درخشش علمی استاد برجسته فیزیک دانشگاه الزهرا در مقابله با ویروس کرونا؛
ساخت سامانه خالص سازی هوا بر اثر فوتوکاتالیستی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم
کد خبر :
۸۹۸۶۸۳
عضو هیئت علمی و پژوهشگر آزمایشگاه کربن دانشکده فیزیک دانشگاه در سومین اختراع خود موفق به ساخت سامانه خالص سازی هوا بر اثر فوتوکاتالیستی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم این سامانه در چهار بخش دمنده، یون‌ساز کمکی، هسته نانوساختاری و مدار الکترونیکی شامل پنل کنترل، مدار یون‌ساز و ترانس‌ها، لامپ فرابنفش شد.
به گزارش ایلنا به نقل از روابط عمومی دانشگاه الزهرا (س)، عزیز الله شفیع خانی عضو هیئت علمی و پژوهشگر آزمایشگاه کربن دانشکده فیزیک دانشگاه در سومین اختراع خود موفق به ساخت سامانه خالص سازی هوا بر اثر فوتوکاتالیستی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم این سامانه در چهار بخش دمنده، یون‌ساز کمکی، هسته نانوساختاری و مدار الکترونیکی شامل پنل کنترل، مدار یون‌ساز و ترانس‌ها، لامپ فرابنفش شد.
از ویژگی‌ها و مزایای اصلی این سامانه می‌توان به آنتی‌باکتریال و آنتی ویروسی محیطی، طول عمر بیشتر هسته اصلی سامانه، خاصیت خودتمیزشوندگی سطوح هسته، خاصیت آبگریزی سطوح هسته، راندمان بالاتر نسبت به موارد مشابه، کاهش دهنده آلاینده‌های محیطی VOC از جمله CO۲، NOx، NH۳، آرماتیک‌ها و ...، کم مصرف و بدون نگهداری ویژه و قابل استفاده در محیط‌های مسکونی، آزمایشگاه‌ها، بیمارستان‌ها و صنعت بدون هیچ‌گونه عوارض جانبی اشاره کرد.
شفیع‌خانی در تشریح جزئیات بیشتر این سامانه گفت: همان‌گونه که می‌دانید ویروس‌های خانواده‌ی کروناویروس ساختمان مشابهی داشته و همگی دارای یک غشای لیپیدی بسیار نازک هستند.
در زیر این غشا دارای تعداد بیشماری پروتون آزاد (H+) ناشی ازترکیبات بیوشیمی درون سلولی هستند.
وی افزود: حال اگر بتوان به روشی این پروتون‌ها را از غشای ویروس خارج کرد باعث به هم خوردن توازن آن شده و غشا شکاف برداشته و RNA منفجر می‌شود (شکل ۴و ۵). اندازه پروتون‌ها در حدود یک فرمی (۱۰-۶ نانومتر) است که می‌توان با کم‌ترین نیروی کولمبی آنرا جذب و از غشا خارج کرد. برهمین اساس حال باید به روش و مکانیزمی بار الکتریکی منفی در مجاورت این ویروس‌ها ایجاد نمود. پس از جذب رادیکال با بار الکتریکی منفی توسط غشا،، بر اثر نیروی کولمبی، به سادگی بار مثبت و یا همان پروتون زیر غشای لیپیدی جذب می‌شود.
این استاد برجسته فیزیک ادامه داد: برای این منظور بر اساس مطالعات چندین ساله صورت گرفته نتایج پژوهش توسط این‌جانب در مقاله چاپ شده در Scientific Reports Nature, ۲۰۱۹, Vol. ۹, ۱۶۶۴۸ می‌توان از اثر فوتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یک نیمه‌هادی با گاف انرژی حدود ۳.۲ eV که به روش ویژه‌ای با ساختار کریستالی anatas بر روی مش‌های آلومینیومی در یک فرآیند چند مرحله‌ای ساخته می‌شوند، استفاده نمود.
وی افزود: پس از سنتز این ساختار، بر اثر تابش فوتون‌های فرابنفش به این لایه‌ها یک الکترون و یک حفره به ترتیب در باند هدایت و باند والانس ایجاد می‌شود. از آنجا که در محیط اطراف همواره مولکول آب وجود دارد الکترون‌ها در محیط واکنش احیا و حفره‌ها واکنش اکسایش انجام می‌دهند. در نتیجه در این زنجیره‌ی واکنشی، رادیکال‌های هیدرواکسیل و سوپراکسیل تولید شده نقش بار منفی را بازی نموده و در مدت زمان کم‌تر از پیکوثانیه باعث نابودی ویروس می‌شوند و پایان فرآیند مولکول آب اولیه مورد استفاده قرارگرفته در نهایت به آب و یا هیدروژن و اکسیژن تبدیل می‌شود.
