اثر برهمکنش های سه ذره ای جذب سطحی گاز روی گرافیت با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………… 1

فصل اول مقدمه

1-1نیروهای بین مولکولی ………………………………………………………………………………………………………………….2

1-1-1انرژی پتانسیل و نیروهای بین مولکولی……………………………………………………………………………………….3

1-2 بدست آوردن تابع پتانسیل بین مولکولی از داده های تجربی……………………………………………………………..5

1-3 پتانسیل ها در شبیه سازی های دینامیک مولکولی…………………………………………………………………………….6

1-3-1 پتانسیل های دو ذره ای……………………………………………………………………………………………………………6

1-3-1-1 پتانسیل کره سخت………………………………………………………………………………………………………………6

1-3-1-2 پتانسیل کره نرم…………………………………………………………………………………………………………………..7

1-3-1-3 پتانسیل چاه مربعی………………………………………………………………………………………………………………7

1-3-1-4 پتانسیل لنارد – جونز…………………………………………………………………………………………………………..7

1-3-1-5 پتانسیل باگینگهام………………………………………………………………………………………………………………..8

1-3-1-6 پتانسیل استوک مایر…………………………………………………………………………………………………………….8

1-3-1-7 پتانسیل کیهارا……………………………………………………………………………………………………………………..9

1-3-2 پتانسیل های سه ذره ای…………………………………………………………………………………………………………..9

1-3-2-1 پتانسیل سه ذره ای اکسیلرود – تلر……………………………………………………………………………………..10

1-3-2-2 پتانسیل سه ذره ای مارچلی  – سادوس……………………………………………………………………………….11

1-3-2-3 پتانسیل سه ذره ای ونگ – سادوس…………………………………………………………………………………….12

1-3-2-4 پتانسیل هوس چایلید و پریسنیتز  (PH)………………………………………………………………………………12

1-4 هدف این تحقیق……………………………………………………………………………………………………………………….13

فصل دوم: بررسی متون شبیه سازی دینامیک مولکولی انجام گرفته

2-1 مختصری از بررسی‌های انجام گرفته شبیه سازی های دینامیک مولکولی جذب گازها بر روی بسترهای کربن غیر گرافیتی…………………………………………………………………………………………………………………………….14

2-2 شبیه سازی های دینامیک مولکولی انجام گرفته جذب سطحی روی گرافیت…………………………………….15

فصل سوم: تئوری جذب سطحی و شبیه سازی دینامیک مولکولی

3-1 جذب سطحی………………………………………………………………………………………………………………………….18

3-1-1 دسته بندی جذب سطحی گازها روی جامدات…………………………………………………………………………19

3-1-2 گرمای جذب سطحی…………………………………………………………………………………………………………….20

3-1-3 منحنی همدمای جذب سطحی………………………………………………………………………………………………..20

3-1-3-1 همدمای جذب لانگمویر……………………………………………………………………………………………………21

3-1-3-2 همدمای بی ای تی (BET)…………………………………………………………………………………………………21

3-1-3-3 همدمای جذب تمکین……………………………………………………………………………………………………….22

3-1-3-4 همدمای جذب فرویندلیش…………………………………………………………………………………………………23

3-1-4 بستر جاذب (سوبسترا)…………………………………………………………………………………………………………..23

3-1-4-1سوبسترا های کربنی……………………………………………………………………………………………………………23

3-1-4-2 فولرن……………………………………………………………………………………………………………………………..24

3-1-4-3 گرافن……………………………………………………………………………………………………………………………..24

3-1-4-4 گرافیت………………………………………………………………………………………………………….. 24

3-1-4-5 نانو تیوپ……………………………………………………………………………………………………….. 24

3-2 شبیه سازی دینامیک مولکولی………………………………………………………………………………………. 25

3-2-1 تاریخچه شبیه سازی دینامیک مولکولی………………………………………………………………………. 26

3-2-2 کاربردهای شبیه سازی دینامیک مولکولی…………………………………………………………………….. 27

3-2-3 روش دینامیک مولکولی…………………………………………………………………………………………. 27

3-2-4 خواص قابل اندازه گیری در شبیه سازی MD………………………………………………………………. 28

3-2-5 شرایط مرزی متناسب…………………………………………………………………………………………….. 29

3-2-6 نقاط ضعف شرایط مرزی متناوب…………………………………………………………………………….. 30

3-2-7 مقایسه روش شبیه سازی دینامیک مولکولی با روش شبیه سازی منت کارلو…………………………. 31

