پیش از آنکه پاسخ دادن به سواالت را آغاز کنید نکات زیر را با دقت بخوانید: متن سواالت را با دقت بخوانید و در پاسخ دادن عجله نکنید.

Transcript

1 آزمون مرحله اول نام و نامخانوادگي: شماره داوطلب: تعداد سوالها: 60 مدت پاسخگويي: 180 دقیقه

2 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 2 سالم به ششمین المپیاد دانشآموزی علوم و فناوری نانو خوش آمدید. پیش از آنکه پاسخ دادن به سواالت را آغاز کنید نکات زیر را با دقت بخوانید: متن سواالت را با دقت بخوانید و در پاسخ دادن عجله نکنید. برخی از سواالت تنها با تکیه بر منابعی که قبال برایتان معرفی شده بودند طراحی شدهاند. اگر به منابع معرفی شده مسلط باشید با صرف کمی دقت میتوانید پاسخ درست را پیدا کنید. برخی دیگر از سواالت به مباحثی میپردازند که به طور کامل در منابع معرفی شده مطرح نشدهاند. در ابتدای این سواالت توضیحات کوتاه یا مفصلی آمده است. در مورد این سواالت باید توضیحات را با دقت بخوانید و با تکیه بر اطالعاتی که از قبل دارید به سواالت پاسخ دهید. ممکن است در مورد برخی از سواالت دو یا چند گزینه درست به نظرتان برسد. در این مورد باید بهترین گزینه را انتخاب کنید. براي پاسخهاي غلط نمره منفي در نظر گرفته خواهد شد. 1. با توجه به تعریف فناوری نانو کدام یک از گزینههای زیر از اهداف اصلی این فناوری میباشد 1( ساخت خازنی که چند نانوفاراد ظرفیت دارد. 2( ساخت خازنی که بارهای الکتریکی خود را در عرض چند نانوثانیه تخلیه میکند. 3( ساخت خازنی که بین صفحههای رسانای آن چند نانوولت اختالف پتانسیل باشد. 4( ساخت خازنی که ابعاد صفحات آن چند نانومتر باشد. 2. کاهش اندازه نانوذرات باعث کدامیک از رفتارهای زیر نمیشود 1( افزایش واکنشپذیری 2( افزایش خواص جذب 3( افزایش برهمکنش فیزیکی در سطح 4( افزایش دمای ذوب 3. اتوبانهای گذرنده از مناطق شهری موجب ایجاد آلودگی صوتی بسیار باالیی میشوند. استفاده از دیوارهای عایق پلیمری از راهکارهای جدید کاهش این معضل در اطراف اتوبانها است. اضافه کردن کدام نانوذره به این دیوارهها برای کاهش آلودگی صوتی موثرتر است 1( اکسید تیتانیم 2( خاک رس 3( اکسید سیلیسیم 4( ایروژل 4. تحقیقات زیادی بر روی کاربرد نانوذرات نقره در پاکسازی آلودگیهای محیط زیست متمرکز شدهاند. اما باقی ماندن این نانوذرات در محیط میتواند مشکالتی پیش آورد. یکی از راهکارهای پیشنهاد شده استفاده از میدانهای مغناطیسی برای جمع آوری این نانوذرات از محیط است. کدامیک از ساختارهای زیر برای حل این مشکل مناسبتر است