عضو هیئت علمی دانشگاه الزهرا در ادامه با بیان اینکه یک پرسش مهم آن است که چرا ماده فوتوکاتالیست نسبت به موادی مانند: کلر، واکنش پذیری بیشتری دارد؟ اظهارداشت: در پاسخ این پرسش باید گفت که مواد فوتوکاتالیست قدرتمند‌ترین ابزار در فرآیند اکسایش هستند، که این توانمندی در تولید رادیکال‌های OH- (هیدرواکسیل) نهفته است. آن‌ها می‌توانند چند میلیون بار آهنگ واکنش را بیشتر تسریع کنند. این واکنش بر مبنای تبدیل حالت شیمیایی عناصر از حالت پایه به تراز‌های بالاتر است.
دکتر شفیع‌خانی ادامه داد: در حالتی که مولکول و یا اتم در حالت برانگیخته توان ترکیب شیمیایی بیشتری دارند. بدین ترتیب قدرت واکنش با ملکول‌ها طی چند مرحله در تراز‌های بالاتر به محصولات اکسیدی مانند: تبدیل می‌شوند. رادیکال‌های یکی از عوامل قدرتمند در فرآیند اکسایش بحساب می‌آید و نسبت به کلر Cl، فلور F و ید I پتانسیل خیلی بیشتری دارند که در جدول نسبت به کلر مقایسه شده است.
استاد برجسته فیزیک دانشگاه الزهرا همچنین بیان کرد: تاکنون آزمایش‌های بسیاری با بعضی از میکروارگانیزم‌هایی هم‌چون E-coli، مواد آلی هم‌چون Methyl Orange، و ترکیبات آلی مانند بنزن، دی اکسید کربن، اتانول نتایج بسیار بالاتر از حد انتظار را به همراه داشته است.
گفتنی است؛ دکتر عزیز الله شفیع خانی از دانش آموختگان نسل اول فیزیک ایران، دانش آموخته دانشگاه صنعتی شریف و از پژوهشگران سرآمد فیزیک در ایران هستند.
طراحی و ساخت این سامانه نیز سومین اختراع این استاد برجسته است که با شماره ۹۹۹۴۳ مورخ ۹۸/۱۰/۱ با تائید علمی ستاد نانو، ثبت اختراع گردیده است.
پیش‌تر نیز این استاد برجسته موفق به طراحی و ساخت دستگاه خالص ساز هوا بر مبنای نانو ذرات و طراحی، ساخت دستگاه منحصر بفرد لیزر دی اکسید کربن در آزمایشگاه‌های این دانشگاه و... شده است.
از ویژگی‌ها و مزایای اصلی این سامانه می‌توان به آنتی‌باکتریال و آنتی ویروسی محیطی، طول عمر بیشتر هسته اصلی سامانه، خاصیت خودتمیزشوندگی سطوح هسته، خاصیت آبگریزی سطوح هسته، راندمان بالاتر نسبت به موارد مشابه، کاهش دهنده آلاینده‌های محیطی VOC از جمله CO۲، NOx، NH۳، آرماتیک‌ها و ...، کم مصرف و بدون نگهداری ویژه و قابل استفاده در محیط‌های مسکونی، آزمایشگاه‌ها، بیمارستان‌ها و صنعت بدون هیچ‌گونه عوارض جانبی اشاره کرد.
شفیع‌خانی در تشریح جزئیات بیشتر این سامانه گفت: همان‌گونه که می‌دانید ویروس‌های خانواده‌ی کروناویروس ساختمان مشابهی داشته و همگی دارای یک غشای لیپیدی بسیار نازک هستند.
در زیر این غشا دارای تعداد بیشماری پروتون آزاد (H+) ناشی ازترکیبات بیوشیمی درون سلولی هستند.
