عنوان

 

صفحه فصل اول

 

مقدمه و كلیات تحقیق

  1-1- مقدمه

 

2 2-1- بیان مسئله

 

5 3-1- سئوالات تحقیق

 

7 4-1- فرضیات تحقیق

 

7 5-1- اهمیت و ضرورت تحقیق

 

7 6-1- اهداف تحقیق

 

8 7-1- پیشینه تحقیق

 

9 1-7-1- مطالعات داخلی

 

9 2-7-1- مطالعات خارجی

 

11 8-1- محدوده موضوعی، زمانی و مكانی تحقیق

 

13 فصل دوم

 

مبانی نظری تحقیق

  1-2- پیش درآمد

 

16 2-2 تعاریف و مفاهیم

 

16 1-2-2- فضا

 

16 2-2-2- فضای جغرافیایی

 

17 3-2-2- تحلیل فضایی

 

18 4-2-2- روش تحلیل فضایی

 

18 5-2-2- دسترسی

 

19 6-2-2- روستا و جامعه روستایی

 

20 7-2-2- دهستان

 

20 8-2-2- توزیع فضایی (پراكندگی)

 

21 9-2-2- آموزش و پرورش

 

23 10-2-2- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)

 

24 3-2- نظریه ها و دیدگاه ها

 

26 1-3-2- نظریه ها و دیدگاه های فضایی

 

27 2-3-2- سازمان فضایی و سطح بندی روستاها

 

34 4-2- نظریه سرمایه انسانی

 

36 1-4-2- تعریف و مفهوم سرمایه انسانی

 

37 2-4-2-سرمایه گذاری در سرمایه انسانی

 

37 3-4-2- تشكیل سرمایه انسانی از طریق آموزش و پرورش

 

38 5-2- نظام آموزش و پرورش ایران

 

39 6-2- مقاطع تحصیلی آموزش و پرورش در ایران

 

42 1-6-2- دوره ابتدایی

 

42 2-6-2- دوره راهنمایی تحصیلی (متوسطه اول)

 

42 3-6-2- دوره متوسطه عمومی

 

43 4-6-2- دوره پیش دانشگاهی

 

43 7-2- ضوابط و استانداردهای مربوط به خدمات آموزشی

 

44 1-7-2- استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان در مدارس ابتدایی و راهنمایی

 

45 8-2- مدرسه هوشمند

 

47 1-8-2- پیشینه هوشمندسازی مدارس

 

48 2-8-2- اهداف ایجاد مدارس هوشمند

 

49 3-8-2- پیش نیازها جهت اجرای مدارس هوشمند

 

50 فصل سوم:

 

مواد و روش ها

  1-3 – پیش درآمد

 

52 2-3- موقعیت، حدود و وسعت منطقه مورد مطالعه

 

54 3-3- ویژگیهای  طبیعی منطقه

 

55 1-3-3- زمین شناسی و ژئومورفولوژی

 

55 2-3-3- آب وهوا‌( اقلیم)

 

56 1-2-3-3- بادهای 120 روزه سیستان

 

62 3-3-3- منابع آب

 

62 4-3-3- خاکهای منطقه

 

64 5-3-3- وضعیت پوشش گیاهی

 

65 6-3-3- زندگی جانوری

 

65 4-3- ویژگیهای جغرافیای انسانی

 

66 1-4-3- بررسی وضعیت جمعیت منطقه

 

66 2-4-3- ترکیب جنسی جمعیت

 

68 3-4-3- وضعیت سواد

 

68 4- 4 – 3- کشاورزی

 

69 5-4-3- صنایع و معادن

 

70 6-4-3- فعالیت های عمرانی و خدماتی

 

71 1-6-4-3 مساکن روستایی

 

71 2-6-4-3- معابر و شبکه حمل ونقل

 

72 3-6-4-3- تأمین آب شرب

 

73 4-6-4-3- برق رسانی

 

 

73 5-6-4-3- خدمات بهداشتی و درمانی

 

73 6-6-4-3- سایر خدمات

 

74 7-4-3- ویژگی های فرهنگی و اجتماعی

 

74 8-4-3- جغرافیای تاریخی سیستان

 

75 9-4-3- آثار تاریخی منطقه

 

76 5-3- روش تحقیق

 

79 1-5-3- روشها و مراحل تحقیق

 

79 2-5-3- جامعه آماری

 

80 3-5-3-روش و ابزار گرد آوری داده ها

 

81 4-5-3- شاخص های مورد مطالعه

 

82 5-5-3- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات

 

83 فصل چهارم

 

یافته های تحقیق

  1-4- پیش درآمد

 

85 2-4- یافته های توصیفی و تحلیلی

 

85 1-2-4- تغییرات مربوط به تعداد جمعیت و خانوار روستاهای مورد مطالعه

 

88 2-2-4- مراكز آموزشی مقطع ابتدایی

 

91 1-2-2-4- پراكندگی و دسترسی به مدارس ابتدایی در دهستان محمدآباد

 

92 2-2-2-4- درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

98 3-2-2-4- تراكم دانش آموز در كلاس های مدارس ابتدایی در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

100 4-2-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

101 5-2-2-4- بررسی وضعیت كادر آموزشی و سایر كاركنان مدارس ابتدایی دهستان

 

105 3-2-4- مراكز آموزشی مقطع راهنمایی

 

108 1-3-2-4- پراكندگی و دسترسی به مدارس راهنمایی در دهستان محمدآباد

 

108 2-3-2-4-درجه بندی مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

116 3-3-2-4- تراكم دانش آموز در كلاس های مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

117 4-3-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

118 5-3-2-4- بررسی وضعیت كادر آموزشی و سایر كاركنان مدارس راهنمایی دهستان

 

123 4-2-4- مراكز آموزشی مقطع متوسطه

 

124 1-4-2-4- پراكندگی و دسترسی به مراكز آموزشی متوسطه در دهستان محمدآباد

 

126 2-4-2-4- تراكم دانش آموز در كلاس های مراكز آموزشی متوسطه دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

133 3-4-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی

 

134 4-4-2-4- بررسی وضعیت كادر آموزشی و سایر كاركنان مدارس متوسطه دهستان

 

136 3-4- آزمون فرضیات

 

137 1-3-4- آزمون فرضیه نخست

 

138 2-3-4- آزمون فرضیه دوم

 

139 فصل پنجم

 

جمع بندی، نتیجه گیری و پیشنهادات

  1-5- جمع بندی

 

143 2-5- نتیجه گیری

 

144 3-5- پیشنهادات

 

147 منابع

 

152

 

فهرست جداول

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان	صفحه
جدول 1-1- مراكز آموزشی مورد مطالعه	14
جدول 1-2 -استانداردهای آموزشی و تعداددانش آموزان آنها در مدارس ابتدایی	46
جدول 2-2 -استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان آنها در مدارس راهنمایی	46
جدول 3-2-استانداردها و ضوابط خدمات آموزشی در مناطق روستایی كشور	47
جدول 1-3- مساحت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1391	54
جدول 2-3-  وضع جوی منطقه سیستان بر حسب ماه: سال 1389	58
جدول 3-3- ویژگیهای عناصر اقلیمی منطقه سیستان	59
جدول 4-3- آمار تعدادی از عناصر اقلیمی ایستگاه سینوپتیک زابل طی سالهای 90-1380	60
جدول 5-3- تعداد جمعیت و خانوار شهرستان هامون در سالهای 1385 ، 1390	67
جدول 6-3- وسعت و تراکم جمعیت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1390	67
جدول 7-3- تعداد حانوار وجمعیت از نظر جنسیت در شهرستان هامون و دهستان محمدآباد در سال 1385	68
جدول 8-3- تعداد افراد باسواد و بی سواد بر حسب جنس در شهرستان هامون	69
جدول 9-3-طول محور های روستایی آسفالته شهرستان هامون در سال 1390	72
جدول 10-3- مراحل انجام تحقیق	80
جدول 1-4- طرح اتصال مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-1391	88
جدول 2-4- تعداد خانوار و جمعیت روستاهای مورد مطالعه دهستان محمد آباد در سالهای 1385 و 1390	89
جدول 3-4-مقایسه تعداد آموزشگاه ها و تعداد دانش آموزان مقطع ابتدایی سال 92-1391	94
جدول 4-4- آمار مدارس ابتدایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان	97
جدول 5-4- وضعیت مدارس ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 از حیث درجه استاندارد آموزشی	98
جدول 6-4- مقایسه فضاهای آموزشی مقطع ابتدایی دهستان ازنظر محوطه و زیربنا با استانداردهای آموزشی درسالتحصیلی 92-91	101
جدول 7-4- توزیع كاركنان مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد از لحاظ جنسیت در سال تحصیلی 92-1391	107
جدول 8-4 مقایسه تعداد آموزشگاه ها و تعداد دانش آموزان مقطع راهنمایی در سال تحصیلی 92-1391	112
جدول 9-4- آمار مدارس راهنمایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391	115
جدول 10-4- مقایسه فضاهای آموزشی مدارس راهنمایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391	121
جدول 11-4- آمار مدارس مراكز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391	131
جدول 12-4- مقایسه سرانه فضاهای آموزشی زیر بنا در مدارس متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 (متر مربع)	135

 

 

 

فهرست اشکال

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان	صفحه
شکل 1-2-اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GIS	25
شكل 2-2- مدل فون تانن	29
شكل 3-2- سلسله مراتب مكانهای مركزی كریستالر	30
شکل 4-2 -سلسله مراتب مركزی براساس اصول بازار یابی، ترابری و اداری	32
شكل 5-2- سطح بندی سكونتگاه های روستایی	36
شکل 1-3-نقشه تقسیمات سیاسی استان سیستان و بلوچستان	53
شکل 2-3- منحنی آمبروترمیک منطقه سیستان	57
شکل3-3- نمودار خلاصه پارامترهای محاسباتی دمای هوا در ایستگاه زابل	61
شکل 1-4- نمودار ستونی تعداد آموزشگاه های مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91	86
شکل 2-4- نمودار ستونی تعداد دانش آموزان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91	86
شکل3-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون از لحاظ مدرک تحصیلی در سال تحصیلی 92-91	87
شکل 4-4- نمودار ستونی جمعیت سالهای 1385 و 1390 روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمدآباد	90
شکل 5-4- نقشه پراکندگی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391	93
شكل 6-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی  به مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391	95
شکل 7-4- نمودار ستونی درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91 در مقایسه با استانداردهای آموزشی	99
شکل8-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان (آموزشی،اداری و خدماتی) مقطع ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91	106
شکل 9-4- نقشه پراکندگی مدارس راهنمایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91	110
شکل 10-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی دهستان محمدآباد به مدارس راهنمایی در سال تحصیلی 92-91	113
شکل11-4- نقشه پراکندگی مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91	127
شکل 12-4- نمودار ستونی مقایسه جمعیت دانش آموزی مدارس متوسطه دهستان محمدآباد به تفکیک رشته تحصیلی در سال تحصیلی 92-91	128
شکل13-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی به مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91	129

 

فصل اول   مقدمه و كلیات تحقیق

1-1- مقدمه

لفظ آموزش وپرورش در مفهومی وسیع به كلیه فرایندهایی اطلاق می شود كه زندگی فرهنگی را برای انسان تأمین می كند (جرالد ال،1389،11).

