ناپایداری سافمن-تیلور را برای لاپونایت و نیز یک سوسپانسیون دیگر، یعنی گِل رُس، بررسی کردیم. قانون دارسی را برای آنها از طریق اندازه گیری سرعت شارش شاره و نیز گرادیان فشار از روی فیلم تهیه شده از آزمایش ها آزمودیم. برای لاپونایت هیچ کدام از آزمایش ها رابطه خطی بین سرعت و گرادیان فشار، به گونه ای که در سیالات نیوتونی وجود دارد، را نشان ندادند. سپس وشکسانی را با کمک قانون دارسی و از روی شیب خط نمودار مربوط به آن بدست آوردیم. تابع تغییرات وشکسانی و نیز تنش برشی را به کمک قانون دارسی تعمیم یافته و بر حسب آهنگ برش بدست آوردیم و با نتایج حاصل از رئومتری مقایسه کردیم. نتایج حاصل از دو آزمایش متفاوت و مستقل، از تطابق خوبی برخوردار بودند. مشاهدات ما نشان داد الگوهای متنوع تشکیل انگشت لاپونایت از نظریه ی سافمن-تیلور کلاسیک پیروی نمی کنند، بررسی های ما هم از طریق تحلیل انگشت ها و هم با روش رئومتری نشان دادند که لاپونایت در آهنگ های برش نسبتاً بالا، نازک شونده در برش است در حالی که در آهنگ های برش پائین، پهن شونده در برش است به طوری که در منحنی وشکسانی آن بر حسب آهنگ برش یک نقطه ی واگرایی وجود دارد. ما این نقطه را بدست آوردیم، نقطه ای که وشکسانی در دو سوی آن دو رفتار متفاوت دارد؛ این یافته ی ما که هم از طریق آنالیز رئولوژی وهم با مشاهده ی نقش های انگشتی حاصل شد با آنالیز mri کوسو و همکاران درتطابق کامل است؛ این امر یکی از عوامل مهم پیچیدگی این سیال پیچیده است. بررسی های ما نشان داد که در محدوده ی نازک شونده در برش، قانون تعمیم یافته دارسی برای لاپونایت ازاعتبار خوبی برخوردار است. محاسبه ی وشکسانی به صورت تابعی از آهنگ برش از روی حرکت انگشت ها و به کمک قانون دارسی تعمیم یافته، با نتایج حاصل از اندازه گیری های مستقیم رئولوژی سازگاری خوبی دارد و محاسبه ی تنش برشی به همین روش با داده های رئولوژیکی نسبتاً سازگار است. ما این بررسی ها را روی گِل رُس به عنوان یک سوسپانسیون دیگر نیز انجام دادیم؛ نقشهای انگشتی تشکیل شده و همچنین آزمون قانون دارسی ما، در بیشتر شرایط رفتار این سوسپانسیون را نیوتنی برآورد می کند. همچنین کاربردپذیری قانون دارسی را در تشخیص نیوتنی یا نانیوتنی بودن سیالات برای سه سیال نیوتنی آزمودیم که در هرسه ی آنها نتیجه خط راستی است که شیب آن در آهنگ های برش مختلف ثابت و به طرز قاطعی یکسان است.