وی افزود: حال اگر بتوان به روشی این پروتون‌ها را از غشای ویروس خارج کرد باعث به هم خوردن توازن آن شده و غشا شکاف برداشته و RNA منفجر می‌شود (شکل ۴و ۵). اندازه پروتون‌ها در حدود یک فرمی (۱۰-۶ نانومتر) است که می‌توان با کم‌ترین نیروی کولمبی آنرا جذب و از غشا خارج کرد. برهمین اساس حال باید به روش و مکانیزمی بار الکتریکی منفی در مجاورت این ویروس‌ها ایجاد نمود. پس از جذب رادیکال با بار الکتریکی منفی توسط غشا،، بر اثر نیروی کولمبی، به سادگی بار مثبت و یا همان پروتون زیر غشای لیپیدی جذب می‌شود.
این استاد برجسته فیزیک ادامه داد: برای این منظور بر اساس مطالعات چندین ساله صورت گرفته نتایج پژوهش توسط این‌جانب در مقاله چاپ شده در Scientific Reports Nature, ۲۰۱۹, Vol. ۹, ۱۶۶۴۸ می‌توان از اثر فوتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یک نیمه‌هادی با گاف انرژی حدود ۳.۲ eV که به روش ویژه‌ای با ساختار کریستالی anatas بر روی مش‌های آلومینیومی در یک فرآیند چند مرحله‌ای ساخته می‌شوند، استفاده نمود.
وی افزود: پس از سنتز این ساختار، بر اثر تابش فوتون‌های فرابنفش به این لایه‌ها یک الکترون و یک حفره به ترتیب در باند هدایت و باند والانس ایجاد می‌شود. از آنجا که در محیط اطراف همواره مولکول آب وجود دارد الکترون‌ها در محیط واکنش احیا و حفره‌ها واکنش اکسایش انجام می‌دهند. در نتیجه در این زنجیره‌ی واکنشی، رادیکال‌های هیدرواکسیل و سوپراکسیل تولید شده نقش بار منفی را بازی نموده و در مدت زمان کم‌تر از پیکوثانیه باعث نابودی ویروس می‌شوند و پایان فرآیند مولکول آب اولیه مورد استفاده قرارگرفته در نهایت به آب و یا هیدروژن و اکسیژن تبدیل می‌شود.
عضو هیئت علمی دانشگاه الزهرا در ادامه با بیان اینکه یک پرسش مهم آن است که چرا ماده فوتوکاتالیست نسبت به موادی مانند: کلر، واکنش پذیری بیشتری دارد؟ اظهارداشت: در پاسخ این پرسش باید گفت که مواد فوتوکاتالیست قدرتمند‌ترین ابزار در فرآیند اکسایش هستند، که این توانمندی در تولید رادیکال‌های OH- (هیدرواکسیل) نهفته است. آن‌ها می‌توانند چند میلیون بار آهنگ واکنش را بیشتر تسریع کنند. این واکنش بر مبنای تبدیل حالت شیمیایی عناصر از حالت پایه به تراز‌های بالاتر است.
دکتر شفیع‌خانی ادامه داد: در حالتی که مولکول و یا اتم در حالت برانگیخته توان ترکیب شیمیایی بیشتری دارند. بدین ترتیب قدرت واکنش با ملکول‌ها طی چند مرحله در تراز‌های بالاتر به محصولات اکسیدی مانند: تبدیل می‌شوند. رادیکال‌های یکی از عوامل قدرتمند در فرآیند اکسایش بحساب می‌آید و نسبت به کلر Cl، فلور F و ید I پتانسیل خیلی بیشتری دارند که در جدول نسبت به کلر مقایسه شده است.
استاد برجسته فیزیک دانشگاه الزهرا همچنین بیان کرد: تاکنون آزمایش‌های بسیاری با بعضی از میکروارگانیزم‌هایی هم‌چون E-coli، مواد آلی هم‌چون Methyl Orange، و ترکیبات آلی مانند بنزن، دی اکسید کربن، اتانول نتایج بسیار بالاتر از حد انتظار را به همراه داشته است.
گفتنی است؛ دکتر عزیز الله شفیع خانی از دانش آموختگان نسل اول فیزیک ایران، دانش آموخته دانشگاه صنعتی شریف و از پژوهشگران سرآمد فیزیک در ایران هستند.
طراحی و ساخت این سامانه نیز سومین اختراع این استاد برجسته است که با شماره ۹۹۹۴۳ مورخ ۹۸/۱۰/۱ با تائید علمی ستاد نانو، ثبت اختراع گردیده است.
پیش‌تر نیز این استاد برجسته موفق به طراحی و ساخت دستگاه خالص ساز هوا بر مبنای نانو ذرات و طراحی، ساخت دستگاه منحصر بفرد لیزر دی اکسید کربن در آزمایشگاه‌های این دانشگاه و... شده است.
