سعداله ابراهیمی

در ابتدا با استفاده از نظریه تابعی چگالی تاثیر ایجاد حفره و همچنین القای بار الکتریکی بر برهمکنش مولکول آب با نانوصفحه بورنیتریدی در دو حالت دست نخورده و حفره دار مورد مطالعه قرار گرفت. معلوم شد که مولکول آب بر روی سطح فاقد حفره به صورت مولکولی جذب فیزیکی میشود. در مقابل، این مولکول در درون حفره تفکیک شده و مکانیزم تفکیک آن بستگی به اندازه بار القا شده بر نانوجاذب دارد. در بخش دوم تحقیق قابلیت کاربرد ساختارهای حاصل از تفکیک آب بر نانو صفحه حفره دار برای اکسایش مولکول کربن منوکسید و احیا رادیکال ایزوسیانید با استفاده از نظریه تابعی چگالی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اکسیداسیون از طریق برهمکنش با اتم اکسیژن و احیا از طریق برهمکنش با اتمهای هیدروژن متصل به جداره حفره انجام میگیرد. در بخش سوم، یک شکل اصالح شده نیروی پراکندگی از نظریه تابعی چگالی برای درک قدرت برهمکنش حلالهای مختلف )اتانول، استون و آب( با نانو صفحه بورنیتریدی شش وجهی مورد استفاده قرار گرفته است. صحت روش بهکار برده شده در این تحقیق و لذا قابلیت کاربرد نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تجربی در دسترس و نیز نتایج حاصل از روش خوشه مزدوج در سطح برانگیختگی دوگانه و سه گانه تایید شده است. معلوم شد که نانوصفحه بی نقص نمیتواند حاللهای انتخاب شده را به خوبی جذب نماید، در حالیکه پس از ایجاد نقص در شبکه بورنیتریدی قدرت جذب برای اتانول و آب به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. در همه موارد باال خواص ساختاری و الکترونی شامل انرژی آزاد گیبس تشکیل نانوصفحه، بارهای الکترواستاتیکی اربیتال پیوندی طبیعی، توزیع چگالی الکترونی، شکاف انرژی، پتانسیل شیمیایی، سختی شیمیایی کل و شاخص الکترون دوستی برای درک عوامل موثر بر انجام برهمکنش مورد استفاده قرار گرفته- اند. در بخش پایانی تحقیق شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از نرم افزار لمپس برای بررسی امکان جداسازی مخلوط 71 %عددی مونو اتیلن گلیکول در آب توسط یک غشا بور نیتریدی حفره دار تحت دو فشار 5/7و 71 اتمسفر مورد بررسی قرار گرفت. بر طبق نتایج در فشارهای 5/7 و 71 اتمسفر درصد عددی مولکولهای آب عبور کرده از حفره به ترتیب 17 %و 78 %بوده و زمان شبیه سازی برای فشار 71 اتمسفر یک پنجم مقدار مربوط به فشار 5/7 اتمسفر میباشد.

در این تحقیق پایداری ترمودینامیکی نانو صفحات بور نیتریدی دوپه شده با اتم کربن در اندازه های 5×5، 6×6، 7×7 و8×8 و در دو حالت جایگزینی اتم بور (CB-BNNS) و جایگزینی اتم نیتروژن (CN-BNNS) با استفاده از روش نظریه تابعی چگالی (DFT) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می-دهد در حالیکه تشکیل حفره با حذف اتم N مساعدتر است سیستم کاملا مسطح CB-BNNS از نظر ترمودینامیکی پایدارتر است. علاوه بر این، جذب هیدروژن مولکولی (H2) بر اندازه های مختلف از سیستم CB-BNNS و نیز تاثیر دوپه کردن دو اتم کربن در دو حالت کم چینش (اتمهای کربن دور از هم دیگر) و پرچینش (اتمهای کربن نزدیک همدیگر) بر پایداری ترمودینامیکی نانو صفحه 8×8 و کیفیت جذب H2 با روشDFT مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر چگونگی چینش اتم های کربن در سطح نانو جاذب ونیز تاثیر دما بر فرآیند جذب H2 با استفاده از دینامیک مولکولی نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که برای حصول انرژی جذب و درصد جرمی بالاتر H2 سیستم پرچینش ارجح است هرچند در این حالت مورفولوژی سطح جاذب تا حدودی تغییر می یابد.

