ساختار و خواص ترمودینامیکی سیالات محدودشده درون نانوحفره ها، تفاوت های چشم گیری با سیالات توده ای دارد. دلیل اصلی این تفاوت ها به وجود دیواره های سامانه مربوط است. علاوه بر اثر انتروپی ناشی از دیواره ها، این دیواره ها می توانند انرژی سامانه ی محدودشده را نیز به شدت دست خوش دگرگونی کنند. در سیالات محدودشده، نیروهای ناشی از دیواره های حفره و رقابت نیروهای بین‏مولکولی با این نیروها سبب پیدایش ویژگی های بسیار جالبی می شود که بسیاری از آن ها در سامانه های درشت نمود قابل مشاهد نیست. در این رساله، با استفاده از یک نسخه ی بسیار کارامد از نظریه ی تابعی چگالی (نظریه ی مقادیر بنیادین) توزیع چگالی سیال کره ی‏سخت پیرامون کره های سخت و نرم گوناگون محاسبه شده است. این نتایج نشان می دهند که افزایش قطر مولکول مرکزی مایه ی افزایش چگالی در نقطه ی برخورد و نیز افزایش دامنه ی نوسان های توزیع چگالی و ویژگی لایه ای ساختار در اطراف مولکول مرکزی می شود. این رفتار، هنگامی که جاذبه ی بین مولکول مرکزی و مولکول های سیال افزایش یابد نیز مشاهد می شود. یافته ی دیگر این بررسی ها آن است که افزایش قطر مولکول مرکزی همانند یک نیروی جاذبه عمل می کند. این نیرو که سرچشمه ی انتروپی دارد، با نام نیروی تهی شدگی شناخته شده است. مادامی که قطر مولکول مرکزی از چند برابر قطر مولکول های سیال تجاوز نکند، این پتانسیل تهی شدگی را می توان در یک مدل پتانسیل کره ی‏سخت با دنباله ی یوکاوا برازش کرد. همچنین، در این رساله، ساختار و خواص پیکربندی یک سیال کره ی‏سخت که درون یک نانوحفره ی شیاری با دیواره های سخت و بدون ساختار محدودشده است، با استفاده از نظریه ی مقادیر بنیادین بررسی شده است. برای این منظور، پتانسیل شیمیایی موضعی چند ساختار فرضی و واقعی سیال کره ی‏سخت که درون یک نانوحفره ی شیاری محدودشده، مورد بررسی قرار گرفته است. ناهمگنی تعدادی از این پتانسیل های شیمیایی نشان دهنده ی تمایل مولکول ها برای گردآمدن در کناره ی دیواره ها است. در مرحله ی بعدی، انتروپی ساختاری سیال کره ی‏سخت محدودشده درون نانوحفره ی شیاری با ساختارهای فرضی و واقعی گوناگون بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که حجم مستثنی‏شده در کناره ی دیواره ها سبب می شود تعداد پیکربندی های ممکن برای سامانه کاهش یابد که نتیجه ی آن، کاهش انتروپی سامانه است. بنابراین، سیال برای جبران این کاهش انتروپی، ساختار ناهمگن را برمی گزیند. ساختار ناهمگن و لایه ای سیال محدودشده، به مولکول هایی که در فاصله های دورتر نسبت به دیواره قرار گرفته اند، اجازه می دهد فضای بزرگ تری در دست رس داشته باشند که نتیجه ی آن افزایش تعداد پیکربندی ها و در نهایت افزایش انتروپی سیال محدودشده است. در همین راستا، نتایج به دست آمده با استفاده از نظریه ی مقادیر بنیادین نشان می دهند که یک گذار فاز لایه ای شدن در سیال کره ی‏سخت محدودشده درون یک نانوحفره ی شیاری با دیواره های سخت و بدون ساختار رخ می دهد که سرچشمه ی آن، به طور خالص، انتروپی سامانه است. همچنین، در این رساله، با استفاده از نظریه ی مقادیر بنیادین اختلالی، اثر دیواره ها بر انرژی سامانه ی محدودشده بررسی شده است. برای این منظور، از سیال دو-یوکاوایی که درون نانوحفره های شیاری با دیوار های گوناگون محدودشده ، استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که چگونه ساختار و خواص ترمودینامیکی سیال محدودشده به وسیله ی اثرات انرژی دست خوش تغییر قرار می گیرند. در نهایت، با استفاده از نظریه ی تابعی چگالی اختلالی تارازونا-روزنفلد، ساختار و گذار فاز سیال لنارد-جونز محدودشده درون یک نانولوله ی کربنی تک دیواره بررسی شده است.