آموزش و پرورش فرایندی زگهواره تا گور است كه در هر جامعه ایی وجود داشته و اشكال گوناگونی دارد، از یادگیری براساس تجربه های زندگی تا آموزش و پرورش آموزشگاهی، از اجتماعات صنعتی تا غیر صنعتی، از محیط های روستایی تا شهری، بنابراین آموزش و پرورش یک پدیده اجتماعی است (علاقه بند، 1372، 4) .

آموزش رسمی نهاد مهمی برای انتقال دانش و فرهنگ از نسلی به نسل دیگر و پرورش آن دسته از خصایص آدمی است كه به بازده اقتصادی، ثبات اجتماعی و ایجاد دانش های جدید كمك می كند، بخشی از این  دانش همان نظری است كه جامعه نسبت به خود نظام مدرسه پیدا می كند، برای آنكه یک نهاد نقش مهمی در جامعه ایفا كند لازم است مشروع باشد  یعنی مردمی كه از آن استفاده می كنند، باید معتقد باشند كه این نهاد در خدمت منافع و نیازهای آنان است (كانوی، 1367، 13).

امروزه  بسیاری از متفكران و متخصصان تعلیم و تربیت كه طرفدار برداشتی نو و دیدی تازه در زمینه اصلاحات آموزشی هستند، بر این باورند كه برنامه ریزی اصلاحات  به منظور تجدید نظر اساسی در عملكرد گذشته و كنونی نظام های تعلیم و تربیت هر كشور باید در پرتو بررسی پیشینه تاریخی تحولات آموزش و پرورش و تحلیل وضعیت كنونی نظام آموزشی صورت گیرد، زیرا در این صورت می توان با دیدی تازه و جامع عواملی را كه موجب ركود فعالیتهای فرهنگی و علمی

و شكل گیری دشواریهای کنونی نظام آموزشی شده است، شناسایی كرد (كانل ، 1373، 694).

اصولاً ساختار نظام آموزش و پرورش در ابعاد دوگانه بررسی می شود كه عبارتند از:

1- بعد عمودی نظام كه شامل مراحل تحصیلات رسمی با توجه به سن ورود به مدرسه و تعداد سالهای تحصیل در هر مرحله تحصیلی است.

2- بعد افقی نظام آموزش و پرورش كه به تقسیمات درونی هر یک از مراحل تحصیلی یا دوره های آموزشی كه شامل شاخه ها و رشته های تحصیلی است، اطلاق می شود مانند رشته های نظری و فنی و حرفه ایی در دوره متوسطه (آقازاده، 1388، 23).

مسئولان برنامه های اصلاحی آموزش و پرورش ممالك موفق معتقدند كه اصلاح كمی و كیفی آموزش و پرورش باید از مقاطع تحصیلی پایین تر آغاز گردد تا بتوان شرایط تحول برای مقاطع بالاتر را مهیا ساخت، آنان تأكید دارند كه بازسازی و اصلاح آموزش و پرورش فرایندی نیست كه بتوان آن را با اقدام ضربتی آن هم از رأس و قلّه ی هرم آموزشی آغاز كرد، بلكه اقدام اصلاحی متناسب و سنجیده باید از قاعده هرم آموزشی یعنی از سطح آموزش قبل از دبستان و آموزش ابتدایی شروع گردد تا بتوان آن را به صورت فرایندی فراگیر و همه جانبه به سطوح بالای آموزشی (دوره متوسطه و آموزش عالی) هدایت كرد.اما متأسفانه این توصیه كارشناسان در فرهنگ برنامه ریزی كشور ما جایگاه شناخته شده ایی ندارد (همان،1388، 221-220).

با توجه به اینكه در اصل سوم قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران به مسئله آموزش و پرورش و تربیت بدنی رایگان برای همه در تمام سطوح تأكید شده است و همچنین سطح بالای آموزش و سواد از ملاك های توسعه انسانی كشورها محسوب می شود لذا دسترسی جوامع روستایی و شهری به خدمات آموزشی و پراكنش مناسب مراكز آموزشی از اهمیت زیادی برخوردار است.

در این پژوهش وضعیت دسترسی دانش آموزان دهستان محمد آباد شهرستان هامون در منطقه سیستان به مراكز آموزشی ابتدایی، راهنمایی و متوسطه با بهره گرفتن از روش تحلیل فضایی و نرم  افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS مورد بررسی قرار می گیرد.

چارچوب اصلی این پژوهش ابتدا در فصل اول تحت عنوان مقدمه وكلیات تحقیق شامل بیان مسئله، سئوالات تحقیق، فرضیات تحقیق، اهمیت و ضرورت انجام تحقیق، اهداف تحقیق ، پیشینه ی تحقیق (مطالعات داخلی و خارجی)

فصل اول

 

کلیات تحقیق

 

1- 1- مقدمه

در حال حاضر بیش از نیمی از جمعیت جهان در نواحی شهری زندگی می کنند و تا سال 2020 این رقم به حدود 60 درصد می رسد. شهرهای دیروز به متروپلیس ها و متروپلیس ها به مگالاپلیس ها تبدیل شده اند. پدیده شهرنشینی اجتناب ناپذیر و غیر قابل برگشت است. با وجود فواید زیاد شهرنشینی، بسیاری از سیاست گذاران در کشورهای مختلف روند فزاینده شهرنشینی را زنگ خطری می دانند. آنها تاثیر عمیق بر سنت ها و روابط مرسوم و مشکل تدارک و آماده سازی خدمات و زیرساخت های عمومی، تکثیر سکونت گاه های غیر رسمی، بدتر شدن شرایط محیطی، و افزایش مسایل اجتماعی مربوط به بیکاری و کم کاری را خاطر نشان می کنند. در بسیاری از نواحی شهری بویژه نواحی شهری کشورهای در حال توسعه بیکاری و مسایل اجتماعی در حال افزایش است، شرایط محیطی و سلامت در حال زوال می باشند، نابرابری در دسترسی به درآمد و خدمات عمومی در حال رشد است و شواهد فقر، آسیب پذیری و ناامیدی به طور فزاینده ای در میان مردم نواحی شهری قابل مشاهده است. این مسائل و مشکلات باعث توجه فزاینده به مطالعه کیفیت زندگی، کیفیت مکان و بهزیستی انسانی در نواحی شهری به عنوان ابزاری برای پشتیبانی از سیاست گذاریها شده است.

مطالعه کیفیت زندگی در شهرهای کشورهای در حال توسعه و توسعه یافته، توجه رشته های مختلفی از قبیل جغرافیا، اقتصاد، جامعه شناسی، روان شناسی، علوم سیاسی، پزشکی، بازاریابی و مدیریت را به خود جلب کرده و در حال تبدیل شدن به ابزار مهمی برای ارزیابی سیاست های عمومی، رتبه بندی مکان ها، برنامه ریزی و مدیریت شهری است. این مطالعات از جنبه های گوناگونی دارای تفاوت می باشند. به عنوان مثال، این مطالعات در مناطق مختلفی انجام گرفته و هر کدام از آنها قلمروهای مختلفی از زندگی(شامل مسکن، درآمد، امنیت و …) را که کیفیت زندگی را تحت تاثیر قرار می دهند، مورد توجه قرار داده اند. در این مطالعات همچنین مقیاس مورد استفاده نیز دارای تفاوت می باشد، زیرا برخی از آنها در سطح ملی، برخی در سطح شهر و تعداد اندکی در سطح محلی انجام گرفته اند.

کیفیت زندگی اصطلاح گسترده ای است که دربرگیرنده ی مفاهیمی همچون زندگی خوب، زندگی ارزشمند، زندگی رضایتبخش و زندگی شاد می باشد(McCrea et al., 2006). در این مطالعه، کیفیت زندگی به عنوان بر هم کنش میان منابع، امکانات و فرصت های فراهم شده توسط محیط (اجتماعی، اقتصادی و فیزیکی) برای تامین نیازهای انسانی و ادراک، ارزیابی و رضایت افراد و گروه ها از برآورده شدن نیازهایشان در یک مکان خاص تعریف شده است.

کیفیت زندگی اغلب با بهره گرفتن از شاخص های ذهنی یا شاخص های عینی اندازه گیری شده است. شاخص های ذهنی از پیمایش ادراک، ارزیابی و رضایت شهروندان از زندگی شهری بدست می آیند؛ در حالیکه شاخص های عینی مرتبط با حقایق قابل مشاهده هستند که غالباً از داده های ثانویه حاصل می شوند. بر اساس سطح کیفیت زندگی که از طریق شاخص های ذهنی و عینی اندازه گیری شده، چهار حالت “بهزیستی”، “محرومیت”، “انطباق” و “ناهماهنگی” شکل خواهد گرفت. اگر احساس ذهنی فرد و شرایط عینی زندگی او خوب باشد، بنابراین فرد در حالت بهزیستی قرار دارد. اگر هر دو شرایط بد باشند، پس فرد در حالت محرومیت قرار دارد. در طرف مقابل، اگر شرایط ذهنی خوب و شرایط عینی بد باشد، حالت انطباق شکل می گیرد؛ در حالیکه اگر شرایط ذهنی بد و شرایط عینی خوب باشد، پس ناهماهنگی وجود دارد.

