پایان نامه ارشد رشته شیمی : محاسبات تابع چگالی خواص جذب 1-متیل-1-نیتروزواوره

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی

گرایش آلی

با عنوان : محاسبات تابع چگالی خواص جذب 1-متیل-1-نیتروزواوره

دانشگاه آزاد اسلامی 

واحد رشت

دانشکده : علوم پایه

گروه آموزشی : شیمی

پایان نامه تحصیلی جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته : شیمی

گرایش : آلی

عنوان:

محاسبات تابع چگالی خواص جذب 1-متیل-1-نیتروزواوره روی سطح نانولوله های کربنی و بورنیترید

استاد راهنما:

دکتر مجید کیا

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

   عنوان                                                                                                                 صفحه

فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-1) مقدمه ای بر علم محاسبات…………………………………………………………………………………………………..3

1-2) فن آوری نانو………………………………………………………………………………………………………………………3

1-3) نانولوله های کربنی……………………………………………………………………………………………………………….5

1-3-1) شکل های مختلف نانولوله………………………………………………………………………………………………..7

1-3-2) ساختار نانولوله ها…………………………………………………………………………………………………………….9

1-3-3) خواص نانولوله ها………………………………………………………………………………………………………….10

1-3-4) کاربرد نانولوله ها……………………………………………………………………………………………………………11

1-3-5) نانولوله های باز وبسته…………………………………………………………………………………………………….12

1-4) نانولوله های بور نیترید……………………………………………………………………………………………………….13

1-4-1) خالص سازی نانولوله های بورنیترید…………………………………………………………………………………14

1-5) فرایند های تولید نانولوله…………………………………………………………………………………………………….15

1-6) سازگاری زیستی نانولوله ها…………………………………………………………………………………………………15

1-7) نانولوله های کربنی در پزشکی……………………………………………………………………………………………..16

1-8) کاربرد نانولوله های کربنی در تشخیص سرطان………………………………………………………………………16

1-9) نانولوله های کربنی و کاربرد آنها در تشخیص مولکول ها………………………………………………………..17

1-10) 1-متیل – 1- نیتروزو اوره (MNU)……………………………………………………………………………………17

1-11) الکترونگاتیوی………………………………………………………………………………………………………………….19

1-12) قطبش پذیری، سختی و نرمی…………………………………………………………………………………………….19

1-13) HOMO و LUMO………………………………………………………………………………………………………….20

1-14) شیمی محاسباتی……………………………………………………………………………………………………………….22

1-15) مکانیک مولکولی……………………………………………………………………………………………………………..22

1-16) نظریه ی اوربیتال مولکولی و روش های آن…………………………………………………………………………23

1-16-1) روش MO هوکل…………………………………………………………………………………………………………24

1-16-2) روش های نیمه تجربیMO…………………………………………………………………………………………..24

1-16-3) روش های ab initio…………………………………………………………………………………………………….25

1-16-4) مجموعه های پایه…………………………………………………………………………………………………………25

1-16-5) هارتری فاک HF………………………………………………………………………………………………………….27

1-16-6) تئوری تابع چگالی الکترونی(DFT)………………………………………………………………………………..27

1-17) گوسین……………………………………………………………………………………………………………………………28

فصل دوم: مروری برکارهای گذشته………………………………………………………………………………………………30

1-1) مطالعه ی تئوری تابع چگالی درباره ی تأثیر شکل و اندازه در پتانسیل یونش و پیوستگی الکترونی در نانو ساختارهای مختلف کربن………………………………………………………………………………………………………31

2-2) تحقیق تئوری درباره ی آنالیز نانو لوله های کربنی با گروه های عاملی………………………………………31

2-3) مطالعه ی جذب سطحی روی نانوهای کربنی تک دیوار با استفاده از روش تئوری تابع چگالی(DFT)…………………………………………………………………………………………………………………………….32

2-4) بررسی خواص ترمودینامیکی جذب سطحی بنزن در کربن های فعال نانولوله های کربنی چند دیواره……………………………………………………………………………………………………………………………………….32

