پایان نامه ارشد: مطالعات Ab-initio و DFT بر روی پایداری ترمودینامیکی نانولوله‌های بورون نیترید و بررسی NMR آن در حلال‌های مختلف

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : شیمی فیزیک

عنوان : مطالعات Ab-initio و DFT  بر روی پایداری ترمودینامیکی نانولوله‌های بورون نیترید و بررسی NMR آن در حلال‌های مختلف

دانشگاه آزاد اسلامی واحد اردبیل

دانشکده علوم پایه ،گروه شیمی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد  M.Sc

رشته شیمی فیزیک

عنوان:

مطالعاتAb-initio   و DFT  بر روی پایداری ترمودینامیکی نانولوله‌های بورون نیترید و بررسی  NMRآن درحلال‌های مختلف

استاد راهنما:

دکتر علی شامل

استاد مشاور:

دکتر  سحر مهاجری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)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)فهرست مطالب:چکیده................................................................................... 1فصل اول: مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته................................ 21-1- مقدمه............................................................................ 31-2- نانو تکنولوژی.................................................................. 31-3- نیروهای مؤثر در ابعاد نانومتری............................................ 41-3-1- نیروهای واندروالس........................................................ 41-3-2- نیروهای کوالانسی........................................................ 41-3-3- نیروهای غیرموضعی بدون جهت....................................... 51-4- انواع نانوساختارها ............................................................51-5- نانو لوله‌ها....................................................................... 61-6- نانو لوله‌های بورون نیترید................................................... 81-6-1- تاریخچه‌ی مختصری از تهیه‌ی نانو لوله‌های بورون نیترید......... 91-6-2- پیکربندی نانو لوله‌های بورون نیترید.................................. 101-6-3- انواع ساختارهای نانو لوله بورون نیترید............................. 101-6-4- روش‌های ساخت نانولوله بورون نیترید............................... 111-6-4-1- سایش با لیزر............................................................ 121-6-4-2- رسوب‌گیری بخار شیمیایی (CVD)................................. 121-6-4-3- تخلیه قوس الکتریکی.................................................. 131-6-4-4- اتوکلاو...................................................................... 131-6-5- مقایسه‌ی خواص نانو لوله بورون نیترید با نانو لوله‌ی کربنی.....131-6-5-1- الکترونگاتیویته............................................................ 141-6-5-2- شکل ظاهری.............................................................. 151-6-5-3- رسانایی و لومیسانس................................................. 151-6-5-4- خواص مکانیکی و حرارتی............................................. 161-6-5-5- کاربرد........................................................................ 161-6-6- کاربردهای نانو لوله بورون نیترید......................................... 161-6-6-1- ذخیره هیدروژن........................................................... 161-6-6-2- نانو پرکننده در کامپوزیت‌ها ............................................161-6-6-3- سازگاری با بافت زنده و کاربرد آن.................................... 171-6-6-4- کاربردهای دیگر............................................................ 171-7- مروری بر تحقیقات گذشته................................................... 19فصل دوم: مباحث تئوری............................................................. 262-1- مقدمه............................................................................. 272-2- مکانیک مولکولی (MM)....................................................... 272-3- مکانیک کوانتومی (QM) .......................................................282-3-1- روش‌های نیمه تجربی..................................................... 312-3-1-1- روش‌های تجربی میدان نیرو(مکانیک مولکولی)................... 312-3-2- روش‌های ab-initi..........................................................2-3-3- توانایی‌های روش ab-initio..............................................2-3-4- محدودیت‌های روش ab-initio..........................................2-3-5- نکات قوت روشن ab-initio..............................................2-3-6- توابع پایه (basis set)...................................................... 332-3-6-1- سری‌های پایه‌ی ظرفیتی ـ شکافته................................. 342-3-6-2- سری پایه‌ی قطبیده..................................................... 352-3-6-3- سری پایه پخش شده.................................................. 352-3-6-4- سری پایه‌ی اندازه‌ی حرکت زاویه‌ای بالا............................. 352-3-7- روش هارتری ـ فاک...........................................................362-3-7-1- روش هارتری ـ فاک محدود شده (RHF) و محدود نشده (UHF)..372-3-8- گرادیان و مشتقات مرتبه‌ی دوم هارتری ـ فاک........................ 372-3-9- همبستگی الکترونی....................................................... 372-3-10- تئوری اختلال................................................................ 382-3-11- تئوری تابع چگال........................................................... 392-3-11-1- معادلات کوهن ـ شم.................................................. 412-3-11-2- اوربیتال‌های کوهن ـ شم............................................ 422-3-11-2- روش چگالی موضعی (LDA)........................................ 442-3-11-4- روش‌های تصحیح گرادیان............................................ 462-3-11-5- مزایا و معایب روش DFT..............................................2-4- روش‌های کامپیوتری........................................................... 482-4-1- گوسین 98 (Gaussian 98) ...............................................482-4-2- نرم‌افزار Gauss view.......................................................2-4-3- هایپر کم....................................................................... 502-4-4- Chem Draw..................................................................2-5- تاریخچه‌ی NMR.................................................................2-6- محاسبات آغازین پارامترهای NMR........................................2-6-1- روش‌های محاسبات کامپیوتری......................................... 532-6-2- روش GIAO....................................................................2-6-3- روش LGLO....................................................................فصل سوم: روش کار و بررسی داده‌ها ...........................................56فصل چهارم: نتایج....................................................................... 754-1- بررسی نتایج حاصل برای ساختار B21N21 در فاز گازی و دمای 298 کلوین...764-2- بررسی نتایج حاصل برای ساختار B21N21 در حلال‌های مختلف......79منابع....................................................................................... 90چکیده:با نگاهی به تاریخ علم شیمی می‌توان دریافت که مطالعات زیادی بر روی نانو لوله‌های مختلف انجام یافته است. با ساخت نانولوله‌های بورون نیترید و به دلیل کارایی بیشتر آنها در مقایسه با نوع کربنی نظیر خود، بررسی و مطالعه بر روی این ساختارها توسعه بیشتری یافته است. نانو لوله‌های بورون نیتریدی از یک نظر به دو نوع بسته و باز و از دیدگاه دیگر به دو دسته تک دیواره و چند دیواره تقسیم‌بندی می‌شوند. عموماً این ترکیبات سطحی مواج دارند و اتم‌های بور به سمت داخل و اتم‌های نیتروژن به سمت بیرون آرایش دارند به طوری‌که نهایتاً یک لبه بوری و یک لبه نیتروژنی در آنها دیده می‌شود.