3-2-8 دینامیک مولکولی پتانسیل های پیوسته……………………………………………………………………….. 31

3-2-8-1  الگوریتم ورلت……………………………………………………………………………………………….. 32

3-2-8-1-1 الگوریتم اساسی ورلت…………………………………………………………………………………… 32

3-2-8-1-2 الگوریتم سرعت ورلت…………………………………………………………………………………… 32

3-2-8-1-3 الگوریتم جهش ورلت……………………………………………………………………………………. 33

3-2-9 نرم افزار 4.03DL-POLY …………………………………………………………………………………….. 33

3-2-9-1 فایل Config……………………………………………………………………………………………………. 34

3-2-9-2 فایل Contrl…………………………………………………………………………………………………….. 36

3-2-9-3 فایل field………………………………………………………………………………………………………. 38

3-2-9-4 فایل table………………………………………………………………………………………………………. 40

فصل چهارم نتایج و بحث

4-1 ساختارهای اولیه شبیه سازی………………………………………………………………………………………… 42

4-2 جزئیات شبیه سازی…………………………………………………………………………………………………… 44

4-3 توابع پتانسیل های استفاده شده…………………………………………………………………………………….. 45

4-3-1 تابع پتانسیل لنارد – جونز (LJ)……………………………………………………………………………….. 45

4-3-2 تابع پتانسیل دو ذره ای استیل………………………………………………………………………………….. 45

4-3-3 روش محاسبه پتانسیل سه ذره ای بکار رفته…………………………………………………………………. 46

4-4 نتایج و بحث شبیه سازی جذب سطحی گاز آرگون و زنون روی سطح گرافیت……………………….. 46

4-5 کارهای پیشنهادی که در آینده می‌تواند در این زمینه انجام شود…………………………………………….. 53

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………….. 55

 

 

 

فهرست جداول

جدول 3-1 مقایسه خصوصیات جذب سطحی شیمیایی و جذب سطحی فیزیکی……………………………………20

جدول 3-2 متغییرهای ترمودینامیکی مرتبط با شبیه سازی……………………………………………………………………. 28

جدول 3-3 راهنمای فایل Config (خط دوم، عدد اول)……………………………………………………………………….35

جدول 3-4 راهنمای فایل Config شرایط مرزی متناوب (خط دوم و عدد دوم)……………………………………..35

جدول 3-5- راهنمای عدد سوم در دستور فایلControl………………………………………………………………………..37

جدول 4-1 پارامترهای لنارد جونز (LJ) برای اتم های مشابه……………………………………………………………….45

جدول 4-2 ضرایب تنظیم پذیر بدست آمده برای جذب سطحی آرگون در چند فشار مختلف…………………..52

جدول 4-3 ضرایب تنظیم پذیر بدست آمده برای جذب سطحی زنون در چند فشار مختلف……………………..52

………………………………………………………………………………………………..52a، b،d،cجدول 4-4 مقادیر پارامترهای

فهرست اشکال

شکل (1-1) تابع انرژی پتانسیل بین مولکولی……………………………………………………………………………………….4

شکل (1-2) بر همکنش های سه ذره ای اکسیلرود – تلر………………………………………………………………………11

شکل (3-1) شرایط مرزی متناوب در دو بعد……………………………………………………………………………………….30

شکل (3-2) : نمونه فایل  Config……………………………………………………………………………………………………36

شکل (3-3): نمونه فایل Control…………………………………………………………………………………………………….38

شکل (3-4): نمونه فایل field…………………………………………………………………………………………………………40

شکل (3-5) نمونه فایل table………………………………………………………………………………………………………….41

شکل 4-1 ساختار اولیه گرافیت ساخته شده…………………………………………………………………………………….43

شکل 4-2 ساختار یک سیستم جذب سطحی گاز روی گرافیت……………………………………………………………..43

شکل 4-3 مقایسه بین نمودار همدمای جذب سطحی آرگون روی سطح گرافیت با استفاده از پتانسیل دو ذره‌ای باتجربه……..48

شکل 4-4 نمودار همدمای جذب سطحی زنون در سطح گرافیت با استفاده از پتانسیل دو ذره ای باتجربه…..49

شکل 4-5: مقایسه بین نمودارهای همدمای جذب سطحی آرگون روی گرافیت، بدست آمده با استفاده از پتانسیل های دو ذره ای و سه ذره ای باتجربه…………………………………………………………………………………….50

شکل 4-6: نمودارهای همدمای جذب سطحی زنون روی گرافیت با استفاده از پتانسیل‌های دو ذره ای و سه ذره ای با تجربه………………………………………………………………………………………………………………………………..51