2-5) پیش گویی آرایش خطی نانو صندلی Ni درون نانولوله های کربنی با استفاده از روش تئوری تابع چگالی………………………………………………………………………………………………………………………………………32

2-6) مطالعه ی تئوری تابع چگالی برای جذب سطحیO2 و N2روی نانو لوله های کربنی تک دیواره (5,0)………………………………………………………………………………………………………………………………………..33

2-7) مطالعه ی جذب سطحی ترکیب NH3(H2O)n=0,1,2,3 روی نانولوله های کربنی تک دیواره (8,0) به روش DFT ……………………………………………………………………………………………………………………………..33

2-8) مطالعه ی تفصیلی قدرمطلق یانگ برای نانولوله های کربنی تک دیواره توسط روش های CPMD و MD واولین اصل شبیه سازی……………………………………………………………………………………………………….34

2-9) اضافه کردن گروه های عاملی به نانولوله های کربنی……………………………………………………………….34

2-10) بررسی جذب سطحی هیدروژن روی سیستم Ce/BNNT به کمک روش DFT……………………….35

2-11) مطالعه ی نانولوله های بور نیترید با روش DFT/B3LYP……………………………………………………..35

2-12) مطالعه ی جذب سطحی اتم های هیدروژن روی دیواره ی خارجی نانولوله های کربنی و خاصیت ترمودینامیکی آنها……………………………………………………………………………………………………………………….35

2-13) مطالعه ی افزودن گروه عاملی COOH به نانولوله های کربنی تک دیواره زیگ زاگ و دسته صندلی با استفاده ازروش تئوری تابع چگالی (DFT)………………………………………………………………………………….36

فصل سوم بحث و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….37

3-1) روش انجام کار…………………………………………………………………………………………………………………38

3-2) انرژی اتصال………………………………………………………………………………………………………………………49

4-3) محاسبات طول پیوند…………………………………………………………………………………………………………..51

4-4) محاسبات زاویه ی پیوند……………………………………………………………………………………………………..53

3-5) محاسبات خواص بنیادی……………………………………………………………………………………………………..55

3-6) بار های اتمی……………………………………………………………………………………………………………………..57

3-7) ممان دو قطبی……………………………………………………………………………………………………………………59

3-8) شکاف بین HOMO و LUMO…………………………………………………………………………………………..61

نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………..80

منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………….81

چکیده

نانولوله ها گروه جدیدی از خانواده کربن هستند. این ترکیبات اغلب به عنوان شکل سوم کربن (پس از الماس و گرافیت) در نظر گرفته می شود و کاملا از کربن با هیبرید sp2 تشکیل شده است. امروزه نانولوله ها بسیار مورد توجه اند. در این تحقیق ابتدا نانولوله های زیگزاگ بور نیترید (8-0) ، بور فسفر (7-0) و نانولوله های صندلی کربنی (5-5) و نیز نانولوله های زیگزاگ بور نیترید (8-0) با ناخالصی های گالیوم و ژرمانیوم و همچنین نانولوله های صندلی کربنی (5-5) با ناخالصی های آلومینیوم و گالیوم و مولکول 1-متیل-1-نیتروزواوره (MNU) با استفاده از نرم افزار های Gaussview و Nanotube Modeler ترسیم شده و سپس با استفاده از نرم افزار Gaussian 09 و متد DFT بر پایه B3LYP6-31G(d) بهینه و برای آنها مقدار انرژی محاسبه شد. سپس مولکول MNU از دو جهت (یک بار از طرف NH2– و بار دیگر از طرف CO و NO) به نانولوله نزدیک شد و سپس ساختارهای فوق با استفاده از نرم افزار گوسین 09 و با متد DFT با سری پایه B3LYP6-31G(d) بهینه شدند. سپس طول پیوند ها، زوایای پیوند، بار های اتمی، ممان دو قطبی، انرژی های پیوند، شکاف بین LUMO- HOMO ، پتانسیل یونش، سختی، نرمی، الکترون خواهی و پتانسیل شیمیایی مولکول مطالعه شد.