در این مطالعه، با استفاده از تئوری تابعیت چگالی، مطالعات آغازین بر روی نانولوله بورون نیترید با فرمول ساختاری B21N21 انجام گرفت. این بررسی با به‌کارگیری نرم‌افزارهایی چون Chem Draw، Chem3D، Gaussian98 و با استفاده از یک کامپیوتر با قدرت پردازش بالا انجام گرفت. به این صورت که ابتدا ساختار را با استفاده از متد B3LYP و تابع گوسی 6-31G بهینه‌سازی نمودیم و خواص ترمودینامیکی آن در حلال‌های مختلف و نیز فاز گازی بررسی کردیم تا بتوان حلالی را که به خوبی شکل هندسی مولکول را به لحاظ انرژی تأیید می‌کند را پیشنهاد داد. به علاوه مقادیر گشتاورهای دوقطبی، بار کلی اتم‌ها، پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته و سایت‌های فعال ساختار، در فاز گازی و حلال‌های موجود به‌دست آمده و نموداری گردید تا با یافتن بهترین حلال و سایت های فعال برای ساختار نانو لوله، بتوان از آن در پژوهش‌های گسترده‌تر استفاده نمود و از سایت فعال پیشنهادی در طراحی داروهای ویژه و به‌عنوان حامل‌ مولکول‌های بیولوژیکی نظیر پروتئین‌ها، اسیدهای آمینه و ... استفاده نمود.فصل اول: مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته1-1- مقدمهبا نگاهی به تاریخ علم و تکنولوژی می‌توان مشاهده کرد که اختراع و اکتشافات جدید راهبردی نو در عرصه زندگی بشر ایجاد کرده است، به گونه‌ای که هر اختراع و اکتشافی عموماً جهت راحتی و آسایش بشر بوده است ولی در برخی موارد انسان با استفاده نادرست از این فناوری‌ها خود مسیر زندگی خویش را تغییر داده است و هر اختراعی بر شاخه‌های دیگر علوم نیز تأثیرگذار بوده است.سال 1959 سالی تاریخی برای علوم و تکنولوژی است زیرا در این سال اتفاق‌های عظیمی به وقوع پیوست که شامل پرتاب اولین شیء فضایی به ماه، ساخت اسیدهای نوکلئیک مصنوعی و ساخت اولین دستگاه زیراکس بود.[3]در روزهای آخر سال 1959 ریچارد فاینمن[1] مشهورترین فیزیکدان دهه‌ی 60 میلادی، پیشنهاد کرد که می‌توان اتم‌های مجزا را دستکاری کرد و مواد و ساختارهای کوچکی را تولید نمود که خواص متفاوتی دارد. در آن زمان این فعالیت را نانوتکنولوژی نمی‌نامیدند. ریجارد فاینمن در سال 1965 موفق به ساخت سیلیکون‌های منفذدار و تولید نانوذرات فلزی شد و در همین سال برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک شد. اریک درکسلر؛ دانشجوی فاینمن فعالیت‌های استاد خود را ادامه داد و یک تصویر اساس سیستم‌های ماشینی مولکولی ارائه داد و به فعالیت‌های خود و استادش نام «نانوتکنولوژی[2]» داد. در سال 1966 ریچارد فاینمن موفق به ساخت اولین وسیله در حد نانو شد.[3]پیشوند نانو در اصل یک کلمه‌ی یونانی است. معادل لاتین این کلمه Dwarf است که به معنی کوتوله و کوتاه قد است. یک نانومتر یک میلیاردیم متر () است. این مقدار حدود 4 برابر قطر یک اتم است، مکعبی با ابعاد 2/5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود.[4]2-1- نانوتکنولوژینانوتکنولوژی، از دو بخش نانو و تکنولوژی تشکیل یافته است. نانو از کلمه‌ی یونانی نانوس به معنای کوتوله آمده است و به پیشوند 9-10 متر اطلاق می‌شود. در بخش دوم یعنی تکنولوژی، سخن از یک علم جدید و ناآشنا نیست بلکه فن و تکنیکی است که به ما می‌آموزد چطور از دانسته‌های قبلی خود استفاده کنیم.به بیان ساده علم نانو مطالعه‌ی اصول اولیه‌ی مولکول‌ها و ساختارهای با ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر است این ساختارها را نانو ساختار می‌نامیم. نانو تکنولوژی، کاربرد این ساختارها در دستگاه‌های با اندازه‌ی نانومتری است.[3]تعریف دیگری که می‌توان از نانو تکنولوژی ارائه نمود این است که نانوتکنولوژی شکل جدیدی از ساخت مواد به وسیله‌ِی کنترل و دستکاری واحدهای ساختمانی آنها در مقیاس نانو می‌باشد. می‌توان گفت که نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاه‌ها و سیستم‌ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره‌برداری از خواص و پدیده‌های نوظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته‌اند.[2]شاید این سؤال در ذهن به وجود آید که چه چیزی در مقیاس نانومتر وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه‌ی آن بنا نهاده شده است، آنچه باعث ظهور نانوتکنولوژی شده نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد است، این موضوع یکی از مهمترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو است. در مقیاس نانو اشیاء شروع به تغییر رفتار می‌کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده‌ای ماده غلبه می‌کند. در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارد نقض می‌شوند. در حقیقت در این مقیاس قوانین فیزیک کوانتوم وارد صفحه می‌شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده وجود نخواهد داشت.[1]3-1- نیروهای مؤثر در ابعاد نانومترینیروهایی که اتم‌ها را با یکدیگر پیوند می‌دهند به انواع زیر طبقه‌بندی می‌شوند:1-3-1- نیروهای واندروالساین نیروها در جایی که خوشه‌ها (مجموعه‌ی چند ده یا چند صد اتم که در کنار یکدیگر جمع شده باشند) از تجمع اتم‌های گاز نجیب در کنار یکدیگر تشکیل شده باشند عمل کرده و پیوند ضعیفی بین اتم‌ها برقرار می‌کنند برای مثال می‌توان به اشاره نمود.2-3-1- نیروهای کوالانسیاین نیروها برای نگهداشتن اتم‌ها در خوشه‌های نیمه هادی[1] وارد عمل می‌شوند. نمونه‌ای از این نیروها را می‌توان در مجموعه اتم‌های ملاحظه نمود.3-3-1- نیروهای غیرموضعی بدون جهتاین نیروها در جایی که خوشه‌ها از تجمع اتم‌های فلزی تشکیل شده باشند، عمل می‌کنند. از جمله موادی که این نیروها بر آنها حاکم است می‌توان به اشاره نمود. با استفاده از قوانین فیزیک کوانتوم امکان کنترل خواص ذاتی ماده از جمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت، بار و رنگ مواد، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود دارد.وقتی به مقیاس نانو برسیم تقریباً همه‌چیز تغییر می‌کند، حتی رنگ، نقطه‌ی ذوب و خواص شیمیایی آن کاملاً متحول می‌شود. مثلاً نانو ذرات طلا بسته به اندازه‌ی خود می‌توانند نارنجی، ارغوانی، قرمز یا آبی متمایل به سبز به نظر برسند. با میکروسکوپ می‌توان دید که یک نانو نقطه‌ی طلا، قرمز به نظر می‌رسد. نانو نقطه‌های طلا در واقع ساختارهای بسیار ریزی از طلا هستند که شکلی شبیه نقطه و قطری در ابعاد نانو دارند (Quantum Dot).در قدیم از روش مرحله به مرحله کوچک کردن مکعب‌های طلا برای رسیدن به نانو ذرات استفاده می‌کردند که به روش ساخت از بالا به پایین[1] معروف است. در این روش از ساختارهای بزرگ به ساختارهای کوچک می‌رسیم. این روش هم برای تولید مواد نانو و هم برای تولید مواد معمولی کاربرد دارد.در حال حاضر بیشتر از اتم‌های مجزا برای ساختن و رسیدن به یک نانو ساختار استفاده می‌کنند که به این روش ساخت از پایین به بالا[2] می‌گویند. این روش فقط مختص تولید مواد با ساختارهای نانومتری است.[6]4-1- انواع نانوساختارهانانوساختارها به پنج دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:1- نانوساختارهای سه بعدی که همان نانو ذرات[1] هستند و در هر سه بعد خود نانومتری‌اند.2- نانوساختارهای دو بعدی که دو بعد نانومتری دارند و عبارتند از نانولوله‌ها[1]، نانو رشته‌ها[2] و نانوکانال‌ها.3- نانو لایه‌ها[1] که نانوساختارهای یک بعدی هستند.4- نانو پورها که تخلخل نانومتری دارند.5- نانو توده‌ها که خود نانومتری نیستند اما ذرات سازنده نانومتری دارند.[1] . nanolayers[1] . nanotubes[2] . nanofibers[1] . nanoparticles[1] . top-down[2] . bottom-up[1] . semi conductive clusters[1] . Richard Feynman[2] . nano technologyتعداد صفحه : 106قیمت : 14000تومان

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 :        09309714541 (فقط پیامک)        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.

--  -- --

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