• شماره ركورد
    31925
  • پديد آورنده

    مائده مشهدباني اسكندركلائي

  • عنوان
    شبيه ساز حسگر گازي مبتني بر نانو نوارهاي گروه چهارم جهت كاربرد در تشخيص سرطان ريه
  • مقطع تحصيلي
    دكتري تخصصي (PhD)
  • رشته تحصيلي
    فيزيك - حالت جامد
  • سال تحصيل
    1397
  • تاريخ دفاع
    1403/9/12
  • استاد راهنما
    ادريس فيض آبادي
  • استاد مشاور
    /
  • دانشكده
    فيزيك
  • چكيده
    به تازگي استفاده از حس‌گرهاي گازي براي تشخيص انواع بيماري‌ها از جمله سرطان مورد توجه قرار گرفته‌است. مواد دوبعدي به دليل سطح موثر بالا، دارا بودن نقاط فعال بيشتر و ساختار لايه‌اي، گزينه مناسبي براي ساخت و توسعه حس‌گرهاي گازي هستند. گرافن اولين ماده دوبعدي شناخته شده در جهان است كه استفاده از آن به دليل نداشتن گاف انرژي و همچنين دارا بودن ساختار مسطح، با محدوديت مواجه شده است. به همين دليل محققان بررسي‌هاي زيادي را بر روي ديگر مواد دوبعدي شروع كرده‌اند. استانين (لايه دوبعدي از اتم‌هاي قلع) يكي از ساختارهاي دوبعدي پركاربرد است كه به تازگي مورد توجه و مطالعه قرار گرفته‌است. اين ساختار داراي SOC ذاتي است كه باعث ايجاد گاف در نوارهاي انرژي اين ماده شده است. وجود گاف انرژي و همچنين ساختار چين خورده، اين ماده را براي بررسي و ساخت قطعات نيمه‌رسانا از جمله حس‌گرهاي گازي مناسب كرده است. همچنين لايه استانين به دليل دارا بودن ساختار چين‌خورده، تحت تاثير ميدان الكتريكي ويژگي‌هاي متفاوتي نشان مي‌دهد كه بر روي قابليت حس‌گري آن اثر ميگذارد. در اين رساله با استفاده از روش نظريه تابعي چگالي (DFT) به مطالعه ويژگي‌هاي نانونوار لبه آرمچير استانين به عنوان حس‌گر گازي پرداخته شده است. چگالي حالت‌ها، نوارهاي انرژي و انرژي جذب با استفاده از روش DFT محاسبه شده‌اند. همچنين تاثير جذب گاز بر روي ترابرد الكتروني با استفاده از روش تابع گرين غيرتعادلي شبيه سازي و بررسي شد. بررسي‌هاي انجام شده نشان دادند كه گازهاي استونيتريل، بنزن، ايزوپرن، ايزوپروپانول، متانول، پروپانول، تولوئن و استيرين بيشترين درصد گازهاي موجود در بازدم بيماران مبتلا به سرطان ريه را تشكيل مي‌دهند. جذب گاز بر روي حس‌گرهاي گازي باعث تغيير در ساختار الكترونيكي آنها ميشود. يكي از روش‌هاي پركاربرد بررسي ويژگي‌هاي جذب،‌ محاسبه انرژي جذب، چگالي حالت‌ها و نوارهاي انرژي است كه با استفاده از محاسبات نظريه تابعي چگالي آنها را بررسي كرده‌ايم. با وجود كارآمد بودن روش نظريه تابعي چگالي، اين روش براي محاسبه ترابرد الكتريكي روش مناسبي نيست. به همين دليل از روش تابع گرين غير تعادلي براي محاسبه ترابرد الكتروني استفاده شده است. تغيير در ساختار الكترونيكي در آزمايشگاه با تغيير جريان و مقاومت قابل اندازه گيري است. علاوه بر تغييرات انرژي جذب، تغيير در مقاومت يا رسانش و ميزان بار منتقل شده نيز به عنوان معياري از ويژگي حس‌گري شناخته ميشود. نتايج به دست آمده نشان دادند كه نانونوار استانين ويژگي حس‌گري خوبي براي تشخيص گازهاي مربوط به سرطان ريه از خود نشان دادند. ايجاد نقص در ساختار نانونوار از جمله جاي خالي اتم‌هاي قلع ميتواند باعث تغيير در گاف انرژي و همينطور ويژگي‌هاي الكترونيكي استانين شود. در اين رساله به بررسي اثر ايجاد نقص بر روي ويژگي‌هاي حس‌گري نانونوار استانين پرداخته‌ايم. نتايج به دست آمده نشان دادند كه ايجاد نقص باعث بهبود ويژگي حس‌گري نانونوار استانين شده است. در ادامه تاثير ميدان الكتريكي عمودي و عرضي را بر روي قدرت جذب گازهاي مربوط به سرطان ريه بررسي كرده‌ايم. نتايج به دست آمده نشان دادند كه اعمال ميدان الكتريكي عمودي و عرضي در راستاي منفي باعث افزايش ويژگي حس‌گري شده در حالي‌كه اعمال ميدان‌هاي عمودي و عرضي در راستاي مثبت ويژگي حس‌گري را كاهش داده است. در اين رساله از ابتدا فرض بر اين است كه لبه‌هاي نانونوار هيدروژنايز شده است تا اثر پيوندهاي آويزان خنثي شود. در ادامه رساله به بررسي تاثير هالوژنايز كردن لبه‌ها بر ويژگي حس‌گري استانين پرداخته‌ايم. نتايج به دست آمده نشان دادند كه هالوژنايز كردن لبه‌ها ويژگي حس‌گري را نسبت به لبه‌هاي هيدروژنايز شده، افزايش بيشتري ميدهد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1403/11/04
  • عنوان به انگليسي
    Simulation of a gas sensor based on group IV nanoribbons for application in lung cancer detection
  • تاريخ بهره برداري
    12/3/2025 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    مائده مشهدباني اسكندركلائي

  • چكيده به لاتين
    Recently, gas sensors have attracted significant attention for their potential in diagnosing various diseases, including cancer. Two-dimensional (2D) materials are up-and-coming candidates for the design and development of gas sensors due to their large surface area, high carrier mobility, and layered structure. Research on 2D materials began with the synthesis of graphene in 2004. Despite its numerous advantages, its lack of an intrinsic energy gap and flat structure has limited its applicability in electronic devices. As a result, attention has shifted to other two-dimensional monolayers of group IV elements, such as silicene, germanene, and stanene. Stanene, a two-dimensional layer of tin atoms, has emerged as one of the most extensively studied 2D materials in recent years. Its buckled structure and strong intrinsic spin-orbit coupling (SOC) make it a fascinating material for various electronic applications, including field-effect transistors (FETs) and gas sensors. The SOC effect in stanene opens a band gap, and its buckled structure enhances its performance in FET devices. These unique properties make stanene a desirable candidate for the design of electronic devices, particularly gas sensors. This work explores the potential of armchair stanene nanoribbons as gas sensors using density functional theory (DFT) and the non-equilibrium Green’s function (NEGF) method. The electronic properties, such as the density of states (DOS), band structure, and adsorption energies, were analyzed through DFT calculations. Furthermore, the impact of gas adsorption on electronic transport properties was simulated using the non-equilibrium Green’s function (NEGF) method. Previous studies have identified acetonitrile, benzene, isoprene, methanol, toluene, and styrene as the most commonly detected gases in the exhaled breath of lung cancer patients. Gas adsorption can significantly change the electronic properties of sensors. In this study, we analyzed the adsorption energy, band structure, and density of states (DOS) to eva‎luate the adsorption characteristics and assess the sensing performance of stanene-based gas sensors. While density functional theory (DFT) is an efficient method for analyzing many electronic properties, this method is not suitable for calculating electrical transport properties. Instead, the non-equilibrium Green’s function (NEGF) method is employed for the computation of electronic transport. Changes in the electronic structure can significantly impact experimentally measurable transport properties. In addition, changes in resistance, conductivity, and charge transfer are commonly used to determine sensor performance. The findings of this study demonstrate that stanene nanoribbons exhibit high performance in detecting gas biomarkers associated with lung cancer. Furthermore, structural defects in the nanoribbons, such as vacancies, were shown to modify both the energy gap and electronic properties of stanene. This research explores the influence of such defects on the sensing properties of stanene nanoribbons, revealing that the presence of defects enhances their sensing performance. Furthermore, we investigated the influence of vertical and transverse electric fields on the adsorption properties of armchair stanene nanoribbons. Our results indicate that applying electric fields in the negative direction enhances the sensing performance, while electric fields applied in the positive direction reduce it. Throughout this study, it was assumed that the nanoribbon edges are hydrogenated to passivate the effect of dangling bonds. In addition, we examined the impact of edge halogenation on the sensing properties of stanene. Additionally, we explore the impact of edge halogenation on the sensing properties. our findings reveal that halogenation further improves sensing performance compared to hydrogenation.
  • كليدواژه هاي فارسي
    نانو نوار استانين , حسگر گازي سرطان ريه , تابع گرين غير تعادلي , ترابرد الكتروني
  • كليدواژه هاي لاتين
    stanene nanoribbon , lung cancer gas sensor , non equilibrium green function , electronic transport
  • Author
    Maede Mashhadbani
  • SuperVisor
    Dr. Edris Feizabadi