3 3 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 1( نانوذرات با هسته نقره و پوسته ی Fe 3 O 4 2( نانوذرات با هسته نقره و پوسته ی Al 2 O 3 3( نانوذرات با هسته Fe 3 O 4 و پوسته ی نقره 4( نانوذرات با هسته Al 2 O 3 و پوسته ی نقره 5. یکی از راهکارهای بهبود کارایی سلولهای خورشیدی استفاده از نقاط کوانتومی برای افزایش جذب پرتوهای مرئی خورشید است. صرف نظر از شرایط فنی ساخت کدام گزینه بهترین پیشنهاد برای استفاده از این نانومواد در سلولهای خورشیدی است 1( استفاده از نقاط کوانتومی با اندازه بزرگ به علت میزان باالی جذب نور مرئی 2( استفاده از نقاط کوانتومی با اندازه کوچک به علت میزان باالی جذب نور مرئی 3( استفاده از نقاط کوانتومی به رنگ سبز به علت جذب همه طیف های نور خورشید 4( استفاده از نقاط کوانتومی با اندازه ها و ترکیبهای مختلف به علت جذب محدوده وسیعتری از نور خورشید 6. از میکرو ذرات اکسید تیتانیم در کرمهای ضد افتاب برای جذب نور ماورا بنفش استفاده میشود. اگر به جای میکروذرات از نانوذرات اکسید تیتانیم استفاده شود میزان جذب نور ماورا بنفش افزایش مییابد ولی نانو ذرات اکسید تیتانیم به دلیل ابعاد کوچکی که دارند میتوانند وارد پوست شوند و به بدن آسیب برسانند. بعضی از سازندگان برای این که نانو ذرات اکسید تیتانیم به بدن آسیب نرسانند در هنگام تهیه نانو ذرات به محلول آن نشاسته اضافه میکنند. اضافه کردن نشاسته چگونه میتواند مانع از آسیب رساندن نانو ذرات به بدن شود 1( ذرات نشاسته بزرگ نمیتوانند از پوست رد شوند به همین دلیل نانو ذرات اکسید تیتانیم درون نشاسه وارد پوست نمی-شوند. 2( نشاسته باعث بسته شدن منفذهای پوست شده و نانو ذرات نمیتوانند وارد پوست شوند. 3( نشاسته باعث تقویت پوست میشود و اثر سوء نانو ذرات را خنثی میکند. 4( نشاسته با نانو ذرات اکسید تیتانیم واکنش داده و ماده ای غیر سمی میسازد 7. برای ساخت یک فولرین از یک صفحه گرافن باید حداقل چند 6 ضلعی را به 5 ضلعی تبدیل کرد 3 )1 5 )2 6 )3 12 )4 8. مجموع طول پیوند ها در فولرین C80 کدام است )طول پیوند کربن کربن را تقریبا برابر 1.4nm در نظر بگیرید.( )1 168 نانومتر )2 210 نانومتر )3 150 نانومتر )4 108 نانومتر 9. کدامیک از مواد زیر برای تولید الکتریسیته از طریق کفپوشهای مورد استفاده در معابر پر تردد مناسب است 1( مواد مکانوکرومیک 2( آلیاژهای حافظهدار 3( مواد الکتروکرومیک 4( مواد پیزوالکتریک

4 نانو فناوری و علوم المپیاد ششمین 4 تا میکنند اضافه احیاگر یک آن به سپس و کرده حل آب درون را نقره نیترات مقداری نقره نانوذرات ساخت برای دانشآموز دو 10. میکند. اضافه محلول به قطره قطره را احیاگر دومی و میکند اضافه محلول به یکباره را احیاگر اولی دانشآموز شود. ایجاد نقره نانوذرات بود خواهد صورت چه به شکل و اندازه نظر از آزمایش دو این از آمده دست به نانوذرات کروی و ریزتر اولی 1( بیشکل و ریزتر اولی 2( کروی و درشتتر اولی 3( بیشکل و درشتتر اولی 4( است صحیح نانومواد سنتز در زیر موارد از کدامیک 11. است. باال خلوص با نانوپودرها انبوه تولید برای مناسب روشهای ازجمله مکانیکی آسیاکاری روش 1( کرد. تهیه انبوه طور به و دلخواه ابعاد با نانومتری ساختارهای توان می نوری لیتوگرافی روش از استفاده با 2( کرد. تهیه باریک بسیار اندازه توزیع با نانوذراتی توان می میکروامولسیون روش از استفاده با 3( است. فلزی نانوذرات تولید برای روشها بهترین از یکی ژل سل روش 4( نسبت و آمده دست به مساحت مجموع مرحله n از پس میکنیم. نصف را مکعبی اضالع مرحله هر در سازی کوچک فرایند یک در 12. میشود برابر چند ترتیب به شده ایجاد حجم به سطح 2 3n 1 و 1( 3n 2 2 n و 2 n )2 2 n و 6 2 n )3 6 2 n و 2 1 3n )4 نانوذره قطر اگر است. نانومتر 10 قطر دارای باشد می پوسته هسته- ساختار یک بهصورت که سولفاید کادمیوم طال- نانوذره یک 13. دهد می تشکیل پوسته حجم را نانوذره این از حجمی کسر چه باشد نانومتر 6 طال 2 5 ) )2 3 5 ) )4 دو این رابطه نمودار کدام در میدهد. نشان را ذرات قطر افقی محور و ذرات حجم به سطح نسبت عمودی محور زیر نمودارهای در 14. است شده داده نشان درستی به متغیر )2 )1

5 5 نانو فناوری و علوم المپیاد ششمین )4 )3 بین شدید واکنش سوخت نوع این در است. استفاده موشکها در جامد سوخت ساخت برای میتوان آلومینیوم نانوذرات از 15. است اختیار در متفاوت ساختارهای با آلومینیم سوخت نوع چهار میشود. زیادی بسیار انرژی شدن آزاد موجب اکسیژن و آلومینیوم تولید را بیشتری حرارتی انرژی سوختها این از یک کدام است. برابر یکدیگر با نمونهها این در موجود نانوذرات تمام جرم که طوری به 3=π(. میباشد. مترمکعب بر کیلوگرم 2700 و ثابت نمونهها تمام )چگالی کرد خواهند مکعبی نانوذره 1( 4 قاعده شعاع به ارتفاع نسبت با استوانهای نانوذره 2( کروی نانوذره 3( نمیباشد کافی اطالعات 4( است درست دما تغییر با مواد الکتریکی رسانایی رفتار مورد در گزینه کدام 16. مییابد. افزایش آن الکتریکی رسانایی و میشود بیشتر رسانا جسم تشکیلدهندهی ذرات جنبش دما افزایش با 1( مییابد. کاهش رسانایی نتیجه در و میکنند گذار رسانش نوار به ظرفیت نوار الکترونهای از تعدادی دما افزایش با رساناها نیمه در 2( میشود. بیشتر رسانایی نتیجه در و یافته افزایش ظرفیت نوار حفرههای و رسانش نوار الکترونهای تعداد دما افزایش با رساناها نیمه در 3( ندارد. مواد رسانایی روی تاثیری هیچ دما کاهش یا افزایش 4( نوک اینکه احتمال بزنید ضربه توپ این به تصادفی طور به شما و باشد شده بزرگ فوتبال توپ یک اندازه به C 60 فولرین یک اگر 17. است چقدر تقریبا کنید اصابت پنجضلعی قسمت به شما پای 2/6a( 2 با است برابر تقریبا ضلع همان با ضلعی شش مساحت و 1/7a 2 با است برابر تقریبا a ضلع به پنجضلعی مساحت )راهنمایی: 0/3 )2 0/2 )1 0/5 )4 0/4 )3 پودر صورت به که اولیه ماده ابتدا روش این در است. سرامیکی و فلزی مواد شکلدهی روشهای از یکی سینترینگ یا تفجوشی 18. و کرده نفوذ یکدیگر در مجاور ذرات اتمهای و شده تشدید اتمی نفوذ کوره باالی دماهای در میگذارند. کوره در و کرده پرس را است میآید. دست به پودر ذرات از مناسب استحکام با حجیم قطعه نتیجه در میچسبانند. هم به را ذرات به آنها چگالی رساندن و یکپارچه نمونه یک تهیه و پودری ذرات بین پیوند ایجاد جهت دما در تفجوشی عملیات انجام فیزیکی و مکانیکی خواص بهبود و خود میزان باالترین نفوذ و تفجوشی برای محرکه نیروی برخوردارست. فوقالعادهای اهمیت از بهینه زمان و است. سطحی انرژی کاهش ساختار در موجود وفرج خلل پرکردن جهت,5μm( مختلف اندازههای با نیکل پودر سه سینترینگ به مربوط دادههای زیر شکل هستند. ذرات این اندازه دهنده نشان C و A B میدهد. نشان را ) 50μm,50nm میکند تفسیر درستی به را نمودار این گزینهها از کدامیک

6 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 6 =50nm7 A=5μm7)1 B وC=50μm7 میباشد. چون هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد دمای کمتری برای تف جوشی نیاز است. =5μm7 A=50μm7)2 B وC=50nm7 میباشد. چون هرچه اندازه ذرات بزرگتر باشد دمای کمتری برای تف جوشی نیاز است. =5μm7 A=50nm7)1 B وC=50μm7 میباشد. چون هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد دمای بیشتری برای تف جوشی نیاز است. =5μm7 A=50nm7)1 B وC=50μm7 میباشد. چون هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد دمای کمتری برای تف جوشی نیاز است. 19. شکل 1 ریز ساختار یک جسم فوالدی توده ای چند بلوری )یا چند کریستالی( را نشان می دهد. شکل 2 نشان دهنده همان جسم پس از اعمال برخی فرآیندهای مکانیکی است. به دو سوال زیر پاسخ دهید. در صورتی که تنها نقص بلوری موجود در این قطعات مرزدانهها باشند کدامیک از عبارتهای زیر صحیح است 1( پس از اعمال فرآیند مکانیکی مقدار مرزدانهها افزایش یافته و در نتیجه استحکام مکانیکی قطعه فرایند شده کاهش مییابد. 2( پس از اعمال فرآیند مکانیکی مقدار مرزدانهها افزایش یافته و در نتیجه استحکام مکانیکی قطعه فرایند شده افزایش مییابد. 3( پس از اعمال فرآیند مکانیکی مقدار مرزدانهها کاهش یافته و در نتیجه استحکام مکانیکی قطعه فرایند شده کاهش مییابد. 4( پس از اعمال فرآیند مکانیکی مقدار مرزدانههاکاهش یافته و در نتیجه استحکام مکانیکی قطعه فرایند شده افزایش مییابد. 20. کدامیک از گزینه های زیر در مقایسه منابع الکترونی بکار رفته در تفنگ الکترونی TEM صحیح نیست 1( فیلمان تنگستن دمای کاری باالیی دارد اما مدت عمر نسبتا کوتاهی دارد. 2( مقدار خأل مورد نیاز در بلور LaB6 بسیار کمتر از مقدار خأل مورد نیاز در نشر میدانی سرد است. 3( دمای کاری بلور LaB6 از سایر منابع الکترونی باالتر است. 4( تابع کار فیلمان تنگستن بیشتر از LaB6 است. 21. دانش آموزی در عکسبرداری از نمونه خود به وسیله SEM بخش هایی از تصویر را کامال سفید مشاهده میکند. به نظر شما علت این پدیده چیست 1( نمونه رساناست و مقادیر زیادی الکترون از این نقاط عبور کرده اند. 2( نمونه نارساناست و هیچ الکترونی از این نقاط عبور نکرده اند. 3( نمونه رساناست و عکسبرداری با ولتاژ پایین صورت گرفته است. 4( نمونه نارساناست و تعداد زیادی الکترون در این نقطه تجمع کرده اند. 22. یک نمونه سرامیکی چند فازی برای تصویر برداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی )SEM( با طال پوشش داده شده است. به دلیل طوالنی شدن زمان پوشش دهی ضخامت پوشش طال از حد متعارف تجاوز کرده است. در تصویر برداری و مطالعه این نمونه با SEM چه مشکلی ممکن است ایجاد شود 1( مشاهده ذرات طال در تصاویر با بزرگنمایی زیاد 2( تغییر مورفولوژی و ظاهر نمونه در تصاویر با بزرگنمایی زیاد 3( عدم امکان مشاهده تفاوت عناصر سبک و سنگین در تصویر الکترون برگشتی 4( هر سه مورد صحیح است

7 7 نانو فناوری و علوم المپیاد ششمین مد در و XY صفحه در نانومتر 10 دقت با ماده یک سطح از دارید قصد )AFM( اتمی نیروی میکروسکوپ اپراتور عنوان به شما 23. )تعداد نوسان فرکانس میزان باشد دقیقه بر میکرومتر 12 میکروسکوپ )tip( نوک حرکت سرعت چنانچه کنید. تصویربرداری ضربهای است هرتز چند مناسب ثانیه( در برخورد 10 )1 20 )2 60 ) )4 است محتملتر زیر گزارههای از کدامیک شده فرایند قطعه و فرایند از قبل قطعه )XRD( ایکس اشعه پراش الگوی مقایسه با 24. میشود. زیاد آنها پهنای و یافته افزایش پیکها ارتفاع فرایند از پس 1( میشود. کم آنها پهنای و یافته افزایش پیکها ارتفاع فرایند از پس 2( میشود. زیاد آنها پهنای و یافته کاهش پیکها ارتفاع فرایند از پس 3( میشود. کم آنها پهنای و یافته کاهش پیکها ارتفاع فرایند از پس 4( کدامیک شده مشاهده پیکهای مورد در است. پودری نمونه یک )XRD( ایکس پرتو پراش از شده ثبت اطالعات نمونه زیر شکل 25. است صحیح زیر گزینههای از از ناشی )311( و )111( صفحههای برای شده مشاهده پراش زاویه اختالف 1( میباشد. آنها صفحهای بین فاصله بودن متفاوت از ناشی )311( و )111( صفحههای برای شده مشاهده پراش زاویه اختالف 2( میباشد. صفحات این اتمهای جنس و آرایش بودن متفاوت و )111( صفحههای برای شده مشاهده بازتابیده ایکس پرتو شدت اختالف 3( میباشد. آنها صفحهای بین فاصله بودن متفاوت از ناشی )311( و )111( صفحههای برای شده مشاهده بازتابیده ایکس پرتو شدت اخالف 4( میباشد. آنها چگالی بودن متفاوت از ناشی )311( به ذرات کردن یونیزه فرایند میدهد شتاب الکتریکی میدان یک در و کرده باردار را ذرات که است دستگاهی جرمی سنج طیف 26. وارد نیروی اثر در و میشوند مغناطیسی میدان یک وارد مسیر ادامه در شتابدار ذرات است. یکسان ذرات تمامی بار که است نحوی. میدهد. نشان را جرمی سنج طیف عملکرد و ساختار از طرحی زیر شکل میشوند. منحرف خود حرکت مستقیم مسیر از شده جرمی سنج طیف وارد متفاوت جرمهای با C و A B نانوذره 3 وارد برابر سرعت با دهنده شتاب مسیر انتهای در و شده روی بر مسیر پایان در ذرات این میشوند مغناطیسی میدان شدهاند. آشکار زیر تصویر در شده مشخص شکل به آشکارساز چپ به راست از را ذرات این جرم افزایش ترتیب گزینه کدام میدهد نشان درستی به

8 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 8 C B A )1 A B C )2 3( میزان انحراف عالوه بر جرم به چگالی ذرات وابسته است. 4( میزان انحراف مستقل از جرم بوده و وابسته به خواص مغناطیسی ذرات میباشد. 27. کدام خاصیت نانو پوشش ها سبب کاربرد آنها به عنوان سلول خورشیدی شده است استفاده از این پوششها چه مزیتی را ایجاد میکند 1( خواص الکترونیکی - به عنوان تقویت کننده سیم های انتقال الکتریسیته در سلولهای خورشیدی به کار می روند. 2( خواص الکترونیکی - به عنوان کاربرد در اتصاالت الکتریکی و مقاومت های موجود در سلولهای خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند. 3( خواص نوری - به منظور جلوگیری از تخریب نوری اجزای درونی سلول خورشیدی به کار می-روند. 4( خواص نوری - برای ایجاد پوشش های ضد بازتابی روی جمع کنندههای خورشیدی نشانده می-شوند. 28. دانشآموزی با استفاده از دستگاه کالری متر مقدار گرمای اکسایش یک گرم میکروذره آلومینیوم و یک گرم نانوذره آلومینیوم را اندازه گیری کرد. وی مشاهده کرد که گرمای آزاد شده از نانوذرات آلومینیوم بیش از میکروذرات آن است. دلیل این امر چیست 1( سرعت اکسایش نانوذرات بیشتر است. 2( ساختار بلوری نانوذرات آلومینیوم با میکروذرات آن متفاوت است. 3( انرژی سطحی ذخیره شده در نانوذرات بیشتر از میکروذرات است. 4( ساختار اکسید ایجاد شده از سوختن نانوذرات آلومینیوم با میکروذرات آن متفاوت است. در ادامه سوال قبل به این سوال پاسخ دهید: 29. این دانشآموز ذرات حاصل از اکسایش را درون قالبی ریخته و فشرده میکند به طوریکه فضای خالی بین ذرات باقی نمیماند. چگالی ماده حاصل از انجام این فرآیند بر کدام یک از ذرات زیر بیشتر است 1( نانوذرات آلومینیوم 2( میکروذرات آلومینیوم 3( چگالی هر دو برابر است. 4( پاسخ به این سوال به ساختار بلوری ذرات آلومینا حاصل بستگی دارد. 30. نقاط کوانتومی... گاف انرژی... دارند و پرتوی نور مرئی منتشر شده از آنها در اثر تاباندن پرتوی فرابنفش متمایل به رنگ... است. 1( بزرگتر- کوچکتر - آبی 2( کوچکتر - بزرگتر- قرمز 3( کوچکتر - بزرگتر- آبی 4( کوچکتر - کوچکتر- آبی 31. بر اساس بررسیهای صورت گرفته ساختار بلوری منیزیم تحت فشار 50GPa از HCP به BCC تبدیل میشود. در حین این تغییر فاز میزان فضای خالی موجود در این ماده چند برابر میشود )1 0/81 برابر )2 1/23 برابر )3 1/08 برابر )4 0/9 برابر

9 9 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 32. میکروتوبولها ریزلولههایی پروتئینی با قطر داخلی 12 نانومتر و قطر خارجی 24 نانومتر هستند که در ساختار اسکلت درون سلولی نقش مهمی دارند. ساختار این لولهها از پروتئینهای کروی تشکیل شده است. این پروتئینها در ساختار خود نقاطی با تمایل باال برای اتصال به یکدیگر دارند. در صورت وجود شرایط مساعد سرعت اتصال این پروتئینها به یکدیگر بیشتر از سرعت جدا شدنشان بوده و حاصل آن تشکیل میکروتوبولها خواهد بود. کدامیک از گزینههای زیر در مورد فرایند تشکیل میکروتوبولها صحیح است 1( میکرو امولسیون پایین به باال 2( خود آرایی پایین به باال 3( میکرو امولسیون باال به پایین 4( خود آرایی باال به پایین 33. آنتالپی استاندارد تشکیل کدام یک از فولرنهای زیر کمتر است C 180 )1 C 100 )1 C 80 )2 C 60 )1 34. طرح نشان داده شده در شکل زیر از کنار هم چیده شدن اتمهای طال بر روی یک زیرالیه فلزی ایجاد شده است. امکان ایجاد چنین طرحی با استفاده از کدام روش یا وسیله وجود دارد 1( میکروسکوپ تونل زنی روبشی )STM( 2( میکروسکوپ نیروی اتمی )AFM( 3( حکاکی باریکه الکترونی )EBL( 4( حکاکی باریکه پرتوی فرابنفش )UV( 35. یکی از روشهای شناسایی مواد مجهول استفاده از نانوذراتی از طال است که روی آنها یک ماده با خاصیت فلورسانس با استفاده از گروه تیول ) HS( متصل شده است. در کنار این موضوع وجود سایر گروههای تثبیت شده )که قابلیت اتصال انتخابی به مولکولهای مشخصی را دارند( روی نانوذرات طال به گونهای است که موجب تغییر طول موج جذب این نانوذرات میشود. شرایط ایجاد شده در نهایت منجر به خاموشی ساختار تشکیل شده میگردد. ورود مادهای با قابلیت اتصال انتخابی به گروههای موجود روی نانوذرات طال موجب روشن شدن مجدد این ساختار میشود. به این ترتیب امکان شناسایی مواد مجهول با حسگرهای انتخابی وجود دارد. با توجه به این توضیحات کدامیک از جمالت در مورد این روش صحیح است 1( مبنای این روش رقابت بین ماده مجهول و ماده فلورسانس برای اتصال به سطح طال است. 2( ماده فلورسانس به این دلیل خاموش می شود که محدوده نشر نور آن برابر جذب نانوذرات طال است. 3( مبنای این روش دفع ماده فلورسانس از سطح نانوذره طال به دلیل اتصال انتخابی گونه مجهول بر روی سطح نانوذره میباشد. 4( دلیل روشن شدن مجدد ساختار خاصیت فلورسانسی ماده مجهول است.

10 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو یکی از مهمترین فرایندهای شناسایی گونههای مجهول توسط حسگرها تغییر میزان رسانایی ماده حسگر در حضور گونه مجهول است. به این صورت که با وارد شدن مادهای که قرار است حضور آن در محیط آشکار گردد مقدار رسانایی حسگر کم یا زیاد شده و حضور این ماده آشکار میشود. نانوسیمهای نمیه رسانای اکسید فلزی که قابلیت واکنش شیمیایی با ماده مجهول را دارند یکی از پرکاربردترین نانومواد مورد استفاده در ساخت نانوحسگرهای گازی هستند. اکسایش واکنشی است که عامل اکسنده )مانند اکسیژن( الکترونهای ماده اکسید شونده را جذب میکند و در واکنش احیاء ماده احیاگر )مانند کربن منوکسید( الکترون به ماده احیاء شونده میدهد. در صورت استفاده از نانوسیمهای نیمه رسانای نوع n و p به عنوان حسگر در شناسایی کدامیک از گزینههای زیر تغییرات مقاومت حسگر در حضور گازهای اکسنده و احیاگر را به درستی نشان می دهد )G معرف هدایت یا رسانایی می باشد(. )2 )1 )4 )3 37. در شبیه سازی دینامیک مولکولی محاسبات برای تک تک ذرات تشکیل دهنده سیستم انجام میشود. با توجه به تعداد بسیار باالی ذرات تشکیل دهنده سیستمهای مورد مطالعه سعی میشود در صورت وجود شرایط مساعد نمونهای با کمترین جمیعت ممکن از ذرات تشکیل دهنده سیستم در نظر گرفته شده و فرض میشود سیستم اصلی مورد مطالعه از تکرار تعداد زیادی از این نمونه ایجاد میشود. از اینرو فرض میشود که شرایط در مرزهای این نمونه تکرار شونده است و ذره خروجی از هر طرف نمونه از سمت مقابل وارد سیستم میشود. استفاده از چنین فرضی برای کدامیک از گزینههای زیر نادرست است 1( مطالعه خاصیت روانکاری بین صفحات گرافیت 2( مطالعه یک فولرین ( 60 C( تحت فشار باال 3( مطالعه یک نانولوله درحال کشش به طول 1 µm 4( مطالعه یک صفحه گرافن با طول و عرض 1 µm قرار گرفته در زمینه پلیمری 38. فنول ماده ای سمی است که فرمول ساختاری آن به صورت زیر می باشد. اگر فرض کنیم فنول برای از بین بردن سلولهای سرطانی موثر است و از آن برای از بین بردن سلولهای سرطانی استفاده کنیم شکل قرارگیری فنول در کدام یک از ساختارهای لیپوزومی زیر در داخل بدن صحیح می باشد توضیح: لیپوزومها از تجمع مولکولهای دوگانه دوست به شکل زیر ساخته میشوند.

11 11 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو )4 )3 )2 )1 39. جدول زیر نشان دهنده پتانسیل کاهش استاندار فلزات قلع سرب منیزیم و آهن میباشد. در صورتی که به محلول حاوی غلظت مولی برابر کاتیونهای این 4 فلز که در حال همخوردن است محلول حاوی یک احیا کننده قوی مانند NaBH4 )پتانسیل کاهش استاندار سدیم 2/71- V است( بهصورت قطره قطره افزوده شود بیشترین احتمال برای تشکیل ساختارهای هسته-پوسته و آلیاژی با مشارکت کدام جفت فلز می باشد فلز پتانسیل کاهش استاندار )V( -0/13 سرب -0/14 قلع -0/41 آهن -2/36 منیزیم 1( هسته-پوسته: منیزیم-قلع آلیاژی: سرب-منیزیم 2( هسته-پوسته: آهن-منیزیم آلیاژی: سرب-قلع 3( هسته-پوسته: قلع-منیزیم آلیاژی: سرب-آهن 4( هسته-پوسته: سرب-آهن آلیاژی: قلع-منیزیم 40. کدام یک از گزینههای زیر ویژگیهای مناسب برای یک سامانه دارورسانی نانویی را بیان میکند 1( اندازه بسیار کوچک برای فرار از سیستم های دفاعی بدن )حدود 10 نانومتر( زیستسازگاری و زیست تخریبپذیری 2( وجود عوامل تشخیصی و ردیابی وجود قابلیت بارگذاری داروهای متفاوت 3( وجود قابلیت انباشته شدن در اندامکهای سلولی 4( همه موارد 41. برای پایدارسازی ابعادی نانوسامانههای دارویی در سیستم گردش خون کدام روش مناسب تر است 1( تنظیم ph محلول حاوی نانو سامانه در حین فرآیند تولید به منظور باردار کردن سامانه دارویی 2( استفاده از امواج فراصوت )اولتراسونیک( بر روی محلول حاوی دارو قبل از تزریق 3( اتصال مولکولها یا پلیمرهای ویژه به سطح نانوسامانه دارویی 4( آبگریز کردن نانوسامانه دارویی 42. از نانوذرات مغناطیسی مانند اکسید آهن برای بهبود کیفیت تصویر در تصویربرداری تشدید مغناطیسی )MRI( استفاده میشود. برای این منظور سطح این ذرات با دستهای از مولکولها و گروههای عاملی اصالح میشود. کدام مورد از اهداف این اصالح سطح نیست

12 نانو فناوری و علوم المپیاد ششمین 12 ذرات سمیت کاهش 1( ها آن به بادی آنتی اتصال تسهیل 2( بدن در ذرات فیزیکوشیمیایی پایداری افزایش 3( ذرات مغناطیسی خواص بهبود 4( می گردش حال در خون در غیرفعال صورت به عادی حالت در که هستند بدن مولکولهای از خاصی گروه مکمل" های "پروتئین 43. ساختارها این میدهند. تشکیل مانند حلقه ساختارهایی یکدیگر کمک با و شده فعال میکروبها با برخورد در پروتئینها این باشند. میشوند. مرگشان سرانجام و خارج به آنها درونی مواد نشت باعث ترتیب این به و میکنند ایجاد میکروب غشای در منافذی مبارزه به بدن( ایمنی سیستم خود های ترفند )ازجمله مختلف های مکانیسم با که هستند آن پی در دانشمندان نانو فناوری پیشرفت با کند ایفا را مکمل های پروتئین نقش تواند می نانومواد از کدامیک شما نظر به بپردازند. ها میکروب با پپتیدی های نانولوله 1( ها نانومیله 2( لیپوزوم 3( دندریمر 4( تیول گروه یک توسط X( )رشته DNA از دوست آب رشتهای تک که میکنید مشاهده را طال از سطحی زیر طرحوارههای در 44. در ابتدا X رشتههای است. متصل )الف( فلوراید دارای آبگریز گروه یک X رشته تک دیگر انتهای به است. شده متصل آن به )-SH( یور DNA رشتههای از آرا خود الیههای تک شکل به سپس و میآیند در خورده تا حالت به و گرفته قرار 4/5 با معادل ph با محیطی به پ( )شکل I حالت از X رشتههای 8/5( با معادل ph( برود پیش شدن بازی سمت به شرایط اگر )ب(. میشوند داده قرار طال سطح حالت در دوتایی ساختار محیط در Y مکمل رشتههای حضور با میشوند. تبدیل ت( )شکل II حالت مثل شده کشیده رشتههای شکل نیست صحیح گزاره کدام فرآیند این مورد در میشود. ایجاد ث( )شکل III الف ب پ ت ث بازگشت. DNA اولیه ساختار به میتوان III حالت در محیط ph تغییر و اسید افزودن با 1( است. بینظمی( )افزایش انتروپی تغییر با همراه II به I حالت از ساختار تبدیل 2( است. III حالت از کمتر II حالت در ساختار آبگریزی 3( شد. خواهد آبگریز ساختار این سطح اسیدی شرایط در 4(

13 13 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 45. ریزساختار سطح تأثیر بسیاری بر روی ترشوندگی سطح )آب دوستی یا آبگریزی( دارد از اینرو مطالعه ریزساختار سطح برای ایجاد ساختارهایی با رفتار ابرآب دوستی یا ابرآب گریزی اهمیت بسیاری دارد. برای نمونه خاصیت آبگریزی ساختار مورد بحث در سوال قبلی در شرایطی که زیر الیه دارای پستی و بلندی های زیادی باشد بسیار مشهودتر خواهد بود. برای بررسی تأثیر زیرالیه بر روی این خواص از دو زیرالیه نشان داده شده در شکل استفاده شده است )تصاویر میکروسکوپ الکترونی(. برای بررسی دقیق سطح زیرالیههای زیر با دقت باال ممکن در میکروسکوپ نیروی اتمی )AFM( کدام یک از گزینههای زیر انتخاب بهتری برای پروب است 1( زیرالیه الف: پروب T شکل - زیرالیه ب: پروب سیلیکونی نوک تیز 2( زیرالیه الف: پروب با نوک نانولوله کربنی تک جداره - زیرالیه ب: پروب T شکل 3( زیرالیه الف: پروب با نوک نانولوله کربنی تک جداره - زیرالیه ب: پروب کروی 4( زیرالیه الف: پروب سیلیکونی نوک تیز - زیرالیه ب: پروب T شکل 46. در صورت تابش باریکه نور به محیط تاریک ذرات ریز گرد و غبار که در شرایط عادی قابل رویت نیستند به شکل نقاط براقی به صورت لحظهای در باریکه نور دیده میشوند. دلیل وقوع این پدیده اساس کدامیک از روشهای زیر در مطالعه نانوذرات است 1( پراکندگی نور پویا )DLS( 2( میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک )SNOM( 3( طیف نگاری فرابنفش مرئی )UV-Vis( 4( این پدیده یک پدیده میکرومتری است و بنابراین اساس آن مبنای هیچ روشی برای مطالعه نانوذرات نخواهد بود. 47. چنانچه در سوال قبل اشاره شد ریزساختار سطح تاثیر زیادی بر میزان ترشوندگی آن دارد. دانشمندان برای ساخت سطوح آبگریز از ساختار برگ گیاهان تقلید کردهاند. کدام بخش از اجزای برگ گیاه برای این تقلید زیستی مورد استفاده بوده است ساز و کار خودتمیز شوندگی در این سطوح چیست 1( منافذ تنفسی سلول گیاه حضور دائم حبابهای کوچک در سطح و ممانعت از ترشدن سطح 2( قطرات ریز چربی سطح گیاه آب گریزی سطح به دلیل چرب شدن آن 3( اندامکهای زیر سطح گیاه پس زده شدن قطرات آب توسط باروهای مکانیکی 4( نانوبلورهای سطح گیاه زبری زیاد سطح در مقیاس میکرو و نانومتری 48. ذرات معلق یکی از معضالت بزرگ زیست محیطی هستند. حادترین نوع این پدیده در اثر پراکنده شدن ذرات گرد و خاک با اندازه کمتر از 10 میکرومتر در هوا ایجاد میشود. تنفس این ذرات بسیار خطرناک بوده و موجب بیماریهای قلبی و ریوی میشود. برای تبدیل یک پارچه معمولی به ماسکی برای تنفس ایمن در محیطی با غلظت باالی ریزگرد کدام روش مناسبتر است 1( پوشش دادن الیهای از گرافن بر روی پارچه به روش رسوب شیمیایی بخار 2( پوشش دادن الیهای از نانو ذرات آیروژل بر روی پارچه با روش رسوب فیزیکی بخار 3( پوشش دادن الیهای از نانوالیاف بر روی پارچه با روش الکتروریسی

14 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 14 4( پوشش دادن الیهای از زئولیتها بر روی پارچه با روش هیدروترمال

15 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو 15

16 16 ششمین المپیاد علوم و فناوری نانو