روش های گوناگونی برای مطالعه کیفیت زندگی در درون نواحی شهری بکار گرفته شده است. به عنوان مثال، مورو و همکارانش(2008) و داس(2008) نشان داده اند که روش های آماری می تواند برای سنجش کیفیت زندگی برحسب معرف ها یا قلمروهای انتخاب شده ی زندگی بکار گرفته شود. داده های سنجش از دور و سرشماری نیز می توانند برای توسعه و تهیه نقشه شاخص کیفیت زندگی شهری با بهره گرفتن از سیستم اطلاعات جغرافیایی مورد استفاده قرار گیرند(منصوریان، 1389). با این وجود، کمپ و همکارانش(2003) اظهار کرده اند که هنوز چارچوب جامعی برای مطالعه کیفیت زندگی در یک وضعیت یکپارچه که دربرگیرنده ارزیابی شاخص های فیزیکی، مکانی و اجتماعی در یک حالت کل نگرانه باشد، ارائه نشده است.

در این مطالعه، کیفیت زندگی در سطح محلات شهر نورآباد، استان لرستان با بهره گرفتن از معرف های عینی و ذهنی اندازه گیری شده است. تغییرات

 مکانی کیفیت زندگی در سطح محلات نیز مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفته است. یک مدل علی کیفیت زندگی که کیفیت زندگی ذهنی افراد، رضایت از قلمروها و معرف های هر قلمرو را به هم مرتبط می کند، توسعه داده شده است. ابعاد کیفیت عینی و ذهنی زندگی شناسایی و براساس آنها شاخص نهایی کیفیت زندگی در ابعاد عینی و ذهنی شکل گرفته است و نهایتاً این دو شاخص در سطح محلات با هم مقایسه شده اند.

این پایان نامه در پنج فصل شکل گرفته است. در فصل نخست جنبه های مفهومی تحقیق ارائه شده است. این فصل شامل مقدمه، بیان مسئله، ضرورت تحقیق، اهداف، سوالات و فرضیات، چارچوب مفهومی و پیشینه تحقیق می باشد. در فصل دوم ادبیات مربوط به کیفیت زندگی در قالب بیان تعاریف، رویکردها و مدل ها تشریح و بررسی شده است. در ضمن شاخص های مورد استفاده در تحقیقات مختلف کیفیت زندگی نیز ارائه شده است. فصل سوم شامل معرفی مختصری از منطقه مورد مطالعه است. این معرفی شامل موقعیت جغرافیایی، ویژگیهای محیطی، اجتماعی، اقتصادی، کالبدی و سایر خصوصیات مرتبط با کیفیت زندگی در شهر نورآباد است. فصل چهارم در بر گیرنده ی یافته های تحقیق براساس چارچوب مفهومی و روش شناسی ارائه شده در فصول قبلی است. در این فصل نتایج بدست آمده از اعمال روش های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. در فصل پنجم نتایج بدست آمده از فصل چهارم به صورت تحلیلی مورد بحث قرار گرفته و به آزمون فرضیات تحقیق پرداخته شده و نهایتاً پیشنهاداتی جهت ادامه این تحقیق و اخذ نتایج بهتر ارائه شده است.

1-2- طرح مسئله:          

تئوریها و مطالعات تجربی کیفیت زندگی غالباً از جوامع غربی نشات گرفته اند. این مطالعات در کشورهای در حال توسعه به طور قابل توجهی کمیاب می باشند. همین طور، فاکتورهای عمده تاثیرگذار بر کیفیت زندگی افراد در شهرهای بسیاری از کشورهای در حال توسعه به طور واضح شناسایی نشده اند.

عموماً کیفیت زندگی در کشورهای در حال توسعه در سطح ملی و منطقه ای مطالعه شده است. هدف مطالعه کیفیت زندگی در سطوح ملی و منطقه ای عمدتاً مقایسه میان کشورها و مناطق و رتبه بندی آنها براساس شاخص های کیفیت زندگی می باشد. اما مطالعاتی که تغییرات کیفیت زندگی را در مقیاس های کوچکی همچون مقیاس های شهری و درون شهری نشان دهند، انگشت شمار هستند.

از طرف دیگر، روش قابل قبول جهانی برای مطالعه کیفیت زندگی شهری وجود ندارد. اگرچه اندازه گیری کیفیت زندگی با بهره گرفتن از شاخص های عینی یا شاخص های ذهنی امکان پذیر است، اما هر کدام محدودیت های خاص خود را دارند. بسیاری از مطالعات رابطه بین معرف های عینی و ذهنی کیفیت زندگی را مورد بررسی قرار داده اند. یافته های این مطالعات نشان می دهد که تناقض هایی در مورد وجود رابطه بین این معرف ها دیده می شود. هم چنین این مطالعات نتیجه ترکیب کیفیت عینی و ذهنی زندگی بر حسب حالت های چهار گانه کیفیت زندگی(شامل بهزیستی، ناهماهنگی، محرومیت و انطباق) را بررسی نکرده اند.

علاوه بر این، معرف ها و قلمروهای بسیار زیادی در رویکردهای عینی و ذهنی زندگی وجود دارد که می توانند برای سنجش کیفیت زندگی مورد استفاده قرار گیرند. نوع و تعداد معرف ها و قلمروهای مورد استفاده در مطالعات قبلی یکسان نیستند، زیرا اینها به شدت وابسته به هدف مطالعه، داده های در دسترس و ناحیه مورد مطالعه می باشند.

بنابراین بیان مسئله این تحقیق در فقدان مطالعات کیفیت زندگی در کشورهای در حال توسعه، فقدان دانش و آگاهی در مورد تغییرات کیفیت زندگی در مقیاس کوچک و فقدان مطالعات تجربی در مورد رابطه بین ابعاد عینی و ذهنی زندگی بر حسب حالات چهار گانه کیفیت زندگی خلاصه می شود.

1-3- ضرورت تحقیق:

سیاست گذاران و برنامه ریزان شهری در جستجوی کارآمدترین ابزارها برای بهبود زندگی شهروندان هستند. مرور ادبیات تحقیق نشان می دهد که توافق عمومی در میان محققان، سیاستگذاران و برنامه ریزان در خصوص نیاز به مطالعه کیفیت زندگی در نواحی شهری وجود دارد. این مطالعات اغلب وظایف کلیدی از قبیل آگاه کردن شهروندان، گروه های اجتماعی و سیاستگذاران از روندهای کیفیت زندگی را بر عهده دارند. نتایج مطالعات کیفیت زندگی می تواند به ارزیابی سیاست ها، رتبه بندی مکان ها، تدوین استراتژیهای مدیریت و برنامه ریزی شهری کمک کرده و درک و اولویت بندی مسائل اجتماع را برای برنامه ریزان و مدیران شهری به منظور ارتقای کیفیت زندگی شهروندان تسهیل سازد. همچنین یافته های کیفیت زندگی می تواند برای باز شناسی استراتژیهای سیاسی قبلی و طراحی سیاست های برنامه ریزی آینده استفاده شوند(Lee, 2008). علاوه بر این، مطالعات کیفیت زندگی می تواند به شناسایی نواحی مسأله دار، علل نارضایتی مردم، اولویت های شهروندان در زندگی، تاثیر فاکتورهای اجتماعی- جمعیتی بر کیفیت زندگی و پایش و ارزیابی کارایی سیاست ها و استراتژیها در زمینه کیفیت زندگی کمک کند. در این راستا سانتوس و مارتینز اشاره می کنند که مشارکت اجتماع محلی در مطالعات کیفیت زندگی می تواند پشتیبانی مهمی برای تعیین سیاست ها و اهداف بلند مدت باشد(Santos and Martins, 2007).

مطالعات کیفیت زندگی در شهرهای ایران به طور قابل توجهی کمیاب هستند. از این رو نیاز به ارزیابی و انتقال مفاهیم کیفیت زندگی که در کشورهای توسعه یافته شکل گرفته اند، به کشور ایران احساس می شود. این مسئله می تواند سهم بسزایی در پیشرفت مطالعات کیفیت زندگی و فواید زیادی برای برنامه ریزان شهری و سیاست گذاران داشته باشد.

در این مطالعه، هسته اصلی بررسی جنبه های ذهنی و عینی کیفیت زندگی در سطح محلات شهر نورآباد است. از این رو، این مطالعه تغییرات محلی کیفیت زندگی را آشکار خواهد ساخت و همچنین اطلاعاتی را فراهم می نماید که می تواند برای بهبود روش شناسی مطالعه کیفیت زندگی در نواحی شهری ایران و برنامه ریزی توسعه به منظور ارتقای کیفیت زندگی شهروندان شهر نورآباد مورد استفاده قرار گیرد.

1-4- اهداف تحقیق:

چکیده

کلستریدیوم لانگالی یک باکتری استوژن به شدت بی هوازی است که می تواند روی اجزای گاز سنتز یعنی CO و H2/CO2 رشد کرده و در دما و فشار محیطی آنها را به اتانول و استات تبدیل کند. در طی این فرایند باکتری مسیر متابولیکی پیچیده ای از خود نشان می دهد که هر دو فاز استوژنیک (تولید اسید) و سالونتوژنیک (تولید حلال) را شامل می شود. در فرایند رشد هتروترفیک این باکتری تاثیر سوبستراهای آلی مختلف (فروکتوز، گلوکز، اتانول و استات) روی آغاز شیفت متابولیکی به سمت فاز تولید الکل بررسی گردید. نتایج فرایند تخمیر ناپیوسته نشان داد که استفاده از فروکتوز به عنوان سوبسترای آلی منجر به تولید نسبت مولی یکسان از اتانول (1/27 میلی مول در لیتر) و استات (3/26 میلی مول در لیتر) شد. در فرایند رشد اتوتروفیک باکتری با گاز سنتز به منظور کم کردن پتانسیل کاهشی محیط کشت و تغییر مسیر جریان الکترونها به سمت فاز تولید الکل، محلولهای کاهنده متفاوت (سدیم سولفید و/ یا سیستئین اسیدی با غلظتهای مختلف) در pH های اولیه مختلف (8/6 یا 9/5) محیط کشت در بیوراکتورهای ناپیوسته استفاده شدند. بیشترین نسبت مولی تولید اتانول به استات (65/0) در محیط کشت حاوی 07/5 میلی مول در لیتر سیستئین اسیدی و در pH اولیه 9/5 حاصل گردید که این مساله احتمالا به حضور الکترونهای بیشتر در این محیط مربوط می شد. برای تعیین پارامترهای بیوکینتیکی مربوط به نرخ رشد، مصرف سوبسترا و تولید محصول فرایند تخمیر گاز سنتز در بیوراکتورهای ناپیوسته با فشارهای مختلف گاز سنتز انجام گرفت. برای توصیف کینتیک نرخ رشد باکتری روی اجزای گاز سنتز (CO و H2) یک مدل رشد کینتیکی بر اساس سوبسترای دوتایی با بهره گرفتن از مدل لانگ برای CO و مونود برای H2 بسط داده شد. این مدل همچنین می توانست اثرات بازدارندگی CO در فشارهای بالا را روی رشد سلولها پیش بینی کند. مدلهای کینتیکی ولترا، اندرو و گمپرتز اصلاح شده نیز برای توصیف رشد سلول، مصرف سوبسترا و تولید محصول استفاده شدند. فرایند پیوسته تخمیر گاز سنتز در بیوراکتور همزده دو لیتری انجام گرفت. تاثیر پارامترهای عملیاتی مختلف همچون نرخ رقیق سازی مایع، شدت جریان گاز سنتز به درون بیوراکتور و دور همزن روی عملکرد محیط کشت بررسی شد. بیشترین نرخ تولید ویژه (0048/0 مول بر گرم سلول بر ساعت)، بازده محصول (178/0 مول محصول به ازای هر مول سوبسترا) و نسبت مولی تولید اتانول به استات 73/0 (با 30 و 41 میلی مول در لیتر اتانول و استات) در نرخ رقیق سازی مایع 018/0 (بر ساعت)، شدت جریان گاز 12 (میلی لیتر بر دقیقه) و دور همزن 500 (rpm) حاصل گردید.

