. پتانسیل زتا از عامل 25.8 -18.0 ولت ایجاد و قبل و بعد از محرک عاملدار NT مثبت بر روی سطح طلا برجسته شد، که سطح تغییرات بر اصلاح NT را تایید می نمود.

2.5. درمان قبلی از نمونه های واقعی آب
هر دو عامل آب (جمع آوری شده از آزمایشگاه) و آب آشامیدنی طبیعی برای تشخیص عمل Hg2 + انتخاب شدند. محلولهای استاندارد مختلف، با غلظت Hg2 + (50-250 نانومولار) از محلول غلیظ با Hg2 + (0.5 میلی متر) آماده شدند و به نمونه های آب افزوده شدند. مقدار pH از این محلول به 7.0 رسید.
3. نتایج و مباحثات
3.1. شناسایی Hg2+ توسط N_T / AuNPs و گزینش.
N_T محلولAuNPs 5.4 نانومولار اصلاح شده، در رنگ قرمز با یک گروه SPR در 520 نانومتر همراه بود، در حالی که در حدود 650 نانومتر همراه با تغییرات رنگ قرمز به آبی پس از تغییر حالت به Hg2+ به نظر می رسید که به سیستم اضافه شد. این را می توان به اتصال تیمین با Hg2+ نسبت داد، و در نتیجه تجمع AuNPs، را می توان توسط UV و تغییرات طیف سنجی از NT / Hg2+ در مقایسه با NT و Hg2+ ثابت نمود.
سپس، ما پاسخ های گزینشی از Hg2+ را با اضافه کردن یونهای فلزی مختلف و آنیونها را به محلول NT / AuNPs در نظر می گیریم و بر هر دو طیف UV-Vis و تغییرات رنگ در دمای اتاق نظارت می نماییم. همانطور که در شکل A2 نشان داده شده است، در میان تمام یونهای فلزی (Na + و K +، CA2 +، MG2 +، نقره +، Zn2 +، PB2 +، Cu2 +، Co2 +، Ni2 +، MN2 +، Fe3 +، Cr3 +، CD2 + و Hg2 +)، تنها +Hg2 منجر به redto- آبی روشن شده و افزایش ارزش از A650 نانومتر به 520 نانومتر را منجر گردیده است. علاوه بر این، ما به بررسی پاسخ سیستم NT / AuNPs در حضور آنیونهای مختلف (کلر، Br-، I-، ClO4 -، OAc-، SCN-، SO4 2-، NO3 -، NO2 -، HCO3 -، CO3 2- 2- HPO4، P2O7 2- و PO4 3-)می پردازیم. هیچ یک از این آنیون نمی توانند بطور آشکار در AuNPs نمایان گردند و همچنین تغییر رنگ دهند. این نتایج قابلیت متمایز از Hg2+ و تجمع NT / AuNPs را حتی در محیط پیچیده یون ایجاد می کند.

3.2. شرایط بهینهء آزمایش
عمدتا، مقدار pH یکی از مهم ترین عواملی است که تحت تاثیر سیستم AuNPs است. بنابراین، مقادیر pH مختلف را می توان در محلول AuNPs مورد مطالعه قرار داد که ثابت نگه داشتن عوامل دیگر (مانند غلظت Hg2 + و AuNPs) را در پی خواهد داشت. همانطور که در شکل A3 نشان داده شده است، ارزش A650 نانومتر / 520 نانومتر می تواند به حدود 0.9 در رسانه های بی طرف (با pH 7.0) برسد، که بسیار بزرگتر از 0.38 و 0.41 در محلول اسیدی (با pH 5.0) و قلیایی (با pH 9.0) است. در رسانه های قلیایی، هیدرولیز Hg2+ به راحتی انجام می گیرد، در حالی که در شرایط اسیدی سیستم ناپایدار می شود، که در آن ارزش A650 نانومتر به 520 نانومتر می رسد، که بسیار بزرگتر از 0.14 در رسانه های بی طرف (شکل 3a) است. بنابراین، سیستم NT / AuNPs در PH 7.0 مطلوب و مورد استفاده در آزمایشات زیر بود.

3.3. حساسیت و تجزیه و تحلیل +Hg2 در نمونه های واقعی
به منظور بررسی حساسیت روش، غلظت های مختلف Hg2 + آزمون قرار گرفتند. عملکرد کمی به سمت Hg2 + توسط تیترات Hg2 + در محلول NT / AuNPs به دست آمد. با افزایش مقدار Hg2 + به تدریج، شدت جذب در 520 نانومتر با برخی-انتقال به قرمز کمی کاهش یافته است، و به طور همزمان به شدت در 650 نانومتر طور چشمگیری افزایش یافته تا به اوج هیئت مدیره به نظر می رسد (شکل 5A). در محدوده 50-250 نانومتر، نانومتر نسبت شدت A650 / 520 نانومتر از محلول NT / AuNPs افزایش متناسب، که پیشنهاد رابطه خطی خوب با غلظت Hg2 + در محدوده 50-250 نانومتر (شکل 5B). بسته به حساسیت بسیار عالی آن، ما سعی در تشخیص Hg2 + در نمونه های آب واقعی در کار زیر است.
از همه مهمتر، سیستم رنگ ما می تواند کاربرد بالقوه در تشخیص Hg2 + نه تنها در آب DI بلکه در نمونه های آب واقعی پیدا کنید.

میکرواسفرهای پکتین/TiO2 کووالانسی و دارای نانوذرات Fe3O4 برای رهایش دارو با تنظیم میدان مغناطیسی

Covalent TiO2/pectin microspheres with Fe3O4 nanoparticles for magnetic field-modulated drug delivery

Abstract

Covalent TiO2-co-pectin microspheres containing Fe3O4 nanoparticles were developed through an ultrasound-induced crosslinking/polymerization reaction between the glycidyl methacrylate from vinyl groups in TiO2 and in pectin. ζ-potentials became less negative in the nanostructured microspheres, caused by the presence of both inorganic particles in the negatively charged pectin. The nanostructured pectin microspheres showed an amoxicillin release rate slower than that of pure pectin microspheres. The proposed microspheres were found to be a sustained release system of amoxicillin in the acid medium. Furthermore, the antibiotic release may be modulated by exposition of the microspheres to a remote magnetic field. In practical terms, the nanostructured microspheres could deliver a larger proportion of their initial load to specific site of action. The cytotoxic concentrations for 50% of VERO cells (CC50), calculated as the concentration required to reduce cell viability by 50% after 72 h of incubation, for pectin-only microspheres and nanostructured pectin microspheres were 217.7 ± 6.5 and 121.5 ± 4.9 μg mL−1, respectively. The obtained CC50 values indicated acceptable cytotoxic levels for an incubation period of 72 h, showing that the pectin microspheres have a great pharmacological potential for uses in biological environments, even after the introduction of both Fe3O4 and TiO2.

1 Introduction

In the last years, smart (or intelligent) release systems (also called advanced materials) have been the target of important scientific investigations [1–5], owing to their specific properties of being sensitive to external stimuli, such as temperature, pH and magnetic field. Drug delivery systems based on nanoparticles sensitive to a remotely applied magnetic field appear on the top of the (bio)technological innovations, because the magnetic field, if used in a therapeutic level, does not affect biological tissues.

Magnetite (Fe3O4) is a type of magnetic particle that has been the target of important studies on biomedicine because of its non-toxicity, high level of accumulation in tissues, interruption of magnetization whenthemagneticfieldis removed, andbiocompatibility due to high affinity for water which allows to interact with biological species [6–8]. The combination of Fe3O4 with naturally occurring materials to produce a smart drug delivery system for use in pharmaceutical formulation is an innovative concept from a biotechnological point of view.

Pectin is an example of naturally occurring material that has received considerable attention in biomedicine [9,10]. The great advantage of using pectin in the development of micro and/or nanoparticles for drug delivery is based on its appealing properties such as biodegradability, controllable biologic activity, and flexible chains that allow the modulation of the polysaccharide to a specific shape. In this connection, pectin is an appropriate material for use in pharmaceuticalformulations [11,12]. This polysaccharide has been studied to act as a polymer biodevice for the treatment of some types of cancer that affect specific regions of the gastrointestinal tract (GI), for example, the colon. This is possible because pectin resists the drastic variations of the physiologic pH throughout GI, which assures the integrity of its polymer structure [13–15]. Although the majority of the reports on pectin-based drug delivery systems have been focused on the treatment of GI diseases. some studies have shown the use of this polysaccharide in mucosa, owing to its mucoadhesive properties [16–19]. However, the high solubility of pectin in water limits its application in a physiological medium, which can contribute to a premature release of the active principle. Chemical modification of pectin by the introduction of hydrophobic groups has been proposed to reduce its solubility. The incorporation of vinyl groups derived from glycidyl methacrylate (GMA)topolysaccharides is aprominentmodificationstrategy [20].

The focus of this work was on developing a smart biodevice based on magnetic pectin microspheres that shows a sustained release profile in a specific site in which the drug plays a role as a local therapeutic agent. The concept of such a device may be based on a tortuosity effect that sustains the release of the drug. This behavior is the result ofthe disposition of nanoparticles within the polymer device. A way of doing this is to incorporate inorganic nanoparticles to biodevice (pectin microspheres). This new material could be obtained by a pectin microsphere-nanostructuring approach using Fe3O4 as magnetic particle, and titanium (TiO2) as an inorganic crosslinker. Such architecture could show a versatile release profile. The release of the drug could be sustained for a longer time, and also controlled remotely. Furthermore, the introduction of TiO2 as a crosslinker for modified pectin could produce consistent microspheres. To obtain microspheres, a covalent approach using chemically modified TiO2 was developed. This process consisted of inserting vinyl radical onto TiO2 structure for further radical reaction with vinylated pectin.

The proposed biodevice is addressed to the treatment of Helicobacter pylori(H. pylori)-associated ulcers that affectthe mucosa of the stomach. Amoxicillin was used in the studies of release because it inhibits the growth of H. pylori. This antibiotic is effective against H. pylori in the in vitro therapy in which low doses of the drug are required over the oral administration. However, to obtain the same efficiency in the in vivo therapy, higher doses of the antibiotic are required, owing to the high rate of emptying of food (or contents) from the stomach into intestine that limits the release and absorption of a given drug. The magnetic pectin microspheres are a new architecture that shows a great potential for future tests in the treatment of gastric ulcers.

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F2137

اثر ترموالکتریک نوری. انتقالات با کمک حامل‌های حرارت‌دیده می تواند نقش مهمی در گرافن (شکل 1a-d) بازی کند. به علت تعاملات قوی e، یک جفت الکترون-حفره برانگیخته موجب افزایش سریع گرمای (~ 10-50 fs) حامل‌ها در گرافن می شود. از آنجا که انرژی فونون نوری در گرافن بزرگ (~ 200 مگاوات) است، حامل های گرم ایجاد شده توسط میدان تابش می تواند در دمای Te باقی مانده (و در نتیجه انرژی kBTe، با kB ثابت Boltzmann) که برای چند پیکوثانیه، بالاتر از دمای شبکه است. تعادل نهایی الکترون‌های حرارت‌دیده و شبکه از طریق پراکندگی کندتر بین حامل های بار و فونون های صوتی صورت می‌گیرد. این فرایندها در طول چند نانوثانیه انجام می‌شوند، اگر چه آنها به سرعت قابل ملاحظه‌ای در برخوردهای ناشی از اختلال دست می‌یابند.
الکترونهای داغ تولید شده توسط نور میتوانند یک ولتاژ نوری، VPTE را با اثر فوتو ترموالکتریک (اثر PTE) (اثر Seebeck) تولید کنند: VPTE = (S1 – S2) ΔTe،که S1،2 (در VK-1) قدرت ترموالکتریک (Seebeck ضریب) در دو ناحیه گرافن با دوپینگ‌های مختلف، و ΔTe تفاوت دمای الکترون بین نواحی است. به طور کلی‌تر، VPTE می توان با ادغام میدان الکتریکی محلی تولید شده توسط گرادیان درجه حرارت ناشی از اپتیک، Te∇، همراه با یک ضریب متغیر با مکان Seebeck، محاسبه کرد: VPTE = ∫S ∙ ∇Te dx. اثر PTE در اتصالات P-N گرافن یا در گرافن معلق نقش مهمی ایفا می کند. از آنجایی که الکترونهای داغ، به جای گرمایش شبکه، پاسخ الکترونیکی را در این شرایط تولید می کنند، آشکارسازهای گرافن PTE می توانند پهنای باند بالا را مانند آشکارسازهای PV بدست آورند. توان ترموالکتریکی S با هدايت الكتريكي σ توسط فرمول مات مربوط است:

q شار الکترون است و مشتق هدایت الکتریکی σ با توجه به انرژی ε باید در انرژی فرمی، یعنی در ε = εF = ħvFkF، ارزیابی شود، ħ ثابت پلانک کاهش یافته، vF سرعت Fermi (که در گرافن 54 ~ 106 ms-1 است) و kF بردار موج فرمی است. توجه داشته باشید که چون معادله (1) از توسعه رابطه سامرفلد مشتق شده است، فقط برای kBT << εF معتبر است. برای این شرایط، S می تواند از ویژگی های انتقال دستگاه، یعنی از وابستگی هدایت به ولتاژ گیت محاسبه شود. یک منحنی معمول با وابستگی S به تراکم حامل (n) در شکل 1 نشان داده شده است.
اثر بالومتریک. اثر بالومتری با تغییر در هدایت انتقال ایجاد شده توسط حرارت مرتبط با فوتون‌ها در ارتباط است (شکل 1d). بولومتر قدرت تابش الکترومغناطیسی را با جذب تابش وابسته (dP) و خواندن نتایج افزایش درجه حرارت dT اندازه‌گیری می‌شود. بالومترها عمدتا از مواد نیمه هادی یا مواد جاذب ابررسانا ساخته شده است و به طور گسترده ای در محدوده طول موج های زیر میلی متر (THz) استفاده می شود، که آنها از جمله حساس ترین آشکارسازها هستند. پارامترهای کلیدی یک بالومتر، مقاومت حرارتی Rh = dT / dP است که در نهایت حساسیت آن را تعریف کرده و ظرفیت گرمای Ch که زمان پاسخ آن τ = RhCh (Ref 56) را تعیین می کند. گرافن حجم کوچکی برای یک ناحیه مشخص و حالت‌های با تراکم کم دارد، که به Ch کم، و درنتیجه یک پاسخ سریع دستگاه منجر می‌شود. خنک‌کردن الکترون‌ها با استفاده از فوتون‌های صوتی به دلیل سطح فرمی کوچک ناکارامد است و خنک‌کردن با فوتون‌های نوری نیازمند Te (kBTe> 0.2 eV) بالا است.لذا Rh نسبتا بالا بوده و منجر به حساسیت بالومتری بالا می‌شود.
همانطور که این مکانیزم تشخیص نور، به جای تولید مستقیم جریان نوری، مبتنی بر تغییر نور در هدایت است، به یک بایاس بیرونی نیاز دارد و می تواند بدون نیاز به پیوند p-n بر روی گرافن همگن عمل کند. تغییر هدایت ناشی از برخورد نور می تواند به سبب دو مکانیسم باشد: (1) تغییر در تحرک‌پذیری حامل با توجه به تغییر درجه حرارت مرتبط؛ یا (2) تغییر در تعداد حاملهایی که در جریان هستند. توجه شود که با اثر PV با میدان الکتریکی تولید شده توسط بایاس خارجی همخوانی دارد.
اثر فتوگیتینگ. اثر Photogating بر مبنای تغییر نور ناشی از تراکم حامل GRM، Δn است و بنابراین هدایت آن Δσ = Δnqμ است، که μ تحرک‌پذیری است. ما می توانیم دو مورد را تشخیص دهیم. در ابتدا، تولید جفت حفره-الکترون در GRM اتفاق می افتد و سپس یکی از دو نوع حامل (الکترون یا حفره) به دام میفتد (به عنوان مثال، در تله بار یا در مولکول های مجاور نانوذرات). در مرحله دوم، تولید الکترون-حفره در نانوذرات، مولکول ها یا تله های بار در مجاورت GRM رخ می دهد. پس از آن یک نوع حامل به GRM منتقل می شود (در برخی موارد به وسیله یک میدان داخلی رانده می شود) و دیگر حامل‌ها در ذرات، مولکول ها یا تله‌ها قرار دارند، که ورقه GRM را به عنوان گیت در نظر می‌گیرند در حالی که بارها درGRM بین سورس و درین تکرار می‌شوند. تفاوت بنیادی بین اثر بولومتری که بر مبنای تغییر در μ به علت گرما است، و اثر فتوگیتینگ که بر مبنای تغییر ناشی از نور در n است، وجود دارد.
افزایش بهره هدایت نوری، Gph (با توجه به شکل 1 برای تعریف) می تواند با استفاده از یک هادی با تحریک‌پذیری بالا (مانند گرافن) و با طول τtr (با جعبه 1 برای تعریف) به شدت افزایش پیدا کند. اما، یک τtr طولانی سرعت عمل را کاهش می دهد. بنابراین این آشکارسازها می توانند برای پهنای باند موقتی کم، مانند برنامه های تصویربرداری ویدئویی استفاده شوند. آشکارسازهای هدایت نوری ممکن است یک جریان تاریک بالا را ایجاد کنند، لذا یک ارزیابی مناسب از عملکرد آشکارساز نه تنها توسط پاسخ‌پذیری بلکه به وسیله اندازه گیری نویز معادل توان (NEP) یا تشخیص خاص D * (تعاریف در جعبه 1 را ببینید) ارائه می‌شود.
مکانیزم موج پلاسمای کمک کننده. Dyakonov و Shur یک طرح تشخیص نور پیشنهاد دادند که به وسیله یک ولتاژ d.c. در یک ترانزیستور اثر میدان (FET) در پاسخ به میدان تابشی متغیر تولید می شود (شکل 1d). این بر اساس این واقعیت است که یک FET دارای گاز 2بعدی الکترون بوده و می تواند به عنوان یک گودال برای امواج پلاسما عمل کند. (نوسانات تراکم جمعی) هنگامی که این موجهای پلاسما ضعیف میشوند (یعنی زمانی که یک موج پلاسما در سورس آغاز می شود تا زمان رسیدن به درین در زمان کوتاهتر از زمان بی حرکتی)، تشخیص تابش از تداخل سازنده موج های پلاسما در گودال بهره می برد، که در نتیجه پاسخ رزونانتی افزایش یافته است. این به اصطلاح ناحیه رزونانس تشخیص نور پلاسما موج است و می تواند یک سیگنال 5-20 برابر قوی تر از سیگنال غیر رزونانس باند پهن ایجاد کند. تشخیص پهنای باند زمانی اتفاق می افتد که موج های پلاسما بیش از حد میرا شوند: یعنی زمانی که امواج پلاسما تولید شده در سورس پیش از رسیدن به درین، میرا شوند.
Dyakonov و Shur نشان دادند که پاسخ فوتوولتاژ یک سیستم الکترون 2D در یک FET، یعنی تفاوت پتانسیل الکتریکی بین درین و سورس، حاوی جزء d.c است حتی اگر فیلد ورودی a.c. باشد و بنابراین یکسوسازی سیگنال را فراهم می کند. این به خصوص برای تشخیص تابش THz مفید است. یکسوسازی به دلیل پاسخ غیر خطی گاز 2D الکترون در کانال FET اتفاق می افتد و به مکانیزم های یکسوسازی بیرونی که به دلیل مثلا، موانع شاتکی در اتصالات یا دیگر عناصر مداری که به صورت غیراهمی پاسخ می دهند، مرتبط نیست. برای ناحیه رزونانت، پاسخ نوری d.c. توسط قله ها در تعداد فردی از پایین ترین فرکانس موج پلاسما مشخص می شود. تشخیص رزونانس پرتوهای THz در FET های گرافنی به طور تئوری در Ref. 61، که تأثیر غیرخطی های هیدرودینامیکی ناشی از جریان گاز 2D الکترون در یک ورق گرافن، به صورت کمی اندازه گیری شده است، مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از پراکندگی امواج پلاسما در گرافن، نویسندگان مرجع. 61 به این نتیجه رسیدند که اندازه دستگاه معمولی با سایز L که برای کار در طیف THz است، بین 1 تا 10 میکرومتر متفاوت است.
آشکارسازهای THz دمای اتاق بر اساس FETهای گرافنی آنتن های جفت شده هستند و بهره برداری از مکانیزم Dyakonov و Shur نشان داده شده است. در مرجع. 62 موجهای پلاسما برانگیخته شده توسط تابش THz، به شدت میرا می شوند و بنابراین آشکارسازها در ناحیه رزونانس کار نمی کردند. وابستگی فتوولتائیک به تراکم حامل در کانال FET نیز نشان دهنده امتیازات PTE می باشد.