ما در این کار رشد انگشتهای وشکسان را در سلول هل- شاو که یک رشد لاپلاسی است با حل عددی معادل? لاپلاس بدست آوردیم. برای این کار معادل? لاپلاس را با شرایط مرزی که بر وجود یک جهش فشار در مرز بین دو سیال، ناشی از وجود کشش سطحی، حکایت دارد حل عددی کردیم. سپس با استفاده از معادل? دارسی تحول زمانی مرز را بدست آوردیم و آن را در محیط matlab به تصویر کشیدیم. آنگاه تأثیر پارامترهای مختلف در تشکیل نقشهای انگشتی را در سلول مستطیلی بررسی کرده و نتایج را با پیش بینی های نظری مقایسه نمودیم که تطابق مطلوبی با نتایج آزمایشگاهی داشت. نتایج ما نشان دادند که طول موجها در هم? شرایط به خوبی با پارامتر کنترل مقیاسبندی می شوند. همچنین تحول زمانی مرز را برای سیال نیوتنی و نانیوتنی در سلول دایره ای بدست آوردیم. برای سیال نیوتنی، در تطابق با نتایج آزمایشگاهی و پیش بینی های نظری الگوی حاکم، شکافت نوک بود. برای سیال نانیوتنی از نوع روان شونده در برش مدلهای بن[1] و کندیک[2] را آزمودیم، نتایج در تطابق خوبی با یکدیگر و نیز با نتایج تجربی بود. ما همچنین با حل معادل? لاپلاس فشار را برای رشد پایدار حباب هوا درون سلول هل- شاو دایره ای بدست آوردیم و خطوط همفشار و منحنی فشار- مکان را برای این رشد پایدار رسم کردیم. سپس حرکت پوست? سیال نیوتنی را درون سلول دایره ای تصویری کردیم و آزمایش دمش هوا در مایع ظرفشویی درون سلول دایره ای را در آزمایشگاه انجام دادیم و نقشهای مشاهده شده در آزمایشگاه و محاسبات عددی خود را با هم مقایسه کردیم که در تطابق خوبی با یکدیگر قرار داشتند. سپس رشد پایدار حباب هوا را در هندس? مستطیلی بررسی کردیم که نقشهای بدست آمده در کار عددی با نقشهای مشاهده شده در تجربه یکسان بود. منحنی سرعت بر حسب گرادیان فشار را برای سیال نیوتنی در این مختصات رسم کردیم که نتیجه خطی با شیب ثابت بود که شیب آن وشکسانی سیال را نتیجه داد. همچنین این منحنی را برای سیال نانیوتنی بر حسب مدل بن[1] رسم کردیم که همانطور که انتظار می رفت دیگر رابط? سرعت با گرادیان فشار خطی نبود. علاوه بر این منحنی های گرانروی- آهنگ برش و تنش برشی- آهنگ برش را برای سیال نانیوتنی رسم کردیم. سپس منحنی سرعت بر حسب گرادیان فشار برای سیال نیوتنی را که این بار بدون استفاده از قانون دارسی و به صورت جبری بدست آورده بودیم، رسم کردیم که نتیجه خطی با شیب ثابت و موید قانون دارسی بود.

در این پایان نامه هدف، بررسی سقوط آزاد اجسام درون سیالات نانیوتنی است. بر این اساس حرکت اجسام کروی با چگالی های یکسان و قطرهای مختلف درون دو سیال نانیوتنی و دارای تنش تسلیم، لاپونایت و ژل مو، مورد آزمایش و مطالعه قرار گرفته است. سپس رفتارهای متفاوت مشاهده شده در آنها با استفاده از تئوری سیستم های دینامیکی مورد بحث و نتیجه گیری قرار گرفته است. به نظر می آید اجسام در حرکت درون ژل مو دارای سه رژیم حرکتی می باشند که پارامتر کنترل این حرکت ها در آزمایشهای ما، شعاع کره های در حال حرکت است. نکته قابل توجه در حرکت درون ژل نوسانات مشاهده شده در ابتدای حرکت کره های کوچک است که ناشی از برهم کنش اینرسی جسم و کشسانی سیال است. این در حالی است که علاوه بر سه رژیم مشاهده شده در سیال دارای تنش تسلیم ژل مو، حرکت درون سوسپانسیون وشکوکشسان لاپونایت با پیچیدگی هایی همراه است. ما حرکتی را مشاهده می کنیم که در آن سرعت کره ی در حال سقوط دارای افت و خیز است، که می تواند بیانگر رفتار آشوبناک آن باشد.