واژگان کلیدی

اتانول، استات، کلستریدیوم لانگالی، تخمیر گاز سنتز

فهرست مطالب

چکیده. ب‌

واژگان کلیدی.. ب‌

فهرست مطالب… ت‌

لیست جدول ها ذ‌

لیست شکل ها ز‌

لیست تصویرها ض‌

لیست علایم و اختصارات.. ط‌

1  فصل اول: مقدمه  1

1-1 مقدمه  1

1-2 سوختهای بیولوژیکی.. 2

1-3 روش های تولید سوختهای بیولوژیکی نسل دوم. 4

1-3-1                                                                                   فرایند تبدیل شیمیائی-حرارتی بیومس… 6

1-3-1-1 تبدیل به گاز کردن بیومس… 6

1-3-1-2 تخمیر گاز سنتز. 9

1-4 مزیتهای بیوکاتالیستها 10

1-5 تولید اتانول به عنوان سوخت بیولوژیکی.. 11

1-6 طرح مساله و ضرورت انجام پروژه 14

1-7 اهداف کلی پروژه 14

1-8 اهداف و چهارچوب پروژه 15

1-9 تقسیم بندی فصول پایان نامه. 17

2  فصل دوم: مروری بر متون علمی   19

2-1 مقدمه. 19

2-2 واکنش بیولوژیکی جابجائی آب-گاز 20

2-3 باکتریهای استوژنیک.. 29

2-3-1 کلستریدیوم لانگالی.. 34

2-4 مسیر متابولیکی استوژنها 36

2-5 عوامل موثر در تخمیر گاز سنتز. 42

2-5-1                                                                                                      تاثیر ترکیب محیط کشت.. 42

2-5-2 تاثیر منبع آلی.. 46

2-5-3 تاثیر pH محیط کشت.. 49

2-5-4 تاثیر عامل کاهنده 51

2-5-5 تاثیر عناصر جزئی.. 54

2-5-6                                                                                          اثرات بازدارندگی در محیط تخمیر. 56

2-5-7 محدودیتهای انتقال جرم. 58

2-5-8 تاثیر فشار سوبسترای گازی.. 64

3  فصل سوم: مواد مورد نیاز و روش کار 68

3-1 مقدمه. 68

3-2 باکتری کلستریدیوم لانگالی.. 69

3-3 محیط کشت باکتری لانگالی.. 70

3-3-1 ترکیبات محیط کشت مایع. 72

3-3-1-1 محلول عناصر جزئی.. 72

3-3-1-2 محلول ویتامین ولف.. 72

3-3-1-3 محلول عوامل کاهنده 73

3-4 روش تهیه محیط کشت مایع. 73

3-4-1 روش تهیه محیط کشت جامد. 75

3-5 نحوه تکثیر باکتری لانگالی.. 75

3-6 آزمایشهای ناپیوسته کشت لانگالی.. 79

3-6-1 رشد باکتری با سوبسترای آلی.. 79

3-6-1-1 تاثیر نوع سوبسترای آلی.. 79

3-6-1-2 تاثیر غلظت سوبسترای آلی.. 80

3-6-2 رشد باکتری با گاز سنتز. 81

3-6-2-1 تاثیر همزمان عوامل کاهنده و pH اولیه محیط کشت.. 81

3-6-2-2 تاثیر فشار اولیه گاز سنتز در بیوراکتورهای ناپیوسته. 83

3-7 آزمایشهای پیوسته تخمیر گاز سنتز. 84

3-7-1                                                                                                            تاثیر نرخ رقیق سازی.. 87

3-7-2 تاثیر شدت جریان گاز سنتز و دور همزن. 88

3-8 آنالیز نتایج   88

3-8-1 اندازه گیری دانسیته سلولی.. 88

3-8-2 آنالیز فروکتوز و گلوکز در محیط کشت.. 90

3-8-3 آنالیز نمونه های مایع برای اتانول و استات.. 93

 

3-8-4 آنالیز نمونه های گاز 94

3-9 مدلهای کینتیکی و روش به دست آوردن آنها 95

3-9-1 کینتیک رشد سلول. 95

3-9-2 محاسبات انتقال جرم. 98

3-9-2-1 انتقال جرم در سیستم ناپیوسته. 98

3-9-2-2 انتقال جرم در سیستم پیوسته. 100

3-9-3 نرخ واکنش… 102

4 فصل چهارم: نتایج آزمایشها و تحلیل داده ها 103

4-1 مقدمه. 103

4-2 تاثیر سوبسترای آلی.. 104

4-2-1 رشد سلول و مصرف سوبسترا 104

4-2-2 مسیر متابولیکی پیشنهاد شده برای لانگالی.. 108

4-2-3 تولید محصول. 111

4-2-4 تاثیر غلظت فروکتوز 115

4-2-4-1 رشد سلول. 115

4-2-4-2 تولید محصول. 118

4-3 تاثیر همزمان عوامل کاهنده و pH.. 122

4-3-1 رشد سلول. 123

4-3-2 مصرف سوبسترای گازی.. 125

4-3-3 تولید اتانول و استات.. 129

4-3-4 بازده محصول. 133

4-4 مطالعات کینتیکی.. 135

4-4-1 کینتیک رشد سلول. 136

4-4-2 کینتیک مصرف سوبسترای گازی.. 145

4-4-3                                                       بررسی کینتیک نرخ مصرف سوبسترای گازی و انتقال جرم. 147

4-4-4 کینتیک مصرف سوبسترا 152

4-5 آزمایشهای پیوسته تخمیر گاز سنتز در بیوراکتور 154

4-5-1 تاثیر نرخ رقیق سازی.. 154

4-5-1-1 دانسیته سلولی و pH محیط کشت.. 155

4-5-1-2 مصرف سوبسترای گازی.. 157

4-5-1-3 تولید محصول. 158

4-5-2 تاثیر شدت جریان گاز و دور همزن. 159

4-5-2-1 مصرف سوبسترای گازی.. 160

4-5-2-2 تولید محصول. 162

4-5-2-3 ضریب انتقال جرم در بیوراکتور 163

4-5-2-4 بازده محصول. 169

5 فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات   172

5-1 نتیجه گیری از آزمایشها 172

5-2 ارائه پیشنهادات برای طرحهای آتی.. 175

پیوست الف… 177

پیوست ب.. 181

6 مراجع. 187

Abstract. 194

لیست جدول ها

جدول ‏2‑1: میکروبهای مختلف برای تخمیر سوبسترای گازی به سوختهای بیولوژیکی.. 21

جدول ‏2‑2 : تولید هیدروژن با بهره گرفتن از باکتریهای هیدروژنوژنیک.. 26

جدول ‏2‑3 : تولید سوختهای بیولوژیکی با بهره گرفتن از باکتریهای استوژنیک.. 30

جدول ‏3‑1: ترکیبات شیمیائی و بیوشیمیائی مورد استفاده در محیط کشت باکتری لانگالی.. 71

جدول ‏3‑2: محیطهای کشت مختلف برای بررسی تاثیر همزمان عوامل کاهنده و pH محیط کشت.. 83

جدول ‏4‑1: بازده مصرف سوبسترا، رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی رشد داده شده با سوبستراهای آلی مختلف    114

جدول ‏4‑2: پارامترهای کینتیکی بر اساس مدل ولترا برای رشد لانگالی با غلظتهای مختلف فروکتوز 117

جدول ‏4‑3: بازده مصرف سوبسترا، رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی رشد داده شده با غلظتهای مختلف فروکتوز  121

جدول ‏4‑4: پارامترهای مربوط به بازده در فرایند تخمیر گاز سنتز توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده و pH اولیه مختلف محیط کشت.. 135

جدول ‏4‑5: پارامترهای کینتیکی به دست آمده بر اساس مدل ولترا برای رشد سلول لانگالی روی گاز سنتز. 137

جدول ‏4‑6: مدلهای کینتیکی مختلف بر اساس سوبسترای تکی برای ارائه مدل رشد با سوبسترای دوتایی.. 141

، پارامترهای کینتیکی و SSD.. 145

جدول ‏4‑8: ضرایب انتقال جرم محاسبه شده در فشارهای مختلف در بیوراکتور ناپیوسته. 149

جدول ‏4‑9: پارامترهای بیوکینتیکی محاسبه شده از مدل گمپرتز اصلاح شده برای تولید محصول. 154

جدول ‏4‑10: روابط تجربی برای پیش بینی ضریب انتقال جرم حجمی به شکل معادله (4-29) 165

و CO محاسبه شده و نرخ واکنش در دورهای مختلف همزن بیوراکتور.. 168

جدول ‏4‑12: پارامترهای مربوط به بازده در فرایند تخمیر پیوسته گاز سنتز توسط باکتری لانگالی در شدت جریانهای گاز مختلف و دور همزن متفاوت.. 171

جدول ب-1: ضرایب انتقال جرم محاسبه شده و تجربی برای CO در دورهای مختلف همزن……………………190

 

لیست شکل ها

شکل ‏1‑1: نمایی کلی از مواد اولیه مناسب برای تولید سوختهای بیولوژیکی نسل دوم. 4

شکل ‏1‑2: شمایی از فرایند تبدیل به گاز کردن بیومس همراه با فرایند تخمیر گاز سنتز برای تولید سوختهای بیولوژیکی   8

شکل ‏1‑3 : تولید جهانی اتانول بیولوژیکی در سالهای 2008-2000. 12

شکل ‏2‑1: میکروگراف TEM باکتری کلستریدیوم لانگالی.. 34

شکل ‏2‑2:  مسیر متابولیکی استیل-کو آنزیم A برای باکتریهای استوژنیک.. 38

شکل ‏3‑1: نمایی شماتیک از سیستم پیوسته در فرایند تخمیر گاز سنتز. 84

شکل ‏3‑2: منحنی کالیبراسیون برای محاسبه دانسیته سلولی باکتری لانگالی.. 90

شکل ‏3‑3: منحنی کالیبراسیون برای فروکتوز 92

شکل ‏3‑4 : منحنی کالیبراسیون برای گلوکز. 92

شکل ‏4‑1: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با فروکتوز 105

شکل ‏4‑2: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با گلوکز. 105

شکل ‏4‑3: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با اتانول. 106

شکل ‏4‑4: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با استات.. 107

شکل ‏4‑5: مسیر متابولیکی پیشنهاد شده برای رشد هتروتروفیک باکتری لانگالی و تولید محصول. 109

شکل ‏4‑6: استفاده از مدل ولترا برای توصیف رشد سلول در غلظتهای مختلف فروکتوز 116

شکل ‏4‑7: تولید استات در محیط کشت توسط باکتری لانگالی در غلظتهای مختلف فروکتوز 119

شکل ‏4‑8: تولید اتانول در محیط کشت توسط باکتری لانگالی در غلظتهای مختلف فروکتوز 120

شکل ‏4‑9: نسبت تولید اتانول به استات در باکتری لانگالی با بهره گرفتن از غلظتهای مختلف فروکتوز 122

شکل ‏4‑10: منحنی رشد سلول باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه (الف) 8/6 و (ب) 9/5. 124

و (ب) CO توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه 8/6   126

و (ب) CO توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه 9/5   127

شکل ‏4‑13: تولید اتانول توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه (الف) 8/6 و (ب) 9/5. 130

شکل ‏4‑14: تولید استات توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه (الف) 8/6 و (ب) 9/5. 131

و CO.. 134

شکل ‏4‑16: استفاده از مدل ولترا برای توصیف پروفایل رشد سلولی در فشارهای مختلف گاز 136

و CO مصرف شده در فشار اولیه 0/1 اتمسفر. 139

شکل ‏4‑18: تعیین نرخ رشد ویژه لانگالی روی گاز سنتز در فشار 0/1 اتمسفر. 143

شکل ‏4‑19: نرخ رشد ویژه پیش بینی شده از معادله (4-20) که با یافته های آزمایشگاهی تطابق داده شد. 144

شکل ‏4‑20: تغییرات فشار جزئی CO اندازه گیری شده در فاز گاز (شکل داخلی) و فشار محاسبه شده CO در فاز مایع در فشارهای مختلف در بیوراکتور ناپیوسته. 147

شکل ‏4‑21: تغییرات فشار CO در فاز گاز و مایع در طول فرایند تخمیر در فشار 0/1 اتمسفر بیوراکتور 150

شکل ‏4‑22: مدل خطی و درجه دوم اندرو برای مصرف CO توسط باکتری لانگالی در فشارهای مختلف.. 151

شکل ‏4‑23: مدل گمپرتز اصلاح شده برای تولید الف) اتانول و ب) استات در فشارهای مختلف گاز سنتز توسط لانگالی   153

شکل ‏4‑24: رشد سلولی و تغییرات pH در محیط کشت پیوسته لانگالی با نرخهای رقیق سازی مختلف با شدت جریان گاز 0/8 میلی لیتر در دقیقه و دور همزن 500 (rpm) 156

و CO در محیط کشت پیوسته لانگالی با نرخهای رقیق سازی مختلف در شدت جریان گاز 0/8 میلی لیتر در دقیقه و دور همزن 500 (rpm) 157

شکل ‏4‑26: تولید اتانول و استات در محیط کشت پیوسته لانگالی با نرخهای رقیق سازی مختلف در شدت جریان گاز 0/8 میلی لیتر در دقیقه و دور همزن 500 (rpm) 159

و CO در محیط کشت پیوسته لانگالی با شدت جریانهای مختلف گاز سنتز و دورهای متفاوت همزن با نرخ رقیق سازی 018/0 بر ساعت.. 161

شکل ‏4‑28: تاثیر شدت جریان گاز روی میزان تبدیل CO در دورهای مختلف همزن. 161

شکل ‏4‑29: تاثیر دور همزن روی میزان تبدیل CO در شدت جریانهای مختلف گاز سنتز. 162

شکل ‏4‑30: تولید اتانول و استات در محیط کشت پیوسته لانگالی با شدت جریانهای مختلف گاز سنتز و دورهای متفاوت همزن با نرخ رقیق سازی 018/0 بر ساعت.. 163

شکل ‏4‑31: ضرایب انتقال جرم در بیوراکتور در شرایط پایدار برای CO.. 167

167

و CO در فرایند تخمیر پیوسته گاز سنتز توسط لانگالی برای شدت جریانهای گاز 170

شکل الف-1: مونوگرام GC مربوط به گاز استاندارد حاوی 30% CO، 30% H2، 30% CO2 و 10% Ar…………182

شکل الف-2: مونوگرام GC مربوط به گاز سنتز مصرف شده در سرم باتل………………………………………………182

شکل الف-3: مونوگرام GC مربوط به گاز سنتز خروجی از بیوراکتور…………………………………………………….183

شکل الف-4: مونوگرام GC محلول استاندارد مایع حاوی 0/1 گرم بر لیتر اتانول، استون و استات همراه با

2-پنتانون به عنوان استاندارد……………………………………………………………………………………………………….183

شکل الف-5: مونوگرام GC مربوط به محصولات آزمایش ناپیوسته در سرم باتل همراه با 2-پنتانون به عنوان استاندارد……………………………………………………………………………………………………………………….184

شکل الف-6: مونوگرام GC مربوط به محصولات آزمایش پیوسته در بیوراکتور همراه با 2-پنتانون به عنوان استاندارد……………………………………………………………………………………………………………………….184

شکل ب-1: ترسیم رابطه خطی (ب-4) برای یافته های آزمایشگاهی در شدت جریانهای مختلف گاز…………..189

 

لیست تصویرها

تصویر ‏3‑1: آمپول حاوی باکتری کلستریدیوم لانگالی ATCC 55383. 69

تصویر ‏3‑2: نحوه وارد کردن گاز به داخل سرم باتل. 74

تصویر ‏3‑3: محفظه بی هوازی همراه با کپسول نیتروژن برای ایجاد شرایط بی هوازی.. 76

تصویر ‏3‑4: باکتری لانگالی رشد داده شده روی پلیت آگار 78

تصویر ‏3‑5: باکتری رشد کرده در محیط کشت مایع (سرم باتل سمت راست) و محیط کشت تازه بدون باکتری (سرم باتل سمت چپ) 78

تصویر ‏3‑6: محیط کشت استریل همراه با تدلار بگ و جریان ورودی به بیوراکتور 86

تصویر ‏3‑7: نمایی از سیسستم پیوسته در فرایند تخمیر گاز سنتز توسط باکتری لانگالی.. 87

لیست علایم و اختصارات

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

استات	Ac
ثابت مربوط به پارامترهای هندسی راکتور و همزن مورد استفاده	C
غلظت CO در جریان ورودی به بیوراکتور (میلی مول بر لیتر)	CCO,in
غلظت CO در جریان خروجی از بیوراکتور (میلی مول بر لیتر)	CCO,out
قطر بیوراکتور (متر)	Dt
قطر پروانه همزن (متر)	Di
اتانول	EtOH
فاکتور تصحیح	fc
ثابت هنری (اتمسفر لیتر بر میلی مول)	H
محصول (اتانول یا استات)	i
ثابت کاهش یا افزایش رشد سلول (بر ساعت)	k
ضریب انتقال جرم در فاز گاز (بر ساعت)	kgas
ثابت بازدارندگی CO (اتمسفر)	KI, CO
ضریب انتقال جرم حجمی (بر ساعت)	KLa
ضریب انتقال جرم در فاز مایع (بر ساعت)	kliq
ثابت سرعت واکنش درجه اول (بر ساعت)	kp
ثابت مونود برای CO (اتمسفر)	Ks,CO
ثابت مونود برای H2 (اتمسفر)	Ks,H2
ثابت موزر برای سوبسترای i (گرم بر لیتر)	m
ثابت مدل لانگ	n
سرعت همزن (دور در دقیقه)	Ni
مولهای CO در فاز گاز (میلی مول)
توان همزن (وات)	P
فشار CO محلول در فاز مایع در هر لحظه (اتمسفر)
فشار CO محلول اولیه (اتمسفر)
فشار CO در فاز گاز (اتمسفر)
توان همزن در حالتی که گاز جریان دارد (وات)	Pg
توان ورودی به ازای واحد حجم مایع (وات بر مترمکعب)	Pg/V
میزان محصول تولیدی (میلی مول بر لیتر)	Pi
حداکثر میزان محصول تولید شده (میلی مول بر لیتر)	Pmax,i
عدد توان	Pno
نرخ تولید ویژه (میلی مول برگرم بر ساعت)	q
نرخ مصرف CO ویژه (میلی مول بر گرم سلول بر ساعت)	qCO
حداکثر نرخ مصرف ویژه (میلی مول بر گرم سلول بر ساعت)	qmax
حداکثر نرخ تولید محصول (میلی مول بر لیتر بر ساعت)	Rmax,i
دور در دقیقه	rpm
زمان ماند گاز در بیوراکتور (ساعت)	RT
نرخ رشد ویژه  (گرم سلول به گرم سوبسترا به ساعت)	SGR
فشار سوبسترای  i(اتمسفر)	Si
حداکثر فشار بازدارندگی CO برای ممانعت از رشد (اتمسفر)	Sm,CO
نرخ تولید ویژه (مول بر گرم بر ساعت)	SPR
مجموع تفاضل مربعات	SSD
نرخ مصرف ویژه (مول بر گرم بر ساعت)	SUR
مدت زمان فرایند تخمیر (ساعت)	t
سرعت ظاهری گاز (متر بر ثانیه)	Us
حجم محیط کشت مایع (لیتر)	Vl
غلظت سلول در هر لحظه (گرم بر لیتر)	x
غلظت اولیه سلولی (گرم بر لیتر)	x0
جمعیت سلولی در حال رشد (گرم بر لیتر)	x1
جمعیت سلولی در حال کاهش (گرم بر لیتر)	x2
میزان تبدیل CO	XCO
حداکثر غلظت سلولی (گرم بر لیتر)	xm
بازده محصول تجربی (مول بر مول)	YP/S, exp
بازده محصول تئوری (مول بر مول)	YP/S, th
بازده تولید محصول از بیومس (میلی مول بر گرم)	YP/X
بازده بیومس از سوبسترا (گرم بر مول)	YX/S
	حروف لاتین
ثابت مربوط به پارامترهای هندسی راکتور و همزن مورد استفاده	α
ثابت مربوط به پارامترهای هندسی راکتور و همزن مورد استفاده	β
معکوس غلظت نهایی سلول (لیتر بر گرم)	γ
تخلخل مایع	eL
راندمان تبدیل سوبسترا به محصول (%)	η
ویسکوزیته محیط کشت (میلی پاسکال ثانیه)	ηs
مدت زمان تاخیر تا فاز نمایی تولید محصول (ساعت)	λi
نرخ رشد ویژه ( بر ساعت)	µ
نرخ رشد ویژه تجربی (بر ساعت)	µexp
حداکثر نرخ رشد ویژه (بر ساعت)	µm
نرخ رشد ویژه پیش بینی شده از مدل (بر ساعت)	µmodel
شدت جریان گاز (میلی لیتر بر دقیقه)	gν
فشار گاز کل (اتمسفر)	π
دانسیته محیط کشت (کیلوگرم بر متر مکعب)	ρ

1-1  مقدمه

از آغاز قرن بیستم، تولید سوخت و ترکیبات شیمیائی از گاز سنتز به عنوان روشی برای تولید سوختهای تجدید پذیر مورد توجه جوامع علمی و صنعتی قرار گرفت. هر چند، بیشتر پیشرفتها و اکتشافاتی که در این زمینه انجام گرفته است به

فهرست مطالب
چکیده : 1
مقدمه: 1
فصل اول:کلیات تحقیق
1-1 :   معرفی کورکامین. 4
1-2 : ترکیبات شیمیائی زردچوبه 5
1-3 :  خواص داروئی زردچوبه 6
1-4 : نانو کریستالهای دارویی. 7
1-5 : میکروکانالها 7
1-6 : سایز  ذرات : 12
1-6- 1: توصیف روش های اندازه گیری و آنالیز توزیع سایز ذرات در یک محلول سوسپانسیون یا امولسیون : 12
1-6-2 : اندازه گیری توزیع سایز ذرات.. 13
1-6-3 : طرح ریزی توزیع سایز ذرات.. 14
1-6-4 : اندازه گیرنده سایز نانو ذرات.. 16
1-7 : پتانسیل زتا 17
1-8 : تست XRD.. 18
1-9 : میکروسکوپ الکترونی روبشی. 19
1-9-1 : میکروسکوپ الکترونی روبشی و تاریخچه آن. 19
1-9-2 : تاریخچه 19
1-9-3 : آشنایی با میکروسکوپ الکترونی روبشی. 20
1-9-4 : استفاده های عمومی. 20
1-9-5 : نمونه هایی از کاربرد 21
1-9-6 : نمونه  اندازه ها 22
1-9-7 : آماده سازی. 22
1-9-8 : آنالیز شیمیایی در میکروسکوپ الکترونی. 23
1-9-9 : محدودیت ها 23
1-10 : خشک کن انجمادی. 24
1-11 : اسپکتروفتومتر چیست؟ 25
1-12 :  تست FTIR.. 26
1-13 : فرایند امواج ماوراء صوت.. 27
1-14 : تست اندازه گیری  مساحت سطح. 27
1-15 : فرایند رسوب حلال / ضد حلال. 28
1-16 : ضرورت استفاده از روش رسوب حلال / ضد حلال و مزایای آن. 28
فصل دوم : مروری بر ادبیات تحقیق و پیشینه تحقیق
2-1 : مروری بر تحقیقات پیشین در زمینه ی تولید دارو. 33
2-2:  گیاهان دارویی تولید شده با بهره گرفتن از نانو تکنولوژی. 37
2-2-1: پراکسید هیدروژن. 37
2-2-2: گیاه دارویی کتیرا در نانو فناوری. 38
3-1 : محلول سازی. 43
3-2 :  سورفاکتنت.. 43
3-3 : تهیه محلول کورکامین. 47
3-4 : تهیه محلول سورفاکتنت.. 49
3-5  :  مراحل انجام آزمایش… 49
فصل چهارم : نتایج و بحث
4-1: نتایج اندازه گیری سایز ذرات.. 58
4-2 : نتایج اندازه گیری پتانسیل زتا 60
4-3 : نتایج تست XRD.. 62
4-4 : نتایج تستSEM.. 64
4-5 : نتایج تست FTIR.. 65
4-6 :  نتایج تست اندازه گیری  مساحت سطح. 69
فصل پنجم : جمع بندی و پیشنهادات
5-1 : جمع بندی. 72
2-5 : پیشنهادات.. 73
فهرست جداول
عنوان                                                                                                                  صفحه
 
جدول 3-1: لیست مواد و شرکت ها
جدول4-1: توزیع سایز ذرات کورکامین رسوب شده با روش رسوب حلال/ ضد حلال در غلظت های مختلف سورفاکتنت
جدول4-2: مطالعه­ خصوصیات کورکامین خالص و توزیع سایز نانو ذرات آن توسط دستگاه  FT-IR
 
فهرست شکل ها
عنوان                                                                                                           صفحه

 

 
شکل 1-1:  گیاه زردچوبه
شکل 1-2: طراحی های مختلف میکروکانال
شکل 1-3:اثر هندسه و شکل میکروکانال و همچنین زمان ماند در آن بر روی اندازه ی نانو ذرات کورکامین
شکل 1-4: نمودار افت فشار در میکروکانال بر حسب زاویه ی همریزگاه
شکل 1-5: نمودار اتلاف توربولنت بر اساس زاویه همریزگاه
شکل 3-1: محلولهای سورفاکتنت آماده شده در آزمایشگاه
شکل 3-2: محلول کورکامین خالص تهیه شده در آزمایشگاه:
شکل 3-3 : میکروکانال ᴧ شکل
شکل 3-4: نمونه نمودار توزیع سایز ذرات
شکل 3-5: نمونه ی نمودار توزیع سایز ذرات
شکل3-6: نمودار لگاریتمی توزیع سایز ذرات
شکل3-7: نمونه دستگاه SEM در آزمایشگاه
شکل 3-8: دستگاه فریز درایر در آزمایشگاه
شکل 3-9: دستگاه فریز درایر در آزمایشگاه
شکل 3-10: دستگاه فریز درایر در آزمایشگاه
شکل 3-11: شماتیک کلی دستگاه
شکل 3-12: اجزای مختلف اسپکتروفتومتر
شکل 3-13: جزئیات دستگاه اسپکتروفتومتر
شکل 3-14: شماتیک دستگاه اسپکتروفتومتر(UV) در آزمایشگاه
شکل 3-15: دستگاه FTIR
شکل 3-16: دستگاه پرس قرص
شکل 3-17: دستگاه سونیکاتور
شکل4-1: نمودار غلظت سورفاکتنت بر اساس سایز نانو ذرات
شکل4-2: نمودار سورفاکتنت ها بر اساس پتانسیل زتا
شکل 4-3: XRD کورکامین
شکل 4-4:  XRDمربوط به PVP با غلظت 0.3%
شکل 4-5:  XRDمربوط به SDS با غلظت 0.3%
شکل4-6:  XRD مربوط به T-Tab با غلظت  0.3%
شکل 4-7: XRD مربوط به HPMC با غلظت 0.3%
شکل 4-8:SEM   نمونه های کورکامین با سورفاکتنت ها ی مختلف
شکل 4-9: منحنی FTIR کورکامین
شکل 4-10: منحنی  FTIRمربوط به سلولز با غلظت  0.3 گرم بر میلی لیتر
شکل 4-11: منحنی FTIR مربوط به SDS با غلظت 0.3 گرم بر میلی لیتر
شکل 4-12:  BET   کورکامین
شکل 4-13:  BET  پلی وینیل پیرو لیدون PVP
 

 مقدمه:

امروزه سهم وسیعی از داروها را داروهایی تشکیل می­ دهند که حلالیتشان در آب کم است که خود یک معضل بزرگ به شمار می­آیند تلاشهای زیادی صورت گرفته تا با ایجاد یک فرمولاسیون جدید بر معضل حلالیت داروهای انتخابی فائق آیند . [1]در میان استراتژی­ های مختلف که حلالیت را افزایش می­دهند, کاهش ابعاد ذرات به عنوان یک عامل مؤثر به شمار می­رود. در حقیقت با کاهش اندازه­ ذرات , مساحت سطحشان افزایش می­یابد که باعث افزایش حلالیت داروها در محلول­های آبی میشوند. روش های آماده سازی نانوسوسپانسیون داروها به دو دسته کلی تقسیم می­شوند:­­ بالابه پایین[2] و ­پایین ­به­ بالا[3]. در­روش رسوب حلال/ضدحلال[4] که در دسته دوم قرار می­گیرد، با اضافه نمودن یک ضد حلال، باافزایش حجم مولی محلول و به دنبال آن کاهش قدرت حلال در مقابل حل شونده، جزء جامد رسوب می­ کند. از سوی دیگر، سعی بر آن است تا از کورکامین[5] به عنوان یک ماده غیر قابل حل در آب، استفاده نمود و میزان حلالیت و جذب آن را تحت شرایط آزمایش بررسی نمود و نتایج آن را برای سایر داروها بکارگرفت. این ترکیب، یک ترکیب پلی فنولی طبیعی است که از خواص دارویی مهمی برخوردار است و در درمان بسیاری از بیماریها همچون سرطان و التهاب بکار می­رود[2].
 

فصل اول:کلیات تحقیق

 

1-1 :   معرفی کورکامین

زردچوبه سرشار از نیاسین، کلسیم، آهن، روی، مس، پتاسیم و منیزیم است و دارای ماده­ای به نام کورکومین است که عامل  رنگ زردچوبه و آنتی اکسیدانی قوی است که باعث سم زدایی در بدن می شود. کورکومین موجود در زردچوبه ضد سموم کبد، ضد التهاب و ورم، ضد دردهای رماتیسمی و التهابی است. زردچوبه باعث افزایش ترشح انسولین و کاهش قند خون می شود و ادویه ای مناسب برای دیابتی هاست که به دلیل داشتن آنتی اکسیدان های قوی عامل مهمی در پیشگیری از انواع سرطان ها می تواند باشد زردچوبه در هندوستان و چین و نقاط حاره زمین می‌روید‌. از کنار برگ‌های غلاف در قاعده ساقه‌، شاخه‌های کوچک و استوانه‌ای شکل ضخیمی خارج می‌شود که به‌صورت مورب در زمین فرو‌رفته و هر یک ایجاد ریشه می‌کنند و مرتباً پایه‌های جدیدی به‌وجود می‌آروند. شکل 1-1 نمونه ای از گیاهاه زردچوبه می­باشد.
 
شکل 1-1 : گیاه زردچوبه
قسمت مورد استفاده این گیاه ساقه زیرزمینی آن است که پس از خارج کردن از زمین, تمیز کرده و ریشه‌های آ نرا جدا می‌کنند و در آب جوش قرار می‌دهند. پس از تمیز کردن به مدت چند روز آن را خشک می‌کنند. زردچوبه رنگ زرد یا خاکستری مایل به قهوه‌ای دارد و بوی آن معطر و طعم آن تلخ است .زردچوبه گیاهی است از خانواده زنجبیل به ارتفاع حدود یک متر و نیم که دارای ساقه متورمی است. گلهای زردچوبه به صورت سنبله و به رنگ سبز مایل به زرد می‌باشد.
در این تحقیق از کورکامین به عنوان یک داروی غیر قابل حل در آب استفاده شده است. کورکامین یک ترکیب پلی فنیل طبیعی با بسیاری خواص دارویی مهم می­باشد و می ­تواند در درمان بیماریهای ویروسی مانند سرطان- آماس و نئورودجنریتیو استفاده شود . [3]به هر حال پیشرفت پزشکی آن به خاطر قابلیت ضعیف آن در حل شدن در آب (در مطالعات اخیر حلالیت آن در آب 0.000199 میلی گرم بر میلی لیتر گزارش شده است)محدود شده است .[4]
 

1-2 : ترکیبات شیمیائی زردچوبه

زردچوبه دارای اسانسی مرکب از اسیدهای والرینیک، کاپرلیک و فلاندون می‌باشد و همچنین دارای سابی نین، سینئول، بورنئول و الکل تورمرول و ماده کورکومین می‌باشد که رنگ زرد زردچوبه به‌علت همین ماده کورکومین می‌باشد. کورکامین1,7-بیس(4-هیدروکسی-3-متوکسی فنیل)-1,6-هپتادین-3,5-دایون , یک ترکیب اساسی بیوفعال زرد جدا شده از زردچوبه است, یک ماده­ی گرفته شده از ساقه­ی زیر زمینی کورکوما لونگا می­باشد.[5] زردچوبه در علم طب قدیم هند بسیار کاربرد داشته است و برای بسیاری از بیماری ها مانند دیابت و سرطان و بیماری های مسری و رماتیسم کاربرد داشته است [6]. تأثیر دارویی کورکامین مربوط به فعالیت آن در رنج وسیعی از نشانهای ملکولی است. یکی از مهمترین جنبه های کورکامین مؤثر بودن آن علیه انواع مختلف سرطان است. طبق تحقیقات, کورکامین حتی در دوز بالای آن ماده ای غیر سمی است. داروهای ضد سرطان شناخته شده برای مثال متیل­پردنیزولون ,دکسامتازون, سیکلوفسفامید, تاموکسیفن شامل لئوکوپنیا و سایر مواد سمی می­باشند. کورکامین , ترکیب فعال زردچوبه به طور وسیعی به عنوان آنتی اکسیدان و ضد آماس بکار می­رود. می­توان  از آن در تهیه ی ضد آفتاب استفاد کرد و همچنین یک آنتی اکسیدان قوی است. متأسفانه قدرت انتخاب پذیری کورکامین ضعیف است. کم بودن قدرت انتخاب پذیری , مربوط است به نشان های ملکولی زیادی که کورکامین برای واکنش با آنها شناخته شده است. اینها شامل نشانهایی هستند که به طور نزدیکی مربوط اند به تکثیر سلولهای سرطانی ­. [7 ]فرمول ملکولی کورکامین C21H20O6 می­باشد با جرم 368.39 گرم در  مول, تهیه شده از شرکت مِرک.
 

1-3 :  خواص داروئی زردچوبه

زردچوبه از نظر طب قدیم ایرانی گرم و خشک است و برای استفاده درمانی می‌توان آن را مانند چائی دم نمود و استفاده کرد البته جدیداً در بازار کانادا و آمریکا کپسول آن هم به بازار آمده است . زردچوبه دارای خواص درمانی زیر است:
۱( گرفتگی و انسداد صدا را باز می‌کند و برای تمیز کردن کبد به‌کار می‌رود.
۲( مخلوط یک قاشق غذاخوری زردچوبه و یک قاشق انیسون و سرکه برای درمان یرقان مفید است.
۳(  برای رفع دندان درد آن را در دهان انداخته و بجوید.
۴) زردچوبه بهترین داروی ضد تورم است و در اروپا و آمریکا از آن بدین منظور استفاده می‌کنند که می‌توان از سه فنجان دم‌کرده زردچوبه در روز و یا مقدار ۲ کپسول سه بار در روز استفاده کرد.
۵) برای خشک کردن زخم‌ها و رفع درد آنها می‌توان گرد خشک زردچوبه را روی آنها ریخت.
۶)  زردچوبه بادشکن، تصفیه‌کننده خون، تب‌بر، محرک و انرژی‌زا می‌باشد.
۷) زردچوبه برای رساندن دمل نیز مفید است.

چکیده

اکسید روی و نانو ساختارهای آن به دلیل خواص منحصر به فرد اپتیکی، گاف انرژی مناسب و در نتیجه کاربردهای متنوع از چند دهه گذشته موضوع تحقیق پژوهشگران بسیاری بوده‌ است. ناگفته نماند نانو‌‌ساختارهای اکسید روی کیفیت و کارایی بسیار بالایی نسبت به اکسید روی معمولی دارند. در این پژوهش از روش‌های الکتروانباشت و هیدروترمال استفاده و نانو ساختارهای ترکیبی اکسید روی را در دماهای مختلف تولید شده است. خواص ساختاری و مورفولوژی ساختارهای تولید شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف پراش اشعه ایکس مشخصه یابی شده‌اند. نتایج حاصل نشان دادند که نانو ساختارهای تولید شده بدون هیچ‌گونه ناخالصی و با مورفولوژی‌های بسیار متنوع تولید شده‌اند که نشان‌دهنده‌ی زیاد شدن نسبت سطح به حجم می‌باشد. نکته قابل توجه در اینجا تولید نانوساختارهای ترکیبی اکسیدروی می‌باشد و نشان داده شده است که ساختار تولید شده بر روی سطح صاف به شدت متفاوت از نانوساختارهای تولید شده بر روی یک ساختار دیگر است. این نکته قابل توجه قرار گرفته و خصوصیات اپتیکی این نانوساختارها مورد بررسی قرار گرفته و سپس  به بررسی ساخت سلول خورشیدی پرداخته و استفاده از فناوری‌ نانو در ساخت سلول خورشیدی را مورد مطالعه قرار می‌دهیم.

 

 

کلید واژه: نانوساختار، اکسیدروی، الکتروانباشت، روش هیدروترمال، سلول خورشیدی

 

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

فصل اول : مقدمه

1- 1-  مقدمه ای بر نانو فناوری.. 2

1-2-   فناوری نانو و همگرایی علمی.. 3

1-2-1-  نانو فناوری مرطوب… 3

1-2-2- نانو فناوری خشك…. 3

1-2-3- نانو فناوری تخمینی (محاسبه‌ای) 4

1- 3-  لزوم توجه به مقیاس نانوساختار 4

1- 4-  نانوساختارهای اکسیدروی.. 5

1- 5-  معرفی فصل‌های آینده 7

 

فصل دوم: طبقه بندی و روش‌های سنتر نانو مواد

 

2-1-  مقدمه. 9

2-2-  طبقه‌بندی نانو مواد از نظر ابعاد. 9

2-2-1- نانو مواد صفر بعدی.. 10

2-2-2- نانو مواد یک بعدی.. 10

2-2-3- نانو مواد دو بعدی.. 11

2-2-4- نانو مواد سه بعدی.. 11

2-3- روش‌های سنتر عناصر پایه. 12

2-3-1- روش بالا به پایین.. 13

2-3-1-1- تغییر شکل‌دهی پلاستیکی شدید  (SPD) 13

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

2-3-1-2- آسیاب‌های پرانرژی.. 14

2-3-1-3- لیتوگرافی.. 15

2-3-1-4- سونش…. 16

2-3-2- روش پایین به بالا. 16

2-3-2-1- روش‌های فیزیكی تبخیری.. 19

2-3-2-1-1-  روش تبخیر گرمایی.. 20

2-3-2-1- 2- روش تبخیر توسط باریکه‌ی الکترونی.. 21

2-3-2-1- 3- روش برآرایی توسط باریکه مولکولی (MBE) 23

2-3-2-1- 4 – روش لیزری پالسی (PLD) 24

2-3-2-1-5 – روش تبخیر به کمک شعاع یونی (IBAD) 25

2-3-2-2 – روش کندوپاش…. 26

2-3-2-2 – 1- روش کندوپاش با جریان مستقیم (DC) 27

2-3-2-2 -2- روش کندوپاش با امواج رادیویی (RF) 28

2-3-2-2 -3- روش کندوپاش با شتابدهنده مغناطیسی.. 29

2-3-2-3- روش چرخشی ( اسپینی ) 30

2-3-2-4-  سل –  ژل.. 30

2-3-2-5- هیدروترمال.. 32

2-3-2-6- آندایزکردن.. 32

2-3-2-7- روش صفحه گذاری.. 33

2-3-2-7- 1- روش صفحه گذاری با الکتریسیته ( الکترولیز ) 33

2-3-2-7- 2- صفحه گذاری بدون الکتریسیته. 34

2-3-2-8-  روش‌های شیمیایی تبخیری.. 35

 