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1.مقدمه
باتری های لیتیوم/هوا امروزه امیدبخش ترین باتری های قابل شارژ جدید هستند. زیرا آن ها چگالی انرژی بیشتری از دیگر سیستم های ذخیره ی انرژی همچون باتری های یون/ لیتیوم دارند]1-7[. دانسیته انرژی بالای پیل لیتیوم/ هوا به این مساله نسبت داده میشود که ماده ی فعال کاتدی (اکسیژن) در باتری ذخیره نمی شود، اما در عوض از هوا تامین می شود. بویژه اینکه، اکسیژن در سطح الکترود هوا از لحاظ کاتالیستی افت می کند و با کاتیون های لیتیوم تامین شده از آند واکنش می دهد تا Li2O2 روی الکترود هوا در طول فرآیند دشارژ تشکیل شود] 8-10[.از لحاظ تئوریتیکی، اگر اکسیژن بدون محدودیت تامین شود، باتری لیتیوم/ هوا میتواند تا زمانی که کل لیتیوم آند با اکسیژن واکنش داده، دشارژ شود. اگرچه در کاربردهای عملی که از الکترولیت های آلی استفاده می شود، چگالی انرژی پیل لیتیوم/ هوا از مقدار محاسبه شده کمتر می شود. مطالعات قبلی پیشنهاد کردند که محصولات واکنش غیرمحلول همجون لیتیوم پراکسید می توانند مکان های فعال کاتالیستی را مسدود کنند و مانع از جای گیری O2 و ارسال یون لیتیوم به مکان های فعال برای واکنش و پایان فرآیند دشارژ شوند ]11-13[. بنابراین عملاً، ظرفیت در دسترس باتری لیتیوم/ هوا به شدن به خواص الکترود هوا بستگی دارد. به علاوه الکترود هوا تثیر مهمی روی توانایی شارژ و اوورولتاژ پیل لیتیوم. هوا دارد ]8-13[.
در کل، یک الکترود هوا از یک کاتالیست، کربن و یک بایندر تشکیل می شود. اگرچ کربن خود دارای خاصیت کاتالیستی ست ولی این برای بدست آوردن محصولات واکنش کافی نیست. به این منظور، نیاز به اکسیدهایی همچون Co3o4 برای تامین فعالیت کاتالیستی بیشتر الکترود وا آشکار است. در حالیکه کاتالیست های اکسیدی باید با کربن تماس داشته باشند تا هدایت الکترونی ضعیف آن ها را جبران کنند. نظر به مدل واکنش الکترود هوا ]12[، فعال ترین مکان ها می توانند نواحی تماس کربن/ کاتالیست در الکترود هوا باشد. از اینرو انتظار می رود که استفاده از یک الکترو هوا با یک منطقه وسیع تماس کربن/ کاتالیست، فعالیت کاتالیستی را افزایش دهد. تا به امروز بیشترین الکترود های هوا توسط اختلاط مکانیکی کربن با یک کاتالیست تهیه شده اند ]8-10[. با این حال، چنین اختلاط مکانیکی ای ممکن است نتواند یک کاتالیست نانوسایز را به طور کامل روی سطح کربن دیسپرس کند. بنابراین به دست آوردن یک سطح تماس کافی کربن/ کاتالیست مشکل خواهد بود.
در تحقیق حاضر، کره های کربن به عنوان یک دگر شکل جدید کربن برای ترکیب با یک اکسید معرفی شدند. تحقیق ما با تصور اینکه یک کره ی کربن با سطح انرژی متناسب، دیسپرس یکنواخت و پوشش نانوکاتالیست روی سطح کربن را تسهیل می کند، مورد توجه قرار گرفت. بنابراین، نانوکامپوزیت کربن- کره/ کاتالیست می تواند سطح تماس وسیعی برای کربن و کاتالیست عرضه کند که می تواند به عنوان مکان فعال کاتالیستی عمل کند. به علاوه، کربن- کره می تواند هدایت الکترونی ضعیف اکسید را جبران کند.
در این کار، یک کاتالیست کربن- کره/ کاتالیست ساخته شد و خواص الکتروشیمیایی آن به عنوان یک الکترود هوا در پیل لیتیوم/ هوا بررسی شد. Co3o4 بخاطر فعالیت کاتالیستی جذاب آن در زمینه های کاربردی مختلف، به عنوان کاتالیست اکسیدی به کار گرفته شد]14-16[. الکترود هوا شامل Co3o4، ظرفیت بالا همچنین عملکرد چرخه ای نسبتاً پایداری را از خود نشان می دهد. نانو کامپوزیت کربن- کره/ Co3o4 انتظار می رود که افزایش فعالیت های کاتالیستی به عنوان مواد الکترودی در پیل های لیتیوم/ هوا بخاطر مساحت فعال کاتالیستی وسیع آن ها و هدایت الکترونی بهبود یافته ی آن ها را نشان دهند.
2.بخش تجربی
الگوهای کربن- کره از پیش ماده ی D-گلوکز با استفاده از فرآیند سنتز هیدروترمال اصلاح شده آماده شدند ]17و18[. به طور مثال، 3گرم گلوکز در آب دیونیزه رقیق شد و با همزن مغناطیسی مخلوط شد. مخلوط سپس به طور پیوسته تحت التراسونیک به مدت 10دقیقه قرار گرفت تا یک محلول شفاف تشکیل شود. سپس محلول به یک اتوکلاو منتقل شد و در یک آون الکتریکی در دمای 180 درجه به مدت 14 ساعت بازپخت شد. پس از آن ماده ی سیاه رنگ سنتریفیوژ شده و آب و الکل شستشو داده شد. سرانجام، نمونه های تهیه شده یک شب در آون خلاء با دمای 90 درجه خشک شد. برای کنترل میزان نقص کره های کربن تهیه شده، طیف رامان با استفاده از طیف سنجی رامان بدست آمد.
نانوکامپوزیت کربن- کره/ Co3o4 توسط اشباع کره های کربن با یک محلول نیترات کبالت تهیه میشودکه طی آن 5/2 گرم کربن داخل 100میلی لیتر محلول نیترات کبالت 05/0 مولار تحت التراسوند حل می شود. مخلوط سونیکیت شده در دمای اتاق، به طور مغناطیسی به مدت 24 ساعت هم زده میشود و سپس یک بار با آب شستشو میشود. پس از آن پودر به مدت یک شب در آون 80درجه خشک شده و بعد از آن در دمای 400 درجه تحت اتمسفر نیتروژن سوزانده میشود. فرآیند ساخت کامپوزیت در شکل 1 نشان داده شده است.
الگوی پراش اشعه ی ایکس ترکیب با استفاده از پراش سنج پرتو ایکس Rigaku با تابش تک فام ساز cu-kα بدست آمد.