کلیدواژه

نانولوله کربنی ، نانولوله بورنیترید ، 1-متیل-1-نیتروزواوره ، تئوری تابع چگالی الکترونی .     

1-1) مقدمه ای بر علم محاسبات

شیمی محاسباتی گویای کاربرد محاسبات در شیمی است و در حقیقت شاخه ای از دانش شیمی است که سعی در حل مسائلی چون پیش بینی ساختار مولکولی، خواص مولکولی و واکنش های شیمیایی با استفاده از کامپیوتر دارد و در این رشته از نتایج شیمی نظری که در قالب برنامه های مؤثر کامپیوتری در آمده اند، برای محاسبات ساختار و خواص مولکول ها استفاده می شود. نتایج آن کامل کننده اطلاعات بدست آمده از آزمایش های شیمیایی هستند اما در برخی موارد می تواند منجر به پیش بینی پدیده های شیمیایی مشاهده نشده شود. از این رشته به گستردگی برای طراحی مواد جدید و دارو ها استفاده می شود،‌ زیرا در این موارد پیش گویی دقیق ویژگی های فیزیکی حقیقی الزامی است.

از مهم ترین مزایای یک شبیه سازی می توان به پیش بینی خواص مولکول ها بدون انجام عملی آزمایشات آنها در آزمایشگاه است و در واقع می توان اطلاعات اولیه برای انجام واکنش بدون صرف کمترین مواد و هزینه، بدون مواجه شدن با مواد سمی و خطرناک را تا حدودی حدس زد. تا از این طریق انجام عملی آزمایش برای ما آسان تر شود تا در هزینه و مواد صرفه جویی لازم حاصل شود. همچنین می توان از این طریق اطلاعات درباره ی آزمایشاتی که امکان انجام آنها در آزمایشگاه امکان پذیر نیست را بدست آورد. به طور کلی می توان شبیه سازی را یک آزمایشگاه کوچک مجازی نام برد که امروزه در دنیا بسیار مهم و پر طرفدار است به طوری که هر ساله نرم افزار های قدرتمندی برای انجام محاسبات در تمام علوم خصوصأ شیمی به بازار معرفی می گردد. و هرساله کامپیوتر های قدرتمندتری با قدرت پردازش بهتر به بازار عرضه می گردد که انجام محاسبات برای مولکول های بزرگتر و پیچیده تر را امکان پذیر می کند و حتی انجام محاسبات برای مولکول های بسیار بزرگ نیز توسط ابر رایانه ها امکان پذیر شده است.

1-2) فن آوری نانو

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی[1] رشته ای از دانش کاربردی و فناوری است که رشته های گسترده ای از علوم را پوشش می دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولأ حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانوتکنولوژی فهم و به کار گیری خواص جدیدی از مواد و سیستم هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی- عمدتأ متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک- از خود نشان می دهند. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده ای عظیم است که در تمامی گرایشات علمی راه یافته و از فناوری های نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه است. از ابتدای دهه 1980 میلادی، گستره طراحی و ساخت ساختمان ها هر روزه شاهد نوآوری های جدیدی در زمینه ی مصالح کارآراتر و پر بازده تر، مقاومت، شکل پذیری ، دوام و توانایی بیشتر نسبت به مصالح سنتی است. فناوری نانو یک رشته به شدت میان رشته ای است و به رشته هایی چون مهندسی مواد ، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو ، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، ابزار های نیم رسانا، شیمی ابر مولکول، مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو، فناوری زیستی (Bio technology) و فناوری اطلاعات (IT)، سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهند. نانوتکنولوژی می تواند به عنوان ادامه دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح ریزی دانش کنونی بر پایه هایی جدید تر و امروزی تر باشد.

فن آوری نانو توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در فناوری نانو مهم است، چراکه در ابعاد نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم ها و مولکول ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن کوچک تر از 100 نانومتر باشد گفته می شود.