با توجه به اهمیت سیال‏های محدودشده در فضای نانو و همچنین کاربرد فراوان آنها در زمینه‏های مختلف علمی و صنعتی، هدف این پایان‏نامه مطالعه و بررسی برخی خواص ترمودینامیکی و دینامیکی این سامانه‏هاست. در این رساله با استفاده از دو روش ویریال و نظریه تابعی چگالی، فشار موضعی در این‏گونه سامانه‏ها مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از ویژگی‏های حائز اهمیت در این سامانه‏ها تنسوری بودن فشار در آنهاست. تنسور فشار دارای 9 مولفه به صورت است که می‏باشد. در نانوحفرات صفحه‏ای که محتوی سیال ساکن و دارای دیواره‏های بدون ساختار هستند مقدار متوسط مولفه‏های غیر قطری تنسور فشار صفر است و فشار در چنین سامانه‏‏هایی به صورت تنسور قطری است که دارای دو مولفه عمودی یا نرمال و جانبی است. در قسمت نخست این پایان‏نامه با استفاده از قضیه ویریال در مکانیک آماری و با توجه به رابطه تنش و نیرو، رفتار موضعی مولفه‏های نرمال و جانبی تنسور فشار در نانوحفره صفحه‏ای محاسبه و معادله‏ای کلی برای هر یک ارائه شده است که برای انواع پتانسیل‏های سیال-سیال و سیال-دیواره قابل حل است. لذا هر دو معادله برای سیال کره‏سخت به‏طور عددی حل شده است. نتایج به‏دست آمده نشان می‏دهد که در هر دو مولفه تنسور فشار با افزایش فاصله دو دیواره در نانوحفره، تعداد نوسان‏ها افزایش یافته اما از مقدار فشار و شدت نوسان‏ها کاسته شده است. همچنین هر دو مولفه عمودی و جانبی با افزایش چگالی توده‏ای و دما رفتار نوسانی مشابهی دارند اما نوسان‏های فشار عمودی شدیدتر از فشار جانبی است. از آنجا که این معادلات از مکانیک آماری استخراج شده است سهم انرژی جنبشی، سهم پتانسیل برهم‏کنش‏های بین مولکولی و همچنین سهم دیواره به‏طور مجزا در آنها قابل تحلیل و بررسی است. به منظور بررسی نقش نیروهای جاذبه در فشار موضعی، این معادلات با استفاده از نظریه اختلال برای سیال لنارد-جونز محدودشده نیز به‏طور عددی حل شده‏است. نتایج حاصل نشان‏دهنده رفتار نوسانی اما منفی سهم جاذبه در فشار است که این موضوع باعث کاهش فشار موضعی سیال لنارد-جونز نسبت به سیال کره‏سخت شده است. با توجه به سرعت و دقت نظریه تابعی چگالی در بخش بعدی این پایان‏نامه، معادله‏ای کلی مبتنی بر این نظریه برای پیش‏بینی مولفه‏های قطری تنسور فشار ارائه شده است. این معادله قابل استفاده برای انواع نانوحفره‏ها با اشکال هندسی مختلف و پتانسیل‏های بین مولکولی متنوع است. در این راستا از معادله اویلر-لاگرانژ و ارتباط آن با معادله نیروها استفاده شده است. در نانوحفره صفحه‏ای، با استفاده از این معادله، مولفه نرمال تنسور فشار قابل پیش‏بینی است که برای دو سیال کره‏سخت و لنارد-جونز حل شده است. فشار در نقطه مماس با دیواره با استفاده از این معادله در نانوحفرات صفحه‏ای با اندازه‏های مختلف به‏دست آمده که تطابق نسبتاً خوبی با نتایج شبیه‏سازی رایانه‏ای دارد. روند کیفی نتایج به‏دست آمده در این قسمت مطابق با نتایج به‏دست آمده از معادلات ویریال ارائه شده در بخش نخست پایان‏نامه است. در آخرین قسمت از پایان‏نامه نیز فرایند انبساط آزاد در سامانه کرات سخت خالص و مخلوط با استفاده از نسخه وابسته به زمان نظریه تابعی چگالی مطالعه شده است. نتایج این قسمت نشان می‏دهد که سیال کره سختی که به صورت ناهمگن و با ساختار لایه‏ای بین دو دیواره نانوحفره آرایش یافته، با حذف دیواره‏ها و پتانسیل خارجی آزادانه منبسط شده و آرایشی همگن و یکنواخت اختیار خواهد کرد.