چکیده در این پروژه، ابتدا نانوذرات مگنتایت به روش هم رسوبی شیمیایی سنتز شدند. در گام بعدی برای جلوگیری از گلومره شدن نانوذرات و نیز به منظور ساخت نانوسیال مغناطیسی با سیال حامل آب از اسید سیتریک به عنوان سورفکتانت استفاده شد. آنالیزآماری sem نشان داد که نانو سیال از ذراتی با ابعاد میانگین nm32 ساخته شده است. نتایج ftir تشکیل پیوند بین اسید سیتریک و نانوذرات مگنتایت را تأیید کرده و آزمون vsm نشان داد که نانوذرات درای رفتار سوپرپارامغناطیس در دمای اتاق می باشند. در گام بعدی نانوذرات مگنتایت روی سطح سلول مخمرساکارومایسز سرویزیه تثبیت شدند و مخمر خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و به راحتی و باسرعت توسط آهنربا از محلول جدا شد.آنالیز sem وجود نانوذرات روی سطح سلول مخمر را تایید کرد. سپس برای مخمر مغناطیسی شده دو کاربرد مجزا انتخاب شد، در اولین کاربرد از آنزیم های مخمر،آنزیم اینوتاز، برای هیدرولیز ساکارز به قند اینورت ( قندی شیرین تر و ویسکوزتر) استفاده شد و مشخص شد که با افزایش مقدار مخمر و افزایش زمان حضور مخمر درون محلول ساکارز تولید قند اینورت افزایش می یابد. در کاربرد بعدی از سلول های مغناطیسی شده مخمر برای رنگ زدایی پساب های رنگی استفاده شد و دو رنگ دانه آنیلین بلو و کریستال ویولت انتخاب شد. رفتار جذب بر اساس ایزوترم لانگمیر بررسی شد و مشخص شد که با افزایش زمان حضور مخمر در محلول رنگی و با افزایش زمان حرارت دادن مخمر بعد مغناطیسی کردن میزان جذب رنگ دانه افزایش می یابد.

نانو ذرات مگنتیت به روش همرسوبی شیمیایی تولید شد و از اسید اولئیک به عنوان سورفکتنت استفاده شد. سپس به منظور کنترل ذرات و جلوگیری از کلوخه ای شدن نانو ذرات آهن قبل از اعمال میدان مغناطیسی خارجی ، از پوشش پلی استایرن روی نانو ذرات استفاده شد. این پوشش در دو حالت خلأ و هوای آزاد ، روی نانو ذرات اعمال شد . ساختار ، اندازه و خواص مغناطیسی نمونه ها به کمک دستگاه های sem، vsm،ftir شناسایی شدند و با استفاده از نتایج حاصله از این تکنیک ها مشخص شد که اندازه ذرات هنگامی که پوشش دهی در خلأ صورت می پذیرد نسبت به حالتی که این عمل در هوای آزاد صورت می پذیرد ، افزایش یافته است. بزرگتر بودن پوشش در خلأ باعث می شود که ذرات فرم پراکندگی اولیه شان را قبل از اعمال میدان بیشتر حفظ کنند و بهم نپیوندند و کنترل آن ها با سهولت بیشتری انجام پذیرد. سپس دینامیک بهم پیوستگی و از هم گسیختگی نانو ذرات مگنتیت پوشش داده شده با پلی استایرن در سیال حامل و در حضور میدان مغناطیسی مطالعه کردیم. با بررسی نمودارهای بدست آمده از سه نمونه در دو حالت خلأ و هوای آزاد، مشاهده کردیم که اندازه خوشه ها و طول متوسط خوشه ها ، هم در روند بهم پیوستگی و هم در از هم گسیختگی یک رفتار توانی با زمان دارد و نماهای دینامیکی را تخمین زدیم ،همچنین تأثیر افزودن نمک kcl را برای مشاهده ی رفتار سیستم هنگامی که دافعه الکترواستاتیکی ناشی از پوشش ذرات کاهش می یابد بررسی کردیم و مشاهده کردیم نمای روند بهم پیوستگی کاهش ونمای روند ازهم گسیختگی افزایش می یابد.