در مجموع فن آوری نانو شامل سه مرحله است:

  1. 1. طراحی مهندسی ساختار ها در سطح اتم
  2. 2. ترکیب این ساختار ها و تبدیل آنها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه.
  3. 3. ترکیب این گونه مواد و تبدیل آنها به ابزار های سودمند.

انتظار می رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها، محیط زیستی سالم تر را فراهم کند و نیز کاربرد آن را در علوم مختلف به خصوص پزشکی به بالاتر رفتن کیفیت زندگی انسان و نجات انسان ها کمک بسیار کند. یکی از شاخه های اصلی نانوتکنولوژی نانومواد می باشد که خود شامل سه شاخه نانوپودرها، نانولوله ها و نانوکامپوزیت ها می باشد. در این تحقیق ما در مورد نانولوله ها و کاربرد آن در نانوتکنولوژی بحث می کنیم.

1-3) نانولوله های کربنی

نانولوله های کربنی[2] (CNT) که استوانه های تو خالی از ورقه های گرافیت هستند، شکل لوله مانند داشته و در سال 1991 توسط سومیو ایجیما[3] (از شرکت NEC ژاپن) کشف شده است[1].

ساختار نانولوله های کربنی را می توان شکل دگرگون شده ی گرافیت تصور کرد. در گرافیت لایه های بسیار زیاد اتم های کربن در شکل شش ضلعی به هم متصل بوده و ورقه های سطحی را تشکیل می دهند. این مواد دارای خواص ساختاری، مکانیکی و الکتریکی فوق العاده هستند که ناشی از استحکام ویژه پیوند های کربنی وتقارن استوانه ای آنهاست. خواص منحصر به فرد و استحکام کششی خوب از یک جنبه و ویژگی اسکلتی نانولوله ها (کربن ماده ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایند ها که تولید آن نسبت به فلزات ارزان تر است) در دهه گذشته موجب تحقیقات مهمی در زمینه ی کارایی، ساختار اتمی، الکترونی و روش های تولید آنها شده است.می توان گفت دلیل این علاقه ویژه به نانولوله ها به علت ساختار منحصر به فرد آنهاست.

1-3-1) شکل های مختلف نانولوله

یک CNT به دو شکل نانولوله تک جداره[4] (یک ورقه لوله شده) و یا چند جداره[5] (چند ورقه که با هم لوله شده) وبا انواع مختلف دستوارگی نشان دهنده ی آرایش شش ضلعی حاصل از اتم های کربن است که در جهت محور لوله شکل گرفته اند.

پس ممکن است دو لوله با قطر یکسان، ساختار متفاوتی داشته باشند، اگرچه منحصرأ از اتم های کربن تشکیل شده باشد. اتم های کربن روی سطح نانولوله ها همگی دارای ساختار شش ضلعی بوده بسته به چگونگی لوله کردن ورقه شش ضلعی، سه ساختار مختلف ایجاد می شود. یک CNT را با بردار (m, n) توصیف می کنند، که m و n اعداد صحیح هستند[2].m=0  یک نانولوله ی زیگ زاگ را توصیف می کند، که شش ضلعی های آن به صورت زیگ زاگ در طول لوله پایین می روند، اما اگر m=n باشد به نانولوله مدل صندلی دسته دار گفته می شود، که شش ضلعی ها در لوله مستقیمأ به موازات طولشان درست شبیه دسته های یک صندلی دسته دار امتداد پیدا می کنند. لوله ها همچنین ممکن است بین این دو انتها دستوارگی داشته باشند، که می توانند با پیچیدن یک لوله تشکیل شوند که به آن نانولوله کایران می گویند.

1-3-2) ساختار نانولوله ها

در شکل (1-6 ) نیز ساختار سه نوع مختلف از نانولوله ها نشان داده شده است. نانولوله (5-5) از نوع صندلی دسته دار با m=n ، نانولوله (9-0) زیگ زاگ با m=0 و نانولوله (10-5) کایران است.

تعداد صفحه :100

قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09124404335        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید