دانلود پروژه:مطالعه برهم‌کنش نانو صفحات گرافن مانند با برخي آلاينده‌هاي محيط زيست  به عنوان عنصر تشخيص در حسگرها

فهرست مطالب………………………………………………………………………………………………………………………………….. ط

فهرست شکل‌ها……………………………………………………………………………………………………………………………………ل

فهرست جدول‌ها………………………………………………………………………………………………………………………………..ن

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………س

فصل اول: نانو ساختارهای گرافنی و کاربرد آن‌ها به عنوان حسگر……………………………………1

1-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………..………….2

1-1-1 راه‌های کنترل آلودگی………………………………………………………………………………………………………………..3

1-1-2 نانوحسگرها…………………………………………………………………………………………………………………………………4

 

فصل دوم: روش‌های محاسباتی………………………………………………………………………………….13

2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….14

2-2 تقریب بورن- اوپنهایمر…………………………………………………………………………………………………………….14

2-3 نظریه تابعی چگالی………………………………………………………………………………………………………………….15

2-3-1 مقدمه    …………………………………………………………………………………………………………………………………..15

2-3-2 تئوری هانبرگ – کوهن………………………………………………………………………………………………………17

2-3-2-1 روش هوهنبرگ – کوهن……………………………………………………………………………………………… 20

2-3-2-2 روش کوهن – شم………………………………………………………………………………………………………….21

2-3-3 تقریب چگالی موضعی(LDA)…………………………………………………………………………………………..25

2-3-4 تقریب چگالی اسپین موضعی(LSDA)……………………………………………………………………………27

2-3-5 تصحیح گرادیان و تابعی‌های هیبریدی……………………………………………………………………………….29

2-3-5-1 تقریب B3LYP……………………………………………………………………………………………………………30

2-4 مجموعه پایه…………………………………………………………………………………………………………………………….32

فصل سوم : مطالعه جذب آلاینده‌ها برروی نانوصفحات گرافن مانند………………………………35

3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….36

3-2 آشنایی با Gaussian 09……………………………………………………………………………………………………..36

3-3 بخش اول: مطالعه نظریه تابعی چگالی جذب مولکول آکرولئین برروی گرافن‌های طبیعی و دوپه شده با اتم آلومینیوم…………………………………………………………………………………………………………………….37

3-3-1 مولکول آکرولئین…………………………………………………………………………………………………………………37

3-3-2 گرافن……………………………………………………………………………………………………………………………………39

3-3-2-1 مروری بر روش‌های تولید گرافن……………………………………………………………………………………41

3-3-2 جذب آکرولئین بر روي نانوصفحات گرافن طبیعی…………………………………………………………….42

3-3-2-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………42

3-3-2-2 شرح محاسبات………………………………………………………………………………………………………………..45

3-3-2-3 بحث و نتيجه‌گيري…………………………………………………………………………………………………………48

3-3 بررسی جذب مولکول آکرولئین بر روی صفحات گرافنی دوپه شده با اتم Al………………………51

3- 3- 2- 4 بررسي واجذب مولكول آكروليئن در حضور ميدان الكتريكي از سطح AlG…………..57

3- 3- 3 بررسي جذب هيدروژن سيانيد بر روي گرافن‌هاي دوپه شده با Al وSi……………………….60

3- 3- 3- 1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….60

3- 3- 3- 2 شرح محاسبات……………………………………………………………………………………………………………63

3- 3- 3- 3 بحث و نتيجه‌گيري……………………………………………………………………………………………………..64

3- 3- 3- 3- 1 جذب HCN بر روي SiG………………………………………………………………………………….64

3- 3- 3- 3- 2 بررسي جذب HCN بر روي AlG……………………………………………………………………..68

3- 3- 4 بررسي جذب مولكول‌هاي نیتروژن دي اكسيد و آمونياك برروي صفحات AlN………….74

3- 3- 4- 1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….74

3- 3- 4- 2 معرفي دو گاز NO₂ و NH₃……………………………………………………………………………………76

3- 3- 4- 3 شرح محاسبات……………………………………………………………………………………………………………78

3- 3- 4- 4 بحث و نتيجه‌گيري……………………………………………………………………………………………………..78

فصل چهارم: جمع‌بندی…………………………………………………………………………………………………………………….86

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….90

فهرست شکل‌ها

شکل 1-1 تشکیل نانولوله از پیچیدن گرافن………………………………………………………………………………………11

شکل 1-2 شکل سمت چپ پیوند بین اتمهای کربن و سمت راست طیف انرژی پیوندها را در گرافن نشان می‌دهند……………………………………………………………………………………………………………………………………12

شکل 1-3 بردارهای شبکه و سلول واحد گرافن (a₁وa₂)، بردارهای مشخص کننده سلول واحد نانولوله…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..12