در این تحقیق، نانوحسگر بیولوژیکی fe3o4/igg ساخته شد که توانایی تشخیص و جداسازی مقادیر کم باکتری های بیماری زا استافیلوکوک ساپروفیتیکوس ، استافیلوکوک اورئوس و استرپتوکوک پیوژنز را دارد. سپس به منظور انجام این جداسازی در شرایط استریل و انجام آزمایش با مقادیر کم از نمونه موردنظر به ساخت میکروکانال پرداختیم. برتری این روش جداسازی، حساسیت بالا و سرعت تشخیص آن نسبت به روش های رایج می باشد. ابتدا نانوذرات اکسید آهن از روش همرسوبی ساخته شد و برای تعیین ویژگی های فیزیکی این نانو ذرات از تکنیکهای sem ، xrd وftir استفاده شد و مشخصاتی مانند نوع فاز، اندازه، مورفولوژی ذارت ، تعیین ساختار وخواص مغناطیسی آن ها مشخص گردید. بررسی ریزساختاری semنشان داد که نانوذراتی با میانگین ابعاد22 نانومتر تشکیل شده است که به خوبی تبلور یافته اند. نتایج آزمون xrd نشان داد که ذرات عمدتاً از نوع مگنتیت می¬باشند. در مرحله دوم به تخلیص ایمونوگلوبولین (igg) از نمونه سرم خون انسان پرداخته شد. تخلیص شامل سه مرحله salting out، دیالیزو کروماتوگرافی تعویض یونی است. برای تعیین غلظت، جداسازی و تعیین پیوندها از تست بردفورد، الکتروفورز و ftir استفاده شد که تست بردفورد غلظت میانگین mg/ml5 را نشان داد و در طیف سنجی ftir پیوند گروه های عاملی مختلف مشاهده شد. پیوند بین ایمونوگلوبولینg و نانو ذرات اکسید آهن کووالانسی می باشد و تثبیت از طریق گروه های کربوکسیل آنتی بادی است. در طیف سنجی ftir فرینه های مربوط به نوسانات کششی انتقال یافته و نشان دهنده این است که رادیکال های ایمونوگلوبولینg به سطح مگنتایت چسبیده اند. سپس باکتری استافیلوکوک ساپروفیتیکوس در غلظت های مختلف تهیه شد و توسط این زیست حسگر بیولوژیکی از محلول حاوی این باکتری با اعمال میدان مغناطیسی جداسازی و با استفاده از طیف سنجی ftir اتصال زیست به باکتری ها نشان داده شد. توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی(sem) باکتری جداشده از محلول حاوی باکتری با غلظت cfu/ml102^3 نشان داده شد. در مرحله بعد میکروکانال سیالی با استفاده از لیتوگرافی نوری، لیتوگرافی نرم و اعمال پلاسما ساخته شد. ایمونوگلوبولینg مغناطیسی شده تحت میدان مغناطیسی اعمال شده توسط آهن ربا درون میکروکانال قرارگرفته و جداسازی در این میکروکانال تست شد.

در سال های اخیر لزوم استفاده از روشی سریع و موثر برای حذف آلودگی های میکروبی باعث شد تا تلاشهای زیادی برای یافتن روشهایی نو در این زمینه صورت گیرد. این پایان نامه گزارش ساخت زیست حسگری برای تشخیص و جداسازی باکتری e.coli k-12 به کمک نانوذرات مغناطیسی است. برای این کار از قند مانوز به عنوان حسگر بیولوژیکی e.coli k-12استفاده شد. نخست نانوذرات مغناطیسی سنتز شدند و سپس توسط قند مانوز عامل دار گردیدند. برای تعیین ویژگی¬های فیزیکی این نانو ذرات عامل دار شده از تکنیکهای fesem و ftir استفاده شد. این نانو حسگر بسیار زیست سازگار است و با توجه به ساختار غنی و متنوع کربوهیدرات ها برای انتقال اطلاعات بیولوژیکی بسیار مناسب می باشد. با استفاده از این نانو حسگر مقادیر کم باکتری e.coli k-12 را با استفاده از میدان مغناطیسی از محیط مورد نظرجدا کرده و به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی fesemو طیف سنجی ftir و همچنین میکروسکوپ نوری این جداسازی نشان داده شد. سپس به منظور انجام این جداسازی در شرایط استریل و انجام آزمایش با مقادیر کم از نمونه موردنظر، میکروکانال سیالی با استفاده از لیتوگرافی نوری، لیتوگرافی نرم و اعمال پلاسما جهت جداسازی باکترهای مغناطیسی شده ساخته شد.سپس باکتریهایی که توسط نانوزیست حسگر ما شناسایی و مغناطیسی شدند درون این میکروکانال سیالی به کمک میدان مغناطیسی جداسازی شدند. برتری این روش جداسازی، حساسیت بالا و سرعت تشخیص آن نسبت به روش های رایج می باشد.با این روش ما توانستیم باکتری را باغلظتهای 〖1.5×10〗^6 cfu⁄ml و 〖1.5×10〗^4 cfu⁄ml و 〖1.5×10〗^3 cfu⁄ml تشخیص و جداکنیم که بدین ترتیب توانستیم دقت تشخیص و جداسازی را به اندازه یک مرتبه ارتقا دهیم.

