شکل ۴- ۲۰ مجموعه‌های فازی تعریف شده بر روی عامل‌ ارزشمندی اطلاعات
درجه عضویت
دامنه متغیر
ارزشمندی زیاد
ارزشمندی متوسط
ارزشمندی کم
۴-۲-۴-۳- اثربخشی اطلاعات^[۴۹]
همان‌طور که ارزشمندی اطلاعات از ویژگی‌های مهم یک وب‌سایت است، چگونگی فراهم شدن اطلاعات و نوع آن‌ ها نیز دارای اهمیت است. این عامل‌ بانام‌های بسیار زیادی شناخته می‌شود. به‌طور مثال کیفیت اطلاعات موجود در وب‌سایت یا دقت این اطلاعات همین مفهوم را می‌رسانند.
اثربخشی اطلاعات درجه‌ای از دقت، کامل بودن، به‌روز بودن و مرتبط بودن اطلاعات با کاربران است (مونتایاویس و همکاران، ۲۰۰۳).
این متغیر با اختصار EOI در محاسبات ذکرشده است.
شکل ۴- ۲۱ مجموعه‌های فازی تعریف شده بر روی پارامتر اثربخشی اطلاعات
درجه عضویت
دامنه متغیر
اثربخشی زیاد
اثربخشی متوسط
اثربخشی کم
۴-۲-۴-۴- سازمان‌یافتگی^[۵۰]
سازمان‌یافتگی اطلاعات به معنای توانایی وب‌سایت در مرتب کردن محتوا، داده‌ها و تصاویر است به‌نحوی‌که شفافیت اطلاعات ارائه‌شده به کاربر را بالابرده و دست‌یابی کاربران به اطلاعات موردنظرشان را تسهیل می کند .
در ابتدا سازمان‌یافتگی اطلاعات در طراحی وب‌سایت برای طراحان زیاد مهم نبود. با گذشت زمان طراحان متوجه شدند که حجم زیاد اطلاعات اگر به‌صورت سازمان‌یافته و مرتب در اختیار کاربر قرار گیرد بسیار مفید خواهد بود.

سازمان‌یافتگی اطلاعات به‌وسیله عناصری همچون مرتب بودن پیوندها، تصاویر و محتوا، توانایی درک آن، خوانایی، بخش‌بندی اطلاعات و پیچیدگی آن ارزیابی می‌شود (لئونگ و همکاران، ۲۰۰۲).
این عامل‌ به‌طور خلاصه در محاسبات و تحلیل با نام ORG آورده شده است.
درجه عضویت
دامنه متغیر
سازمان‌یافتگی زیاد
سازمان‌یافتگی متوسط
سازمان‌یافتگی کم
شکل ۴- ۲۲ مجموعه‌های فازی تعریف شده بر روی عامل‌ سازمان‌یافتگی
۴-۲-۴-۵- ساختار^[۵۱]
ساختار وب‌سایت به نحوه طراحی و قرارگیری عناصر در کنار هم گفته می‌شود. در کل چهار نوع ساختار برای یک وب‌سایت وجود دارد. ساختار کاملاً درختی، درختی با کلید بازگشت به خانه، درختی با پیوندهای افقی و شبکه پهناور. در ساختار درختی پیوندها بسیار منظم و گسسته هستند و هر چه به ساختار شبکه‌ای نزدیک می‌شویم نظم پیوندها شکسته شده و از ساختار درختی دور می‌شویم (هویزینگ، ۲۰۰۰).
طبق آمارهای سال ۲۰۱۴، حدود ۶۰% وب‌سایت‌ها ساختار بسیار ساده درختی یا درختی با کلید بازگشت به خانه دارند (لارچ و ریچارد، ۲۰۱۴).
ساختار درختی به کاربران کمک می‌کند که به‌سادگی به اطلاعات موردنظر خود دست پیدا کنند. هر چه ساختار وب‌سایت کارآمدتر و مؤثرتر باشد، قدرت پردازش اطلاعات بالاتر رفته و هزینه جست‌وجو کاهش پیدا می‌کند. همچنین سرعت جست‌وجو بالاتر رفته، احتمال موفقیت بیشتر شده و گرایش به وب‌سایت افزایش می‌یابد (هویزینگ، ۲۰۰۰).
این متغیر در ادامه تحلیل‌ها و محاسبات به‌اختصار به‌صورت STR ذکرشده است. در ادامه شکل مربوط به مجموعه‌های فازی تعریف‌شده بر روی دامنه این متغیر نشان داده‌شده است.
درجه عضویت
دامنه متغیر
نظم ساختاری بالا
نظم ساختاری متوسط
بی نظمی ساختاری
شکل ۴- ۲۳ مجموعه‌های فازی تعریف شده بر روی پارامتر ساختار
۴-۲-۴-۶- رابط کاربری^[۵۲]
رابط کاربری، واسط بین کاربر و ماشین است و تحلیل‌ها و محاسبات را پشت یک ظاهر پنهان می‌کند. رابط کاربری تنها بخش قابل‌لمس توسط کاربر است و کاربر تنها با آن سروکار دارد.
معیارهای متفاوتی برای ارزیابی و مقایسه رابط‌های کاربری وجود دارد. یکی از این روش‌ها کاربردپذیری است. کاربردپذیری شاخصی است که در آن میزان سهولت کار با رابط کاربری سنجیده می‌شود. کاربردپذیری نیز معیارهای متنوع و متفاوتی دارد که ذکر آن خارج از بحث این پایان‌نامه است اما مهم‌ترین آن‌ ها کارایی، مؤثر بودن، امنیت و آموزش پذیری رابط کاربری است (میکا، ۲۰۰۵).
می‌توان یک وب‌سایت را بر اساس کاربردپذیری رابط کاربری آن ارزیابی کرد. این متغیر در محاسبات و تحلیل‌ها با نام UIF ذکرشده است. در زیر شکل مربوط به مجموعه‌های فازی تعریف‌شده بر روی دامنه این متغیر نشان داده‌شده است.
درجه عضویت
دامنه متغیر
کاربردپذیری بالا