شکل 3-1  ساختار گلوله و میله ( Ball-and-Stick) مولکول آکرولئین……………………………………….38

شکل 3-2 گرافن به عنوان مبنا برای تمام مواد کربنی……………………………………………………………………….40

شكل 3-3جذب فيزيكي  الف) به صورت تک لایه  ب) به صورت چندلايه¬اي………………………………..43

شكل3-4 الف) شماي جذب، ب) جذب شيميايي تك لايه………………………………………………………………..43

شکل 3-5 نمای شماتیک از صفحه گرافن (الف) طبیعی و (ب) گرافن دارای اتم Al به همراه نمودارهای DOS مربوط به آن‌ها………………………………………………………………………………………………………..45

شكل 3-6 ساختارهای نهایی بهینه شده برای جذب آکرولئین برروی گرافن……………………………………47

شکل 3-7 نمودار MEP برای جذب آکرولئین برروی گرافن طبیعی……………………………………………….49

شکل 3-8 ساختارهای بهینه شده نهایی برای جذب آکرولئین برروی AlG ونمودارهای DOS مربوط به آن‌ها………………………………………………………………………………………………………………………………………54

شکل 3-9 نمودار تغییرات انرژی جذب آکرولئین برروی AlG در حضور مقادیر مختلف میدان الکتریکی……………………………………………………………………………………………………………………………………………….59

شکل 3-10 نمای شماتیک بهینه شده ساختارهای SiG   (a نمای جلو (b نمای بالا ) وc ) نمودار DOS مربوط به آن……………………………………………………………………………………………………………………………..63

شکل 3-11 نمای شماتیک بهینه شده ساختارهای SiG، (a ساختار A1، (b ساختار A2 و (c ساختار A3 و نمودارهای DOS مربوط به آن‌ها………………………………………………………………………………..65

شکل 3-12 ساختار بهینه شده AlG ونمودار DOS مربوط به آن………………………………………………….69

شکل 3-13 ساختارهای نهایی بهینه شده برای جذب HCN  برروی AlG……………………………………71

شکل 3-14 نمای شماتیک بخشی از صفحه بهینه شده  AlNونمودار DOS مربوط به آن…………..79

شکل 3-15 تک ساختار بهینه شده مربوط به جذب آمونیاک برروی AlN و نمودارDOS مربوط به آن………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….81

شکل های 3-16 و 3-17 ساختارهای بهینه شده مربوط به جذب نیتروژن دی اکسید برروی AlN (B) و (C) و نمودارهای DOS مربوط به آن‌ها………………………………………………………………………………….83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول‌ها

جدول2-1 مقايسه روشهاي MP2 مختلف ووقت گیر با چند روش ترکیبی DFT…………………………32

جدول 3-1 خواص فیزیکی و شیمیایی مولکول آکرولئین………………………………………………………………….38

جدول 3-2 انرژی جذب محاسبه شده ( ,kcal/mol E_a)، نزدیکترین فواصل بین اتمی (D)، مقدار بار انتقالی از گرافن به سمت مولکول (Q)، انرژی‌های سطوح HOMO/LUMO، انرژی سطح فرمی (E_FL)  و مقدار شکاف‌انرژی  (eV)و درصد تغییرات در آن پس از جذب آکرولئین ( E_g Δ)…………50

جدول 3-3 انرژی جذب محاسبه شده (E_a , kcal/mol)، نزدیکترین فواصل بین اتمی (D)، مقدار بار انتقالی از  AlGبه سمت مولکول (Q)، انرژیهای سطوح HOMO/LUMO، انرژی سطح فرمی (E_FL)و مقدار شکاف انرژی (eV) و تغییرات آن پس از جذب آکرولئین (ΔE_g)…………………………….53

جدول 3-4 پارامترهای ساختاری ساختار بهینه شده E و مقدار بار انتقالی بین آکرولئین و AlG تحت تاثیر مقادیر مختلف میدان الکتریکی. مقادیر میدان الکتریکی بر حسب واحد a. u. می باشند……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..58

جدول 3- 5: مقدار انرژي جذب: نزديكترين فاصله بين SiG .و HCN، بار انتقالي، انرژي‌هاي LUMO, HOMO و شكاف ابتدايي انرژي و تغييرات شكاف پس از جذب…………………………………..67

جدول 3- 6: مقادير محاسبه شده انرژي‌هاي جذب، نزديكترين فواصل بين مولكولي، بار انتقالي، انرژي‌هاي سطوح LUMO , HOMO  و انرژي سطح فرمي، مقدار شكاف انرژي قبل از فرآيند جذب  و درصد تغييرات شكاف انرژي پس از فرآيند جذب……………………………………………………….70

جدول 3- 7 داده‌هاي مربوط به انرژي جذب مولكول‌هاي (kJ/mol)، نزديكترين فواصل بين مولكولي (D)، مقدار انتقال بار (Q)، انرژيهاي سطوح LUMO , HOMO و هم‌چنين مقدار شكاف انرژي و درصد تغييرات آن بر اساس جذب مولكول‌ها………………………………………………………………………………………84