نانوتکنولوژی در ارتباط با سنتز و کاربرد ساختارهایی است که حداقل در یک بعد، مقیاس نانو دارند. این نانوساختار ها به دلیل دارا بودن ویژگی های جدید فیزیکی، شیمیایی و زیستی، کاربرد گسترده ای در علوم مختلف داشته و استفاده از آنها روز به روز در حال گسترش است. بنابراین نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری شدیداً بین رشته ای، سریع ترین نرخ توسعه را در بین شاخه های مختلف علوم دارد. نانوبیوتکنولوژی یکی از بهترین پیوند هایی است که بخش عمده ای از تحقیقات را به خود اختصاص داده است. نانوذرات فلزی از جمله مهمترین نانوساختار ها به شمار می روند. روش های فیزیکی و شیمیایی از جمله روش های معمول برای سنتز نانوذرات می باشند اما جلوگیری از کاربرد مواد سمی در این روش ها اجتناب ناپذیر است. امروزه نیاز ضروری به توسعه روش های سازگار با محیط زیست برای سنتز نانوذرات فلزی احساس می شود، بنابراین یک رویه امید بخش برای رسیدن به این منظور، بهره برداری از پتانسیل منابع زیستی در طبیعت است. در طی سالیان گذشته قارچ ها، باکتری ها، ویروس ها و گیاهان برای ساخت نانو ذرات غیر سمی با صرف هزینه کمتر و مصرف انرژی کارآمدتر مورد استفاده قرار گرفته اند. استفاده از گیاهان و محصولات گیاهی به عنوان منابع پایدار و تجدیدپذیر در سنتز نانوذرات نسبت به روش های میکروبی که به دلیل استفاده از کشت های میکروبی گران تمام می شوند، مقرون به صرفه تر است. گیاهان همچنین قادرند سطوح بسیار کم فلزات را جذب و در بافت های خود در مقایسه با روش های شیمیایی که در مقادیر کم فلزات ناکارمد می باشند، تجمع دهند. در روش های سنتز بیولوژیک، موجودات زنده نانو ذرات را داخل سلول های خود و یا در خارج سلول هایشان تجمع می دهند. چندین گیاه به صورت موثر و سریع برای تولید خارج سلولی نانوذرات مورد استفاده قرار گرفته اند. گیاهان مختلفی از جمله کافور، یونجه، شمعدانی، یولاف، زیتون تلخ، تمبر هندی، انگور فرنگی، آلوئه ورا و گشنیز برای بررسی سنتز نانو ذرات مطالعه شده اند. در سنتز نانوذرات فلزی توسط عصاره گیاهان حضور متابولیت های ثانویه مختلف، آنزیم ها، پروتئین ها و یا سایر عوامل کاهنده و ترکیبات انتقال دهنده الکترون اثبات شده است. نانوذرات نقره که بوسیله تکنیک های مختلف سنتز می شوند بدلیل کارایی شان درزمینه های مختلف از جمله کاتالیز، سنسور و زمینه های درمانی مورد توجه می باشند. به محض رسیدن به سایز نانو، مشابه سایر نانومواد دیگر و در اثر خاصیت ناشی از سایز کوچک، ذره نقره ویژگی های فیزیکو شیمیایی و فعالیت بیولوژیکی منحصر به فردی از خود بروز می دهد. این خصوصیات متمایز باعث کاربردی شدن نانو ذره نقره درعلم پزشکی از جمله زمینه های ضد میکروبی، اثرات ضد التهابی و از بین بردن سلول های سرطانی شده است. ماریتیغال یا خارمریم گیاهی است یکساله از تیره ی کاسنی (asteraceae) با نام علمیsilybum marianum و نام انگلیسی milk thistle. در آب و هوای گرم با خاک سبک شنی می روید. دانه های ماریتیغال دارای فلاونولیگنان های ارزشمندی است که تحت عنوان سیلیمارین شناخته می شوند. این فلاونولیگنان ها ضد مسمومیت های کبدی هستند و در مقابل عوامل مسموم کننده از کبد محافظت می کنند. از دیگر کاربرد های اصلی دارویی آن می توان به کاهش کلسترول، خواص آنتی اکسیدانی و جمع کننده ی رادیکال های آزاد، محافظت سلول در برابر آسیب های شیمیایی شامل سموم محیطی، کاهش پراکسیداسیون لیپیدی، جلوگیری از بروز اختلالات یادگیری و حافظه بر اثر مصرف الکل و خاصیت ضد سرطان پروستات اشاره کرد. روغن بذر خارمریم شفافیت دست و صورت و رفع خشکی پوست را به همراه دارد و در هموروئید و اسپاسم مفید است و مالیدن آن بر روی کلیه ها باعث رفع درد آنها می شود. در این پژوهش بیوسنتز نانوذرات نقره به وسیله ی عصاره ی بذر و گیاه زنده ماریتیغال بررسی شده و تعیین شکل و اندازه نانوذرات بیوسنتز شده انجام می شود. شرایطی همچون دما، زمان، غلظت عصاره ی بذر و غلظت نیترات نقره مورد ارزیابی قرار می گیرد. با دستیابی به این هدف می توان از گیاه ماریتیغال به عنوان منبع جدید و کارخانه ی طبیعی برای بیوسنتز آسان، مقرون به صرفه، پاک و دوست دار محیط زیست نانوذرات نقره استفاده کرد.