کنترل آلودگی محیط زیست
پایداری حرارتی و شیمیایی بالا
جداسازی آسان‌تر و ارزان‌تر محصولات از محیط واکنش
بازیافت کاتالیزگر و استفاده مجدد از آن
کار کردن ساده‌تر با این کاتالیزگرها
دوست‌دار محیط زیست
با توجه به موارد ذکر شده در این پایان نامه کاتالیزگر اسیدی ، از طریق تثبیت گروه اسیدی بر روی نانو اکسید آهن تهیه شده و کاربرد آن در واکنش دو جزئی ، تک ظرفی تهیه مشتقات کوئینوکسالین و تهیه ترکیبات آلی دیگر مانند بنزوتیازول و بنزوکسازول مورد مطالعه قرار گرفته است.
۳-۱- تهیه کاتالیزگر نانو اکسید آهن عامل‌دار شده (MNPS@EDA-SO₃H )
ابتدا نانو اکسید آهن تهیه شده با سیلیسیم دی اکسید اصلاح سطح گردید، سپس در حلال تولوئن خشک با ۳-کلرو پروپیل تری اتوکسی سیلان در مجاورت تری‌اتیل آمین در شرایط بازروانی وارد واکنش گردید. محصول حاصل از این واکنش در حلال تولوئن خشک، با اتیلن دی آمین تحت رفلاکس وارد واکنش گردید و بعد در مجاورت کلرو سولفونیک اسید، نانو اکسید آهن عامل­دار شده اسیدی بدست آمد (شمای ۳-۱).

شمای ۳-۱- تهیه کاتالیزگر نانو اکسید آهن عامل‌دار شده اسیدی(MNPS@EDA-SO₃H)
جهت بررسی ویژگی‌های ساختاری این کاتالیزگر، آنالیزهای مختلفی از جمله آنالیز وزن‌سنجی حرارتی TGA ، آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM، پراش پرتو ایکس XRD،تجزیه‌ی عنصریEDS ،آنالیز عنصری CHN و طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز FT-IR بر روی آن انجام شده است که در این فصل نتایج این آنالیزها ارائه می‌شود.
طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) برای کاتالیزگر Fe₃O₄@EDA-SO₃H گرفته شد و مورد بررسی قرار گرفت (شکل ۳-۱).

در شکل (۳-۱الف)، طیف FT-IR نانوذرات اکسید آهن پیام های شاخص در ناحیه cm^-1 ۶۲۴ و cm^-13300-3500 نشان میدهد که به ترتیب مربوط به ارتعاشات کششی پیوندFe-O و O-H است. همچنین نانوذرات پوشیده با سیلیس Fe₃O₄/SiO₂ ارتعاشات کششی پیوند Si-O را در ناحیه ی cm^-11062 نشان می دهد که تاییدی بر تشکیل پوشش سیلیسی است (۳-۱ب). وجود پیک های مشابه با Fe₃O₄@SiO₂ در طیف FT-IR نانوذرات اصلاح شده با CPTES و کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H نشان دهنده وجود اجزا Fe₃O₄ و SiO₂ در این نمونه ها است علاوه بر این نانوذرات اصلاح شده با CPTESارتعاش کششی CH₂ گروه های کلروپروپیل مربوط به CPTES را در ناحیه cm^-12925 نشان میدهد(شکل ۳-۱ج) که تایید کننده پوشش دهی CPTES روی سطح نانوذرات است. در شکل (۳-۱د)، طیف FT-IR Fe₃O₄/SiO₂/CPTES/EDA که جذب ارتعاشات کششی پیوند N-H در cm^-13420 و ارتعاشات خمشی پیوند N-H در cm^-11562 ظاهر می‌شوند. در شکل (۳-۱و)، طیف FT-IR کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H ارتعاشات کششی پیوند S-O در ناحیه‌ی cm^-11107 که با ارتعاشات کششی پیوند Si-O هم پوشانی کرده است. ارتعاشات کششی پیوند هیدروژنی گروه عاملی اسیدی نیز به صورت یک پیک پهن در نواحی cm^-13500-2500 تاییدی بر تشکیل پیوند هیدروژنی اسیدی است.
شکل ۳-۱: طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز برای کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H
از بهترین روش‌های شناخته شده جهت تعیین میزان بارگیری گروه‌های آلی روی بسترهای سنتزی روش وزن‌سنجی حرارتی (TGA) می‌باشد که در طی آن جرم نمونه به عنوان تابعی از دما اندازه‌گیری می‌شود و نموداری از پایداری حرارتی نمونه بدست می‌دهد. روش کار به این صورت است که نمونه با سرعتی ثابت حرارت داده می‌شود تا این که در یک دمای خاص تغییری در وزن نمونه ثبت شود. از نمودارهای حاصله علاوه بر پایداری حرارتی نمونه می‌توان در مورد میزان استحکام پیوند اتصالی گروه‌های عاملی روی سطح نظر داد. همانگونه که از نمودار TGA کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H تهیه شده (شکل ۳-۳)و بستر نانوذرات اکسید آهن با پوشش Fe₃O₄ (شکل۲-۳) ملاحظه می‌گردد هر دو نمونه ابتدا کاهش وزنی درحدود ۵% در دماهای پایین‌ترازC°۱۰۰نشان می‌دهندکه بدلیل آب جذب شده درسطح می‌باشد. کاهش وزن دیگری در حدود ۱۸% وزنی در فاصله دمایی ˚C600-250 مشاهده شد که این کاهش وزن مربوط به گروه‌های آلی متصل به سطح می‌باشد. از روی میزان کاهش وزن و براساس معادله Eq.(A.1) ،می‌توان میزان گروه‌های آلی متصل به سطح نانوذرات آهن محاسبه نمود. بر اساس این کاهش وزن می‌توان گفت که میزان گروه‌های آلی ۹۸/۰ میلی‌مول بر گرم می‌باشد. قابل ذکر است کاتالیزگر در گستره دمایی ˚C250-25 پایدار است.

شکل ۳-۲: وزن سنجی حرارتی (TGA) Fe₃O₄

شکل ۳-۳:وزن سنجی حرارتی ((MNPS@EDA-SO₃H TGA
Eq (A 1)mmol S = (weight loss/ 100 × Mw organic group) × ۱۰۰۰ = (۱۸/ ۱۰۰ × ۱۸۳) × ۱۰۰۰= ۰٫۹۸
میکروسکوپ الکترونی روبشی، یکی از روش‌های تولید تصاویر به‌وسیله روبش یک پرتو الکترونی روی سطح نمونه است. با این روش تصاویر سه بعدی از ساختار نمونه بدست می‌آید. در SEM نمونه با پرتو الکترونی باریکی به قطر ۱۰۰ آنگستروم بمباران می‌شود. در اثر برخورد پرتوهای الکترونی به نمونه، الکترون‌های ماده برانگیخته می‌شوند و در هنگام بازگشت به مدار اصلی خود به شکل پرتو الکترونی از سطح نمونه منتشر شده و توسط یک آشکارساز جمع‌ آوری و آنالیز می‌شوند. این پرتوهای برگشتی از نمونه، برای مشخصه یابی خواص مختلفی از ماده از قبیل: ترکیب شیمیایی، شکل، اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات، پستی و بلند سطح، بلورسنجی، خواص الکتریکی و … به کار می‌روند. درخشندگی و وضوح هر نقطه از تصویر SEM، بستگی به شدت (تعداد) الکترون‌های بازگشتی از سطح نمونه دارد، که آن نیز شدیداً وابسته به کیفیت موضعی سطح است و بدین ترتیب، می‌توان معیاری از پستی و بلندی سطح بدست آورد. آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی از ساختار سطح (الف) نانو ذرات مغناطیسی Fe₃O₄ و (ب)Fe₃O4@SiO₂ و (ج) کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H ،کروی و یکنواخت بودن نانو اکسید آهن عامل‌دار شده را نشان داده است و هم چنین آنالیز تصاویر اندازه قطر ذرات به ترتیب تقریبا ۵۳، ۳۵، ۵۹-۳۶ تخمین زده شد. علاوه بر آن تعدادی از ذرات نانو سیلیکا به یکدیگر متصل شده و تجمع پیدا کرده‌اند، این تجمع باعث افزایش اندازه ذرات نانو سیلیکا شده است.اندازه ذرات در کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H بین ۵۹-۳۶ نانومتر شده‌است (شکل ۳-۴).

شکل ۳-۴: آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (الف)Fe₃O₄، (ب)Fe₃O₄@SiO₂، (ج)کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H
آنالیز عنصری برای کاتالیزگر مذکور مقدار % ۲۶/۳ برای گوگرد، % ۹۵/۶ برای کربن، % ۱۴/۲ برای هیدروژن و % ۳۷/۳ برای نیتروژن نشان می دهد. براساس درصد گوگرد مطابق با رابطه زیر، مقدار بارگیری گروه آلی متصل به سطح ۱ میلی­مول بر گرم به دست آمد که مطابق با TGA می باشد.
mmol g^-1= [ % of S / 100 * (B) * M_A ]* ۱۰۰۰۱= ۱۰۰۰*[۳۲*۲*۱۰۰/۲۶/۳]
A= عنصر مورد نظر
B= تعداد A در مولکول
M_A= وزن مولکول عنصر مورد نظر
در تصویر XRD از (الف) نانواکسید آهن(ب) Fe₃O₄@SiO₂ (ج) کاتالیزگرMNPS@EDA-SO₃H وجود پیام در ۱/۳۰، ۴/۳۵، ۱/۴۳، ۴/۵۳، ۵۷ و ˚۶/۶۲ ساختار نانوذرات Fe₃O₄ را بخوبی نشان می دهد. پیک پهن در ناحیه‌ی θ۲=۲۰-۱۰ مربوط به سیلیس بی شکل است که در پوششی اطراف نانو ذرات قرار دارد (شکل ۳-۵ ب). الگوی XRD کاتالیزگرMNPS@EDA-SO₃H (شکل ۳-۵ ج) با بستر اولیه مربوط به Fe₃O₄مطابقت دارد و اندازه‌ی ذرات کاتالیزگرMNPS@EDA-SO₃H طبق معادله‌ی شرر ۲۶/۱۱ نانو متر محاسبه شده است.

شکل ۳-۵: الگوی XRD (الف)Fe₃O₄، (ب)Fe₃O₄@SiO₂، (ج)کاتالیزگر MNPS@SiO₂-SO₃H
تجزیه عنصری EDS نیز حضور عناصر آهن و اکسیژن را در ساختار Fe₃O₄ و حضور عناصر سیلیسیم، کربن، اکسیژن، آهن و گوگرد را در ساختار کاتالیزگر MNPS@EDA@SO₃H تایید می کند (شکل ۳-۶).
شکل ۳-۶: الگوی EDS کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H
برای بررسی خواص مغناطیسی مواد، دستگاه‌هایی برای اندازه‌گیری خواص مغناطیسی نیاز است که یکی از اصلی ‌ترین آن‌ ها مغناطیس سنج‌ها (VSM) هستند. با بهره گرفتن از دستگاه مغناطیس سنج می‌توان خواص مغناطیسی مواد دیامغناطیس، پارا مغناطیس، فرو مغناطیس، آنتی فرومغناطیس، فری مغناطیس را بررسی کرد. دستگاه‌های مغناطیس سنج مغناطش یک نمونه از ماده با ابعاد مختلف را به روش‌های مختلف و در شرایط گوناگون از لحاظ دما، میدان مغناطیسی و جهت‌گیری نمونه، اندازه‌گیری می‌کنند و نمودارهای متنوعی که نشان دهنده ویژگی‌های متفاوت است را نمایش می‌دهند.
خواص مغناطیسی کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H از طریق دستگاه مغناطیس سنج لرزان نمونه‌ای (VSM) مورد بررسی قرار گرفت(شکل ۳-۷). مقایسه قدرت مغناطیسی نانوذرات (a) Fe₃O₄ و (b)MNPS@EDA-SO₃H را نشان می‌دهد که پس از عامل‌دار شدن نانو ذرات مغناطیسی آهن با گروه‌هایی آلی از قدرت مغناطیسی ذرات کاسته می‌شود.
شکل ۳-۷: بررسی خواص مغناطیسی کاتالیزگر MNPS@EDA-SO3H از طریق VSM
۳-۲- بدست آوردن شرایط بهینه برای سنتز مشتقات کوئینوکسالین از ۲،۱- فنیلن دی آمین ها و ۲،۱- دی کتون ها با بهره گرفتن از کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H
این واکنش شامل ۴ متغیر است که بایستی بهینه شوند، این متغیرها عبارتند از:
۱-انتخاب دما
۲-انتخاب بهترین حلال
۳-انتخاب نسبت مولی مناسب برای کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H
۴-انتخاب نسبت مولی مناسب برای واکنش دهنده ها
به منظور بدست آوردن شرایط بهینه جهت سنتز مشتقات کوئینوکسالین، ۲،۱- فنیلن دی آمین و بنزیل در مجاورت کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H به عنوان واکنش استاندارد انتخاب شده است (شمای ۳-۲-).

شمای ۳-۲- واکنش سنتز کوئینوکسالین با بهره گرفتن از ۲،۱- فنیلن دی آمین و بنزیل در مجاورت کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H در حلال اتانول
از آنجائیکه واکنش در دمای اتاق جواب مناسبی داد، بررسی دمای بالاتر انجام نشد و دمای اتاق به عنوان شرایط دمایی مطلوب برای انجام واکنش انتخاب شد.
۳-۲-۱- تعیین بهترین حلال
مطالعات صورت گرفته در مورد این واکنش نشان داد که حلال روی بازده، گزینش پذیری و زمان واکنش موثر می باشد بنابراین درصدد برآمدیم که از بین حلالهای مختلف بهترین حلال را انتخاب کنیم. از این رو واکنش بین ۲،۱- دی کتون (mmol 1) و۱،۲- فنیلن دی آمین (mmol 1) را در حلال های قطبی و غیرقطبی در مجاورت کاتالیزگر MNPS@EDA-SO₃H (032/0) مطابق روش کار بخش ۲-۴-۲ انجام شد و نتایج این بررسی ها در جدول ۳-۱ نشان داده شده است.
جدول ۳-۱: انتخاب بهترین حلال

S Starch
SEM Scanning Electron Microscopy
TGA Termal Gravimetric Analysis
TEM Transmission Electron Microscope
rpm revolution per minute
nm nanometer
Mpa Mega pascal
WAC Water Absorption Capability
ک
فصل اول:
مقدمه
۱-۱-فن­آوری نانو چیست؟
فن­آوری نانو واژه­ای است کلی که به تمام فن­آوری­های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می­ شود. معمولاٌ منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود یک تا ۱۰۰ نانومتر می­باشد. (۱ نانومتر یک میلیاردم متر است) [۱]. اولین جرقه فن­آوری نانو در سال ۱۹۵۹ زده شد. در این سال ریچارد فاینمن^[۱] طی یک سخنرانی با عنوان (فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد) ایده فن­آوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده­ای نزدیک می­توانیم مولکول­ها و اتم­ها را به صورت مستقیم دست­کاری کنیم [۲].
نانو­مواد در سال­های اخیر به علت کارایی بالایی که در حوزه ­های وسیعی از زمینه ­های مختلف دانش مانند الکترونیک، کاتالیست، سرامیک، ذخیره داده ­های مغناطیسی و…. دارند، گسترش قابل توجهی یافته­اند. در حقیقت برای تحقق نیاز­های فن­آورانه در زمینه ­های یاد شده با بهره گرفتن از نانو­مواد، اندازه مواد در ابعاد طول، عرض و یا ارتفاع تا مقیاس نانومتری کاهش می­یابد. با کاهش اندازه مواد تا ابعاد نانومتری، خواص مکانیکی و فیزیکی مواد بهبود قابل توجهی پیدا می­ کند، به طور مثال استحکام مکانیکی و به ویژه مقاومت الکتریکی و حرارتی افزایش می­یابد [۳].

نانومواد را می­توان در یک طبقه ­بندی کلی، به دو دسته نانو­بلور­ها و نانوذرات تقسیم کرد:
۱-نانوبلور­ها: عبارتند از مواد چند بلوری با اندازه دانه­ های کمتر از nm100.
۲-نانوذرات: عبارتند از ذرات بسیار کوچک با ابعاد ریز (کمتر از nm100) که به عنوان بلوک­های ساختمانی نانومواد بلوری در نظر گرفته می­شوند.
روش­های جدید تولید نانوذرات عمدتاٌ فرایند­هایی بر پایه حالت بخار، مایع و جامد می­باشند:
روش­های بر پایه بخار:PVD ،CVD ، روش­های پاششی و….
روش­های بر پایه مایع: روش سل-ژل، روش­های شیمیایی تر و….
روش­های بر پایه جامد: آلیاژ­سازی مکانیکی و…. [۴]
هدف نانوتکنولوژی بهره ­برداری از خواص نانوساختار­ها با کنترل ساختار­ها در سطوح اتمی و مولکولی است. نانوساختار­ها طبق تعریف به مواد و ساختار­هایی گفته می­ شود که در یکی از رده­بندی­های زیر قرار گیرند [۵]:
نانوساختار­های صفر بعدی: ساختار­هایی که هر سه بعد آن­ها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. مانند نانوذرات، نانوپودر­ها، نانوخوشه­ها^[۲].
نانوساختار­های یک بعدی: به مواد و ساختار­هایی اطلاق می­ شود که دو بعد از سه بعد آن­ها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. مانند نانوسیم­ها^[۳] و نانولوله­ها.
نانوساختار­های دو بعدی: به مواد و ساختار­هایی می­گویند که دارای یک بعد کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. مانند لایه­ های نازک و کلی­ها^[۴].
نانوساختار­های سه بعدی: ساختار­هایی هستند که دارای حفرات نانوساختار هستند مانند زئولیت­ها^[۵] [۶].
۱-۲-مقدمه­ای بر پلیمرها
شاید برخی تصور کنند که ترکیبات پلیمری از جمله دستاوردها و ابداعات دنیای مدرن هستند در صورتی که مدت زمان استفاده از پلیمرهای طبیعی به هزاران سال می­رسد.
چوب، پنبه، پشم، چرم و ابریشم از جمله این پلیمرهای طبیعی هستند. زمان ابداع و توسعه پلیمرهای مصنوعی به قرن اخیر و به خصوص به بعد از جنگ جهانی دوم برمی­گردد، که در بیشتر حالت­ها، این مواد مصنوعی از نظر ساخت ساده­تر و ارزان­تر نسبت به پلیمرهای طبیعی مرسوم تهیه می­شوند. به طور کلی، پلیمرها دارای رشته­ های مولکولی بسیار طویلی هستند که این رشته­ها از تکرار واحدهای کوچک درست شده ­اند. به هر یک از واحدهای تکراری مونومر می­گویند [۷].
پلیمرها از نظر خواص فیزیکی به سه دسته تقسیم می­شوند: الاستومرها، الیاف و پلاستیک­ها، که خود پلاستیک­ها با توجه به خواص گرمایی خود به دو گروه ترموپلاستیک­ها و ترموست­ها تقسیم ­بندی می­شوند [۸]. ترموپلاست به آن دسته از پلیمرها اطلاق می­ شود که قابلیت فرایند­پذیری در اثر گرما را داشته باشند، به طوری که قابلیت سیکل­های متعدد گرم وسرد شدن را دارند. از جمله این پلیمرها می­توان به پلی وینیل کلرید، پلی استیلن، پلی استایرن اشاره کرد [۹].
اما پلیمرهای ترموست قابلیت فرایند­پذیری با ذوب شدن یا حل شدن ندارند به این جهت که قبل از نرم شدن و فرایند­پذیری، پلیمر دچار تجزیه می­گردد. مواد ترموپلاست در دمای بالاتر از دمای ذوب یا دمای انتقال شیشه ­ای و کمتر از دمای تخریب حرارتی می­توانند تغییر شکل غیرکشسان نامحدودی را داشته باشند، در این دما پلیمر زنجیرهای منفرد طولانی دارد که به یکدیگر اتصالات عرضی ندارند. از طرف دیگر مواد ترموست وقتی در مقابل گرما قرار می­گیرند تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیری را انجام می­ دهند [۱۰].
در یک دسته­بندی دیگر از نظر ساختاری، پلیمرها به دو دسته کلی هموپلیمر و کوپلیمر تقسیم ­بندی می­شوند. اگر تنها یک نوع واحد تکرار شونده (مونومر) در تشکیل زنجیر پلیمری شرکت داشته باشند به آن ترکیب هموپلیمر گفته می­ شود. اما اگر مونومر دیگری نیز در تشکیل زنجیر پلیمری نقش داشته باشد به ترکیب حاصل کوپلیمر می­گویند [۱۱].
۳
در یک تقسیم ­بندی متفاوت، پلیمرها از نظر ساختار به چهار دسته اصلی تقسیم می­شوند:
۱- پلیمرهای خطی: که در آن زنجیر های طویل و انعطاف­پذیر با نیروهای واندروالس یا توسط پیوندهای هیدروژنی در کنار یکدیگر قرار گرفته­اند.
۲- پلیمرهای شاخه­ای: در این ساختار زنجیرهای پلیمری دارای ساختار شاخه­ای هستند که در آن مقدار به هم فشردگی و دانسیته زنجیرها نسبت به پلیمر خطی بسیار کمتر است.
۳- پلیمرهای با اتصالات عرضی: در این ساختار زنجیرهای پلیمری توسط پیوندهای عرضی به یکدیگر متصل شده ­اند، این پیوندهای عرضی هم می­توانند در طی زمان سنتز ایجاد شوند وهم می­توانند در طی یک فرایند مجزا در پلیمر به وجود آیند. مانند اضافه کردن ناخالصی­هایی که باعث متصل شدن زنجیرها می­شوند، از جمله معروف­ترین این ناخالصی­ها می­توان به ترکیبات دو­عاملی، دی اسیدها، دی آمین­ها، آمینو اسیدها و انیدرید­ها اشاره کرد.
۴- پلیمرهای شبکه­ ای: زمانی که از مونومرهای سه عاملی برای سنتز استفاده شود نتیجه پلیمریزاسیون ساختار شبکه­ ای و سه بعدی خواهد بود. این پلیمرها دارای خواص ترموست هستند.
از نظر میزان استحکام این پلیمرها با یکدیگر کاملاً متفاوت هستند. از آنجا که در پلیمرهای خطی، زنجیرهای پلیمری تنها با نیروهای ضعیف واندروالسی در کنار یکدیگر قرار گرفته­اند کمترین استحکام را از خود نشان می­ دهند. پلیمرهای عرضی به خاطر نیروهای کووالانسی عرضی استحکام بالاتری را از خود نشان می­ دهند. پلیمرهای شبکه­ ای به دلیل اتصالات و پیوندهای کووالانسی گوناگون بالاترین میزان استحکام را نسبت به سه گروه دیگر دارد [۱۲].
۴
۱-۳-روش­های سنتز نانوذرات
در طول ۱۰ سال گذشته، سنتز ومطالعه­ی نانوذرات بخش مهمی از تحقیقات را در زمینه ­های مختلف علمی به خود اختصاص داده است. یکی ازمهم­ترین خواص نانوذرات، نسبت سطح به حجم بسیار بالای آن­هاست، یعنی اتم­های موجود در سطح، کسر بالایی از اتم­های تشکیل­دهنده یک ذره را تشکیل می­ دهند، لذا این نسبت به همراه اندازه وشکل تقریباٌ یکنواخت، باعث خواص کاملاٌ متفاوت نانوذرات در مقایسه با ذرات درشت­تر و مواد بالک شده است. اندازه، ساختار و خواص نانوذرات به صورت اساسی وابسته به روش ساخت آنها می­باشد. روش سنتز مناسب و ایده­آل روشی است که دارای خصوصیات زیر باشد:
قابلیت تکثیر و تولید دوباره را داشته باشد.
نانوذراتی با ابعاد ریز و اندازه­ های یکسان تولید کند.
امکان کنترل شکل ذرات وجود داشته باشد.
آسان و ارزان باشد [۱۳].
کل فرآیندهای سنتز نانوذرات به صورت گسترده به دو دسته­ی روش­های شیمیایی و فیزیکی تبدیل می­شوند.
۱-۳-۱-روش­های شیمیایی
۱-۳-۱-۱-ته نشینی و رسوب دهی شیمیایی

۱۲- به مدت ۱ دقیقه میکروتیوب را در ۰۰۰/۱۵ دور سانتریفیوژ کرده تا تمامی ترکیبات جامد ته نشین شود . اینک محلول رویی حاوی DNA تخلیص شده است.
۳-۵-۲ لایگیشن
برای اتصال DNA ناحیهC2 پروتئینALCAM استخراج شده از ژل، با پلاسمید بیانی pet-28a در آزمایشگاه از آنزیم لیگاز^[۵۱] استفاده می شود که می تواند اتصالات فسفودی استری شکسته شده را ترمیم کند. این آنزیم از فاژ T4 استخراج شده است و انرژی لازم برای فعالیت خود را از ATP تامین می کند و می تواند هم انتهاهای صاف و هم چسبنده را به هم متصل کند.

روش انجام این عمل به شکل زیر است:
۱- محتویات واکنش را بصورت زیر مخلوط می کنیم.
بافر لایگیشن x 10 : 3 میکرولیتر
آب استریل: ۹ میکرولیتر
DNA لیگاز T4 : 1 میکرولیتر
پلاسمید Pet-28a : 2 میکرولیتر
Insert (DNA ناحیهC2 پروتئینALCAM) : 15 میکرولیتر
حجم نهایی: ۳۰ میکرولیتر
نکته : در آخرین مرحله آنزیم T4، DNA لیگاز اضافه شود. چون اگر بعد از اضافه کردن آنزیم T4 ، محلول برای مدت طولانی در محیط بماند با توجه به قدرت بالای اتصال T4 اتصال های که مورد نظر ما نیست اتفاق خواهد افتاد.
۲- به کمک دستگاه ترموسایکلر میکروتیوب حاوی مخلوط واکنش را به مدت ۴ ساعت در ۱۶ درجه سانتیگراد سپس به مدت یک شب در دمای ۴ درجه سانتیگراد قرار می دهیم .
۳-۵-۳ ترانسفورماسیون
برای این مرحله از سویه E.coli BL21(DE3) که یکی از رایج ترین سویه های کلونینگ است استفاده می کنیم . این باکتری به تنهایی حساس به کانامایسین است ولی وقتی وکتور pet-28a را جذب می کند نسبت به آنتی بیوتیک مقاوم شده و بر روی آگار حاوی کانامایسین رشد، و تشکیل کلونی می دهد .
۳-۵-۳-۱ آماده سازی سلول های شایسته
۱- باکتری در محیط کشت فاقد کانامایسین کشت داده شد.
۲- پس از ۲۴ ساعت نگهداری در انکوباتور ، یک تک کلونی را برداشته و به ۵ میلی لیتر محیط LB مایع بدون کانامایسین تلقیح می کنیم و سپس به مدت یک شب تا صبح(over night) در شکیرانکوباتور قرار می دهیم تا باکتری رشد کنند.
۳- ۴۰۰ میکرولیتر از محیط فوق را به ۵ میلی لیتر محیط LB مایع تازه تلقیح نموده و مجددا در شیکرانکوباتور قرار می دهیم . ۲ تا ۳ ساعت بعد محیط کدورت مناسب یعنی جذب ۵/۰ تا ۸/۰ در۵۰۰ نانومتر را به ما می دهد.در این حالت باکتری ها در مرحله فاز رشد لگاریتمی قرار دارد.
۴- باکتری هایی که تازه شده و در فاز لگاریتمی تکثیر می باشند را در چند میکروتیوب استریل تقسیم کرده و ۵ الی ۱۰ دقیقه روی یخ نگه می داریم .
۵- میکروتیوب ها را ۳ دقیقه در ۹۰۰۰ دور سانتریفیوژ می کنیم.
۶- مایع روئی را دور ریخته و رسوب باکتری را در یک میلی لیتر محلول استریل ۱/۰ مولار کلرید کلسیم حل می کنیم .
۷- ۲۰ تا ۳۰ دقیقه محلول مذکور را روی یخ انکوبه می کنیم .
۸٫سپس محلول را به مدت ۳ دقیقه در۹۰۰۰ دور سانتریفیوژ می کنیم. و محلول روی را دور ریخته
۹- این بار رسوب را در ۶۰۰ میکرولیتر محلول کلرید کلسیم استریل ۱/۰ مولار حل می کنیم .
۱۰- ۲۰ تا ۳۰ دقیقه محلول را روی یخ انکوبه می کنیم.
۱۱- سپس محلول را به مدت ۳ دقیقه در۹۰۰۰ دور سانتریفیوژ می کنیم. و محلول روی را دور ریخته
۱۲- رسوب را در ۳۰۰ میکرولیتر محلول کلرید کلسیم استریل حل میکنیم.
۱۳- به مدت ۲۰ دقیقه محلول را بر روی یخ قرار می دهیم.
این باکتری ها را می توان برای مدت ۷۲ ساعت روی یخ در یخچال نگهداری کرد و همچنین می توان با افزودن گلیسرول استریل ۳۰ درصد آن ها را در ۷۰- درجه سانتیگراد به مدت چند ماه نگهداری کرد .
۳-۵-۳-۲ ترانسفورماسیون سلول های شایسته E.coli BL21(DE3) با محصول لایگیشن به روش شوک حرارتی
۱- ابتدا ۱۰۰ میکرولیتر از سلول های مستعد E.coli BL21(DE3) را روی یخ ذوب می کنیم.
۲- ۳۰ میکرولیتر از محصول لایگیشن را به ۱۰۰ میکرولیتر از سلول های مستعد اضافه می کنیم به طوری که کاملا با هم مخلوط شوند.
۳- این مخلوط را به مدت ۳۰ دقیقه بر روی یخ انکوبه می کنیم.
۴- نمونه ها را به مدت ۹۰ ثانیه در بن ماری ۴۲ درجه سانتیگراد قرار می دهیم و بلافاصله به مدت ۵ دقیقه روی یخ قرار می دهیم، بدون حرکت و کاملا ثابت.
۵- مخلوط فوق را به ۹۰۰ میکرولیتر از محیط LB مایع فاقد کانامایسین افزوده و آن را به مدت ۵/۱ ساعت در شیکر انکوباتور ۳۷ درجه قرار می دهیم تا باکتری های ترانسفورم شده بتواند شروع به تکثیر نمایند.
۶- مخلوط فوق را به مدت ۳ دقیقه در ۹۰۰۰ دور سانتریفیوژ می کنیم .
۷- ۸۰۰ میکرولیتر از مایع روئی را دور ریخته و رسوب را در ۲۳۰ میکرولیتر باقی مانده، به خوبی حل می کنیم .
۸- ۲۳۰ میکرولیتر را روی یک پلیت حاوی LB آگار کانامایسین دار ریخته و کشت سه قسمتی می دهیم ، اجازه می دهیم کاملا جذب محیط شده و سپس آن ها را به مدت ۱۸ تا ۲۰ ساعت در انکوباتور ۳۷ درجه نگهداری می کنیم .
۳-۵-۴ ارزیابی کلونی ها
پس از مدت۱۸ تا ۲۰ ساعت در انکوباتور باکتری BL21 بر روی محیط کشت تشکیل کلونی می دهد. یک تک کلونی را جدا کرده و در ۵ میلی لیتر محیط LB براث کانامایسین دار تلقیح می نمائیم و به مدت
یک شب در ۳۷ درجه و با سرعت مناسب در شیکر انکوباتور قرار می دهیم. با رشد باکتری در این محیط تایید می شود که باکتری Bl21(DE3) ، پلاسمید بیانی pet-28a حاوی ژن ما را دریافت کرده است.
۳-۵-۵ استخراج پلاسمید بیانی pet-28a حاوی ژن ناحیه C2 پروتئیین ALCAM
جهت تایید وجود پلاسمید pet-28a در باکتری و عدم وجود هرگونه آلودگی در محیط کشت نیاز است که وجود پلاسمید مورد نظر تایید شود، بدین منظور از محیط کشت حاوی باکتری ترانسفورم شده BL21(DE3) استخراج پلاسمید صورت گرفت.
۱- از محیط کشت حاوی باکتری ترانسفورم شده که به مدت یک شبانه روز در دمای ۳۷ درجه انکوبه شده است و کاملا بصورت کدر درآمده است ، ۵/۱ میلی لیتر جدا کرده و داخل میکروتیوب ۵/۱ می ریزیم.
۲- سپس به مدت ۳ دقیقه در ۹۰۰۰ دور سانتریفیوژ می کنیم .
۳- محیط روئی را دور ریخته و باکتری در ته میکروتیوب رسوب می کند .
نکته:
برای استخراج غلظت بالاتری از پلاسمید می توان مراحل قبل را تکرار کرد.

۳-۱٫ اجزا گره حسگر ………………………………………………………………………………………….. ۲۵
۳-۲٫ انرژی مصرفی گره حسگر …………………………………………………………………………….. ۲۹
۳-۲-۱٫ حالات کاری با توان مصرفی متفاوت …………………………………………………………. ۲۹
۳-۲-۲٫ انرژی مصرفی میکروکنترلر ……………………………………………………………………….. ۳۳
۳-۲-۳٫ مدل انرژی پردازنده …………………………………………………………………………………. ۳۴
۳-۲-۴٫ مقیاس گذاری دینامیک ولتاژ(DVS) ………………………………………………………….. 34
۳-۲-۵٫ بررسی توان مصرفی چند میکروکنترلر ……………………………………………………….. ۳۵
۳-۲-۶٫ انرژی مصرفی گیرنده/ فرستنده …………………………………………………………………. ۳۶
۳-۲-۷٫ مدل انرژی گیرنده/ فرستنده ……………………………………………………………………… ۳۷
۳-۲-۸٫ بررسی توان مصرفی دو گیرنده/ فرستنده ……………………………………………………. ۳۹
۳-۲-۹٫ انرژی مصرفی حافظه ………………………………………………………………………………. ۴۰
۳-۲-۱۰٫ انرژی مصرفی حسگر ……………………………………………………………………………. ۴۰
۳-۳٫ پروتکل‌های ارتباطی ……………………………………………………………………………………. ۴۳
۳-۳-۱٫ لایه فیزیکی ……………………………………………………………………………………………. ۴۳
۳-۳-۲٫ لایه پیوند داده ………………………………………………………………………………………… ۴۴
۳-۳-۳٫ لایه کاربرد …………………………………………………………………………………………….. ۴۴
۳-۳-۴٫ لایه انتقال ………………………………………………………………………………………………. ۴۵
۳-۳-۵٫ لایه شبکه ………………………………………………………………………………………………. ۴۶
فصل چهارم: شبیه سازی شبکه حسگر بی‌سیم
۴-۱٫ نرم افزارهای مورد استفاده جهت شبیه سازی شبکه …………………………………………. ۴۷
۴-۲٫ شبیه سازی شبکه حسگر ……………………………………………………………………………… ۴۸
۴-۲-۱٫ گره ……………………………………………………………………………………………………….. ۴۹
۴-۲-۱-۱٫ ماژول Node ………………………………………………………………………………………. 49
۴-۲-۲٫ ایستگاه ………………………………………………………………………………………………….. ۵۰
۴-۲-۲-۱٫ ماژول ایستگاه …………………………………………………………………………………….. ۵۰
۴-۲-۳٫کامپیوتر اصلی ………………………………………………………………………………………….. ۵۱
۴-۲-۳-۱٫ ماژول محرک و مانیتور ………………………………………………………………………… ۵۱
۴-۳٫ الگوریتم رمز کننده DES ……………………………………………………………………………… 51
۴-۳-۱٫ DES ……………………………………………………………………………………………………… 51
۴-۴٫ توضیح فایل‌های شبیه سازی …………………………………………………………………………. ۶۲
۴-۵٫ نتایج شبیه سازی …………………………………………………………………………………………. ۶۳
۴-۶٫ شبیه سازی استاندارد ۸۰۲٫۱۵٫۴ IEEE …………………………………………………………… 65

فصل پنجم. مدلسازی گره و محاسبه توان پردازشی
۵-۱٫ توان مصرفی ……………………………………………………………………………………………….. ۶۸
۵-۲٫ تخمین انرژی در سطح تجرید گیت ……………………………………………………………….. ۶۹
۵-۳٫ تخمین توان با بهره گرفتن از روش Macro-Model ………………………………………………. 70
۵-۳-۱٫ آنالیز رگرسیون ………………………………………………………………………………………… ۷۱
۵-۳-۲٫ حل ماکرو مدل با رگرسیون خطی ……………………………………………………………… ۷۳
۵-۳-۳٫ متغیرهای رگرسیون خطی …………………………………………………………………………. ۷۴
۵-۴٫ نتایج تخمین توان ………………………………………………………………………………………… ۷۵
۵-۵٫ تعیین ورودی های مناسب توسط شبکه عصبی ………………………………………………… ۷۹
۵-۵-۱٫ پیاده سازی MLP و نتایج حاصله ………………………………………………………………. ۸۰
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات
۶-۱٫ یافته های تحقیق ………………………………………………………………………………………….. ۸۲