میکروساختار ترکیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی مطالعه شد. نسبت عنصری کامپوزیت مذکور با استفاده از گرماوزن سنجی در سرعت اسکن 10درجه بر دقیقه از25 تا 800 درجه درز امسفر هوا آنالیز شد.
عملکرد الکتروشیمیایی یک الکترو هوا شامل نانوکامپوزیت کربن- کره/ Co3o4 به عنوان یک کاتالیست تست شد. با استفاده از پیل اصلاح شده ی Swagelok حاوی یک الکترود هوا، یک آند لیتیوم فلزی، یک جداکننده شیشه ای و یک الکترولیت حاوی یک مولار LiTFSiدر تترا اتیلن گلیکول در متیل اتر.
الکترود هوا شامل کربن ( باحجم متخلخل 21/3 سانتی مترمکعب بر گرم)، کاتالیست( نانوکامپوزیت کربن-کره/باحجم تخلخل038/0 سانتی مترمکعب بر گرم Co3o4) و یک بایندر. نسبت وزنی کاتالیست/ کربن / بایندر به 72:18:10 تنظیم شد. چون نسبت وزنی کره های کربن به Co3o4در کامپوزیت 79:29 بود، نسبت Co3o4 الکترود حاوی کامپوزیت 21% وزنی بود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Li/air batteries are currently the most promising new rechargeable batteries because they have much higher energy densities than other energy-storage systems such as lithium-ion batteries [1e7]. The high energy density of the Li/air cell is attributed to the fact that the cathode active material (oxygen) is not stored in the battery, but is instead supplied from the environment. Specifically, oxygen is reduced catalytically on an “air electrode” surface, and reacts with the lithium cations supplied by the anode to form Li2O2 (or Li2O) on the air electrode during the discharge process [8e10]. Theoretically, if oxygen was supplied without limit, the Li/air battery could be discharged until the entire lithium anode had reacted with oxygen. However, in practical applications using organic electrolytes, the energy density of a Li/air cell falls short of the theoretical value. Previous studies have suggested that insoluble reaction products such as lithium peroxide (Li2O2) may block the catalytic active site, preventing O2 intake and Liþ delivery to the active reaction site and terminating the discharge process [11e13]. Therefore, the practically available capacity of the Li/air battery is highly dependent on the properties of the air electrode. Moreover, the air electrode signifi- cantly affects the rechargeability and overpotential of the Li/air cell [8e13]. In general, an air electrode is composed of a catalyst, carbon, and a binder. Although some carbon itself has a catalytic property, this is not typically sufficient to dissociate the reaction products. So it has been known that the oxide catalyst such as Co3O4 needs for superior catalytic activity of the air electrode. However, the oxide catalysts should be contacted with carbon to compensate for their poor electronic conductivity. Considering the reaction model of the air electrode [12], most active sites may be catalyst/carbon contact areas in the air electrode. Accordingly, it is expected that the use of an air electrode with a wide catalyst/carbon contact area will enhance its catalytic activity. To date, most air electrodes have been prepared by mechanical mixing of carbon with a catalyst [8e10]. However, such mechanical mixing might not disperse a nanosized catalyst perfectly on the carbon surface. Thus, it has been difficult to obtain a sufficient catalyst/carbon contact area. In the present study, carbon spheres were introduced as a new carbon frame for combination with an oxide catalyst. Our study was motivated by the notion that a carbon sphere with homogeneous surface energy (due to its spherical shape) will facilitate the uniform dispersion and coating of a nanocatalyst on the carbon surface. Thus, the carbon-sphere/catalyst nanocomposite could offer a wide carbon/catalyst contact area, which may act as the catalytic active site. Moreover, the carbon sphere would compensate for the insufficient electronic conductivity of the oxide catalyst. In this work, a carbon-sphere/catalyst composite was fabricated, and its electrochemical properties as the air electrode in a Li/air cell were characterized. Co3O4 was adopted as the oxide catalyst because of its attractive catalytic activity in various application fields [14e16]. The air electrode containing Co3O4 has showed high capacity and relatively stable cyclic performance. The carbon-sphere/Co3O4 nanocomposites are expected to show enhanced catalytic activities as electrode materials for Li/air cells owing to their wide catalytic active areas and improved electronic conductivities.