در این تحقیق تلاش کردیم نانوکریستال لاپونایت را ساخته و مشخصه یابی کنیم. لاپونایت نوعی هکتورایت سنتز شده است و برای کنترل خواص رئولوژیکی رنگ و دیگر محلولهای آبی مورد استفاده قرار می گیرد. برای ساخت نانو کریستال لاپونایت، ابتدا نمونه هایی را به روش سل – ژل سنتز کردیم که نتایج حاصله از الگویxrd و آنالیز جذب اتمی sem آن با نمونه مرجع مطابقت چندانی نداشت ، در ادامه با استفاده از روش ترسیب شیمیایی(هم رسوبی) موفق به سنتز نانوکریستال لاپونایت شدیم ومشاهده کردیم نتایج حاصله از الگوی xrd نمونه سنتز شده ، با نمونه اصلی مطابقت دارد. همچنین از نمونه های سنتز شده sem گرفته شد که ساختار لایه ای آن ، ضخامتهایی در حدود 33 ،35، 27،23 نانومتر را نشان می داد و با ساختار لایه ای لاپونایت مطابقت داشت. ما همچنین خواص رئولوژیکی نمونه سنتز شده را بررسی کردیم که نتایج نمونه سنتز شده و لاپونایت با مدل توانی و مدل هرشل- بالکلی مطابقت داشت.

به منظور مطالعه دینامیک بهم پیوستگی نانو ذرات مغناطیسی معلق درون سیال حامل (فروفلوید) از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی استفاده کردیم . مشاهده کردیم که هنگام اعمال میدان مغناطیسی خارجی ذرات بهم پیوسته و زنجیره هایی از ذرات در راستای میدان مغناطیسی خارجی شکل می گیرد . همچنین با شبیه سازی سیالات مگنتورئولوژیکال مشاهده کردیم که هنگام اعمال میدان مغناطیسی خارجی ذرات بهم پیوسته و زنجیره هایی از ذرات در راستای میدان مغناطیسی خارجی شکل می گیرد. مشاهده کردیم که تعداد زنجیره های تشکیل شده در حضور میدان مغناطیسی خارجی و همچنین طول متوسط زنجیره ها در روند بهم پیوستگی ذرات در هر دو مدل رفتار توانی با زمان دارد . این نتایج با نتایج تجربی ما که قبلا به دست آوردیم سازگار است .

دسترسی به آب سالم برای حفظ سلامت افراد به صورت یک نیاز برای جوامع بشری درآمده است. تاکنون جهت سم زدایی و پاک سازی محیط زیست از این عناصر روش های گوناگونی اتخاذ شده است. از جمله ی این روش ها جذب، رسوب و ته نشینی، تبادل یون، اسمزمعکوس، روش های الکتروشیمیایی، فیلترغشایی، اکسیداسیون و....می باشند که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند. در این میان جذب یک روش موثر در جداسازی یون فلزات سنگین می باشد .در سال های اخیر کاربرد نانوذرات در تصفیه و پاک سازی محیط زیست توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. نانو ذرات مگنتایت از خود توانایی بالایی در جذب عناصر سمی همچون آرسنیک،کروم و... نشان داده اند. این نانوذرات مستعد به اکسید شدن می باشند و به علت اندر کنش واندر والس درون یک محلول آبی به صورت کلاستر در می آیند. نیاز است تا سطح این نانو ذرات اصلاح گردد. در این مقاله از نشاسته به عنوان ماده ای زیست سازگار و ارزان قیمت به عنوان پوشش و پایدارسازی نانو ذرات مگنتایت استفاده شد.