 

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

 

فصل سوم: خواص و ویژگی­های نیمه‌رساناها

 

3-1 –  مقدمه. 38

3-2 –  خواص اساسی نیمه‌رساناها 39

3-2-1- ساختار نواری.. 39

3-2-2- گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمه‌رساناها 40

3-2-3- انتقال حامل در نیمه‌رسانا 41

3-3 –  اکسید روی.. 44

 

3-3-1- ساختار بلوری اکسید روی.. 46

3-3-2- خواص مهم اکسید روی.. 50

3-4-  روش‌های ساخت نانوساختارهای اکسید روی.. 51

3-4-1- ساخت نانوسیم‌‌های اکسید روی.. 52

3-4-1- 1-  رشد فاز بخار 52

3-4-1- 2-  رشد فاز مایع.. 53

الف – روش هیدروترمال.. 53

الف – 1- تأثیر روش ‌بذر گذاری بر روش هیدروترمال.. 55

الف – 2-  تأثیر مدت زمان رشد بر روش هیدروترمال.. 57

الف – 3- تأثیر PH  محلول اولیه بر روش هیدروترمال.. 58

الف – 4- تأثیر جنس زیرلایه بر روش هیدروترمال.. 59

الف – 5- تأثیر دمای رشد بر روش هیدروترمال.. 59

الف – 6- تأثیر مواد افزودنی بر روش هیدروترمال.. 60

الف – 7- تأثیر HTMA  در شکل‌گیری نانوسیم‌ها در روش هیدروترمال.. 60

الف -8- تأثیر عوامل دیگر بر روش هیدروترمال.. 61

ب –  سایر روش‌های سنتز فاز محلول.. 61

3-4-2- ساخت نانوحفره‌‌‌های اکسید‌روی.. 62

عنوان                                                                                                   صفحه

 

 

3-4-2- 1-  ساخت به روش سلول الکتروشیمیایی 52

 

فصل چهارم: کاربردهای اکسیدروی

 

4-1 –  مقدمه. 69

4-2 –  حسگرها 70

4-2-1-حسگرگازی.. 70

4-2-2- زیست‌حسگرها 71

4-3 – خاصیت فوتو‌كاتالیستی.. 71

4-4 –  سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای.. 72

4-4-1- اجزای تشکیل دهنده‌ی سلول خورشیدی حساس شده به رنگدانه. 73

4-4-1-1-  زیرلایه. 73

4-4-1-2-  فوتو آند. 74

4-4-1-3-  الکترولیت… 74

4-4-1-4- الکترود شمارشگر (کاتد) 75

4-4-1-5-  جاذب نور 75

4-4-2- اصول عملکرد سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 76

 

 

 

فصل پنجم: تولید نانو ساختارهای ترکیبی اکسید روی

 

5-1 –  مقدمه. 78

5-2- تمیزکاری.. 77

5-3- تولید نانو ساختارهای ترکیبی اکسید روی.. 79

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

5-3-1- رشد نانوسیم اکسیدروی بر روی نانوحفره اکسیدروی.. 80

5-3-1-1- تولید نانوحفره 80

5-3-1-2- تولید نانوسیم.. 81

5-3-1-2- 1- تولید پوشش دانه‌ای.. 82

5-3-1-2- 2- رشد آرایه‌های نانو‌سیمی به روش هیدروترمال.. 82

5-3-1-3- بررسی اثر ولتاژ بر روی شکل‌گیری نانوساختارها 85

5-3-2- رشد نانوحفره‌ها بر روی لایه نازک از نانوسیم اکسیدروی.. 87

5-4- ساختار بلوری.. …………89

5-5- بررسی خواص نوری.. 90

5-6 –  ساخت سلول خورشیدی حساس شده به رنگدانه. 93

5-6-1- آماده‌ سازی الکترود کار در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 39

5-6-2- آماده‌ سازی الکترود مقابل در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 93

5-6-3- آماده‌ سازی الکترولیت در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 93

5-6-4- بستن سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 94

5-6-5- مشخصه‌یابی سلول‌ خورشیدی رنگدانه‌ای.. 94

 

 

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………………………..96

 

مراجع………………………………………………………………………………………………………………………………………..100

 

 

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

 

فهرست جدول­ها

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

جدول (3-1) خواص مهم اکسید روی .. 50

جدول (3-2) قطر و طول نانومیله‌های اکسیدروی متناسب با ضخامت لایه بذرگذاری شده. 56

جدول (3-3) میانگین قطر نانوسیم‌ها در زمان‌های مختلف .. 58

عنوان                                                                                                                          صفحه   

 

شکل (2-1) مقایسه روش بالا به پایین و روش پایین به بالاتولید نانو ذرات……………………………………..12

شکل (2-2)  نمودار درختی روشها­ی فیزیکی لایه­نشانی …………………………………………………………………..18

شکل (2-3) نمودار درختی روشها­ی شیمیایی لایه­نشانی…………………………………………………………………..19

شکل (2-4) طرحواره‌ای از روش لایه‌نشانی تبخیری ………………………………………………………………………..21

شکل (2-5) طرحواره‌ای از دستگاه لایه نشانی تبخیری به کمک باریکه الکترونی……………………………22

شکل (2-6)  طرحواره‌ای از لایه­گذاری منظم پرتوی مولکولی……………………………………………………………23

شکل (2-7) طرحواره‌ای از از دستگاه لایه نشانی لیزری پالسی ………………………………………………………..24

شکل (2-8) طرحواره‌ای از از لایه‌نشانی به روش کند­و­پاش ………………………………………………………………26

شکل (2-9) طرحواره‌ای از دستگاه لایه‌نشانی کندوپاش       RF………………………………………………… 28

شکل (2-10)  طرحواره‌ای از روش لایه‌نشانی سل – ژل …………………………………………………………………36

شکل (3-1) نحوه قرارگیری ترازها، نوارها و گاف انرژی…………………………………………………………………….40

شکل (3-2) ساختار بلوری اکسید روی……………………………………………………………………………………………….46

شکل (3-3) ساختار ورتسایت اکسید روی …………………………………………………………………………………………48

شکل (3-4) ساختارهای مختلف اکسید روی ……………………………………………………………………………………51

شکل (3-5) طرح واره ای از بذر گذاری استات روی بر روی بستر شیشه با لایه نشانی                                       چرخشی …………………………………………………………………………………………………………………………57

شکل (3-6) تصویری از یک سلول الکتروشیمیایی را برای رسوب دادن یک فلز، روی یک

الکترود جامد ……………………………………………………………………………………………………………………62

عنوان                                                                                                                          صفحه   

 

شکل (3-7) طرحواره‌ای از یک دستگاه پتانسیواستات با سل الکتروشیمیایی که با دو امپدانس       جایگزین شده است ……………………………………………………………………………………………………….67

شکل (3-8) سلول الکتروشیمیایی سه الکترودی با منبع تغذیه………………………………………………………..67

شکل (4-1) طرحواره و نحوه عملکرد سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای…………………………………………….76

شکل (5-1) شستشوی زیرلایه با بهره گرفتن از التراسونیک …………………………………………………………………..79

شکل (5-2) تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی …………………………………………………….81

شکل (5-3) طرحواره‌ی راکتور طراحی شده جهت روش هیدروترمال………………………………………………83

شکل (5-4) سامانه استفاده شده برای رشد آرایه‌های نانوسیمی، به روش هیدروترمال……………………83

شکل (5-5) تصویر SEM از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی هیدروترمال………………83

شکل (5-6) تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی هیدروترمال بر روی       زیرلایه صاف  و خام FTO……………………………………………………………………………………………84

شکل (5-7) نانوپروس‌های تولید شده توسط الکتروانباشت  الف) در ولتاژ 0.5 ولت، ب) در   ولتاژ 1.0   ولت، ج) در ولتاژ 1.5ولت و د) در ولتاژ  2.0ولت  ……………………………………………………….85

شکل (5-8) نانومیله‌ها و نانوکلوخه‌های شکل گرفته بر روی زیرلایه‌های تولید شده به روش الکتروانباشت در  الف) ولتاژ 5/0 ولت، ب)  ولتاژ 1.0 ولت ج)  ولتاژ  5/1 ولت  و د) ولتاژ 2.0 ولت………………………………………………………………………………………………………………….86

شکل (5-9) تصویرSEM  از رشد نانو ساختارهای اکسید روی که بصورت نانومیله هستند در

مرحله‌ی هیدروترمال………………………………………………………………………………………………………….87

شکل (5-10) تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی الکتروانباشت

الف) در ولتاژ 0.5 ولت، ب)  در ولتاژ 1.0 ولت  ج)  در ولتاژ  1.5 ولت

و د) در ولتاژ 2.0 ولت ………………………………………………………………………………………………..88

 

 

عنوان                                                                                                                          صفحه   

 

شکل (5-11) الگوی پراش پرتو ایکس از نانو دیسک‌ها ی اکسید روی تولید شده به روش

الکترو انباشت…………………………………………………………………………………………………….88

شکل (5-12) منحنی جذب نانو سیم‌های اکسید روی، تک مرحله‌ای……………………………………………….90

شکل (5-13) منحنی جذب نانو پروس‌های اکسید روی، تک مرحله‌ای …………………………………………..91

شکل (5-14) منحنی جذب نانوساختار ترکیبی ZnO …………………………………………………………………….92

شکل (5-15) منحنی جریان – ولتاژ سلول خورشیدی حساس شده به رنگ با لایه اکسید‌روی……

مقدمه ای بر نانوفناوری

 

نانو فناوری محدوده­ای از فناوری است كه در این محدوده انسان می ­تواند انواع مواد، وسایل و ابزارها و بطور كلی، سیستم­ها و سازه­های گوناگون را در مقیاس یک میلیاردم متر طراحی كرده و به مرحله ساخت برساند. بطور دقیق