2. Experimental

Carbon-sphere templates were prepared from D-glucose precursors using a modified hydrothermal synthesis process [17,18]. Typically, glucose (3 g) was diluted in deionized (DI) water and mixed by magnetic stirring. The mixture was then sonicated continuously for 10 min until a clear solution was formed. This solution was subsequently transferred to a Teflon-lined stainlesssteel autoclave and thermally treated in an electric oven at 180 C for 14 h. Next, black products were recovered by centrifugation and washed with water and alcohol. Finally, the as-synthesized samples were dried overnight in a vacuum oven at 90 C. To check the degree of defect of prepared carbon sphere, Raman spectrum was obtained using a Raman spectrometer (Horiba Jobin Yvon, LabRam Aramis). The carbon-sphere/Co3O4 nanocomposite was prepared by impregnating carbon spheres with a cobalt nitrate solution, through the dispersion of 2.5 g of carbon spheres in 100 mL of a 0.05 M cobalt nitrate solution under sonication. This mixture was sonicated at room temperature, stirred magnetically for 24 h, and then washed once with water. Subsequently, the powder was dried overnight in an oven at 80 C, after which it was calcined at 400 C under a N2 atmosphere. The fabrication process for the composite is shown in Fig. 1. The X-ray diffraction (XRD) patterns of the compound were obtained using a Rigaku X-ray diffractometer with monochromatized Cu-Ka radiation (l ¼ 1.5406 A). The microstructure of the compound was observed using field-emission scanning electron microscopy (SEM, JEOL-JSM 6500F) and transmission electron microscopy (TEM, JEOL-JEM 2100F). The carbon-sphere/Co3O4 ratio was analyzed using thermogravimetry (TG, STA S-1500) at a scanning rate of 10 C min1 from 25 to 800 C in an air atmosphere. The electrochemical performance of an air electrode containing the carbon-sphere/Co3O4 nanocomposite as a catalyst was examined using a modified Swagelok cell consisting of an air electrode, a metallic lithium anode, a glass filter separator (Whatman), and an electrolyte composed of 1 M LiTFSi in tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME). The air electrode contained carbon (Ketjenblack (KB) pore volume z 3.21 cm3 g1 ), the catalyst (carbon-sphere/ Co3O4 nanocomposite, pore volume z 0.038 cm3 g1 ), and a binder (polyvinylidene difluoride, PVDF). The weight ratio of catalyst/carbon/binder was adjusted to 72:18:10. Because the weight ratio of carbon spheres to Co3O4 was 71:29 in the composite, the Co3O4 (oxide catalyst) ratio of the electrode containing the composite was z21 wt%. Fig.

بهم آمیختگی فولرین های BnNn: مسیر جدیدی برای تولید نانولوله های نیترید بور با قطر کوچک

Coalescence of BnNn fullerenes: A new pathway to produce boron nitride nanotubes with small diameter

1 Introduction

After its successful experimental realization [1], carbon nanotubes (CNTs) have stimulated tremendous interest in the extraordinary properties of nanotubular structures [2]. Recently, boron nitride nanotubes (BNNTs), which are structurally similar to CNTs, have attracted increasing attention [3–8]. BNNTs were theoretically predicted [9] in 1994 and successfully synthesized in 1995 [10]. Compared with metallic or semiconducting CNTs, BNNTs are all stable wide band gap semiconductors independent of their helicity and diameter, regardless of whether the nanotube is single-walled or multi-walled [8]. In addition, BNNTs possess high chemical stability, excellent mechanical properties, and high thermal conductivity [5]. Thus, BNNTs are expected to be a promising nanomaterial in a variety of potential fields such as nano-devices, functional composites, and electrically insulating substrates [5,11].

Nowadays, research on CNTs has become popular because many laboratories are capable of producing their own samples for various investigations. However, the progress of BNNT research is still limited by the availability of BNNT samples for widespread investigation of their properties and applications. The techniques known for BNNT growth, for example, arc-discharge [10], laser vaporization [12], BN substitution method from CNT templates [13], chemical vapor deposition (CVD) [14], and high-temperature ball milling [15], involve either specific instrumentation, high growth temperatures (>1300◦C), and/or dangerous chemistry. Recently, despite the low-temperature synthesis of BNNTs, such as plasma-enhanced pulsed-laser deposition (PE-PLD) [16], high-quality BNNT samples still remained difficult to produce. Furthermore, growing highly pure single-walled BNNTs remains a challenge, especially for small diameter BNNTs [7]. To date, a number of theoretical works have predicted the existence of BNNTs with small diameters (e.g., see Ref. [9]) and possibly possessing semiconducting properties with direct or indirect band gaps. However, there are few experimental reports on the synthesis of this kind of BNNT; only the zigzag (6, 0) BNNT with a small diameter of 5 Å has been reported [17]. This hinders new understanding of the properties of BNNTs and the promotion of research in the field.