در این پایان­ نامه بااستفاده از شبیه ­سازی دینامیک مولکولی غیرتعادلی به بررسی هدایت حرارتی گرافین و گرافین حاوی نقص جای خالی، با تراکم نقص­های متفاوت می­پردازیم. این نقص­ها بر روی اتم نوع c1و c2 گرافین وهمچنین برروی اتم نوع c1، نوع c2 و نوع c3 گرافدین به صورت تصادفی انتخاب می­شوند. بعد از انجام شبیه­سازی هدایت حرارتی گرافین و گرافدین خالص و همچنین هدایت حرارتی گرافین و گرافدین حاوی نقص جای خالی با تراکم نقص­های متفاوت را به دست می­آوریم. برای بررسی بهتر تغییرات هدایت حرارتی در تراکم نقص­های متفاوت، طیف فونونی گرافین و گرافدین خالص را با طیف فونونی گرافین و گرافدین حاوی نقص جای خالی مقایسه کرده و در نهایت، اثر شکل صفحات گرافین و گرافدین را بر طیف فونونی و هدایت حرارتی بررسی می­کنیم.

در سال های اخیر، گرافن که یکی از مهم ترین آلوتروپ های کربن می باشد، به دلیل خواص فوق العاده فیزیکی و مکانیکی به عنوان مثال هدایت حرارتی بالا، بسیار نازک بودن و استحکام بالا، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. خواص فیزیکی و مکانیکی گرافن، که برای توسعه فناوری مهم هستند، به وجود ناکاملی حساس می باشند، در طول سنتز گرافن احتمال وجود نقص در ساختار آن وجود دارد، که می توان به نقص هایی مانند جای خالی، اضافه کردن اتم، استون ـ والز و غیره اشاره کرد. نقص های ساختاری می تواند خواص حرارتی گرافن را تغییر دهد. نقص های استون ـ والز از مهم ترین نقص های توپولوژیکی هستند، که نقش مهمی در تغییر شکل، شکل گیری، شکاف و شکنندگی نانو ساختار ها ایفا می کنند، و همچنین منجر به تغییر خواص ساختار باند الکترونیکی، تراکم حالات گرافن، و باعث تغییر واکنش شیمیایی شبکه ی گرافن می شوند. بنابراین در این کار پژوهشی به بررسی تاثیر جهت گیری و تراکم نقص استون ـ والز محوری (نوع1) و زاویه دار (نوع2) بر هدایت حرارتی نانو روبان های گرافن با کایرالیتی زیگزاگ و آرمچیر پرداخته می شود. در اینجا، نقص ها را به صورت تصادفی در نانو روبان گرافن پخش نموده، و از شبیه سازی دینامیک مولکولی غیر تعادلی معکوس جهت به دست آوردن هدایت حرارتی استفاده می شود. نتایج نشان می دهند که به ازای وجود نقص در گرافن هدایت حرارتی به اندازه ی 40-35% برای هر دو نقص محوری و زاویه دار کاهش می یابد و همچنین برای تراکم های بالای نقص میزان کاهش هدایت حرارتی کم تر می باشد. علاوه بر این وابستگی تراکم و جهت گیری نقص استون ـ والز بر همپوشانی توان طیفی بررسی می شود. در بخش دوم پایان نامه، هدایت حرارتی نانوسیال با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی غیر تعادلی معکوس مورد مطالعه قرار می گیرد. هدف از بررسی نانو سیال، رسیدن به بیشترین هدایت حرارتی ممکن با پراکندگی یکنواخت و پایداری نانو ساختار ها در سیال پایه می باشد. به این منظور، هدایت حرارتی آب خالص حاوی گرافن بدون نقص و دارای نقص بررسی شده، و اثر تراکم نقص استون ـ والز و خروج از سطح اتم های گرافن بر نانو سیال بر هدایت حرارتی مورد تحقیق قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که گرافن بدون نقص هدایت حرارتی آب را به اندازه ی 55% افزایش می دهد، با افزایش تراکم نقص و تغییر شکل گرافن هدایت حرارتی نانو سیال در مقایس