Get a site

برچسب: نانو ساختار

پایان نامه شبیه سازی دینامیک مولکولی چسبندگی مواد آلی به نانو ساختارها در سلولهای خورشیدی

پایان نامه رشته فیزیک

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

(پلی تکنیک تهران)

دانشکده فیزیک و مهندسی هسته ای

                                             پیشنهاد رساله دکتری

شبیه سازی دینامیک مولکولی  چسبندگی مواد آلی به نانو ساختارها در سلولهای خورشیدی

                                                                    

استاد راهنما:

دکتر کاووس میرعباس زاده

اردیبهشت

۱۳۹۰

چکیده
با توجه به مشکلات انرژیهای فسیلی از جمله آلودگی،گرمایش زمین و تجدید ناپذیر بودن این منابع، یافتن منابع جدید انرژی بسیار مهم است.ازجمله این منابع انرژی خورشیدی است، اما سلولهای خورشیدی بر پایه سیلیکون در مقایسه با سوختهای فسیلی قابل رقابت نیست.  در این حوزه فناوری جدیدی برای ساخت سلولهای خورشیدی نسل جدید که شامل استفاده از مواد آلی در حال شکل گیری است که هزینه های تولید را بسیار کاهش می دهد.این فناوری دارای مشکلاتی است از جمله:

  • دست یابی به مواد جدید با گاف انرژی زیرev2
  • قیمت بالای مواد آلی بکار رفته
  • پایین بودن طول عمر.

با بوجود آمدن نانو تکنولوژی امید بسیار زیادی برای حل این مشکلات بوجود آمده است.هدف اصلی این پایان نامه استفاده از شبیه سازی برای محاسبه چسبندگی در سلولهای خورشیدی آلی در معماری نا همگون حجمی می باشد که در آن از نانو ساختارها شامل نانو لوله-نانو سیم و فلورئن  به همراه پلیمرها یا مولکولهای  مزدوج  به عنوان ماده فعال استفاده می شود. افزایش چسبندگی ماده آلی روی نانو ساختارها  سهم عمده ای در افزایش طول عمرسلول و بازده آن دارد.برای محاسبه چسبندگی دو ابزار مهم محاسباتی وجود دارد،دینامک مولکولی(MD)و نظریه تابعی چگالی(DFT).
در این پایان نامه با کمک این ابزارها چسبندگی مواد آلی جدید با گاف کم و پلیمرهای متداول در سلول خورشیدی شامل  P3HT,MEH-PPV, PFB,MDMO-PPV   را به دور نانو مواد مختلف شبیه سازی شده و کمیتهای مختلفی از جمله انرژی چسبش،سطح چسبش،اثرات دما بر چسبش،توابع توزیع شعاعی(RDF) محاسبه می شود.

فصل ۱ معرفی سلولهای خورشیدی ۱
۱-۱ منابع انرژی ۱
۱-۲  سلول‌های فتوولتایی ۲
۱-۳ انواع مواد در سلولهای آلی ۳
۱-۴ انواع معماری سلول‌های فتوولتایی آلی ۵
۱-۴-۱ معماری تک‌لایه. ۵
۱-۴-۲  معماری دولایه‌ی ۶
۱-۴-۳  معماری ناهمگون حجمی ۶
۱-۴-۴ معماری چندپشته. ۷
۱-۵ کاربرد نانو مواد در سلولهای آلی ۸
فصل ۲ دینامیک مولکولی ۱۱
۲- ۱شبیه سازی مولکولی ۱۱
۲-۲ روش دینامیک مولکولی ۱۳
۲-۳  اصول دینامیک مولکولی ۱۴
۲-۴ شعاع قطع(Cut Off) 16
۲-۵ روش مجموع ایوالد (Ewald summation method) 18
۲-۶ اندازه‌گیری کمیتها در MD 18
۲-۷  مسیرها ۱۹
۲-۸ نیروها ۱۹
۲-۹ خواص استاتیک ۲۳
۲-۱۰ خواص دینامیکی ۲۴
۲-۱۱ کاربردها ۲۶
۲-۱۲ محدودیت‌های MD 26
۲-۱۳  کدهای MD 26
فصل ۳ شبیه سازی کوانتومی ۲۸
۳-۱ آشنایی با محاسبات کوانتومی ۲۸
۳-۲ روش هارتری ۲۸
۳-۳  روش هارتری-فوک ۳۰
۳- ۴ روش های اختلال. ۳۱
۳-۵ روش های تابعی چگالی(DFT) 31
فصل ۴ شبیه سازیها ۳۴
۱- محاسبه خواص ترمودینامیکی و ساختاری پلیمرها ومولکولهای سلولهای آلی خورشیدی ۳۴
۲- محاسبه خواص ترموینامیکی و ساختاری نانو لولهای کربنی و سایر نانو مواد. ۳۶
۳- محاسبه چسبش پلیمرها به دور نانو لولهای کربنی و سایر نانو مواد. ۳۷
۴-شبیه سازی جذب پلیمرها و نانو مواد به روی فلزات. ۳۹
فصل ۵ نوآوریها ۴۰

فصل ۱ سلولهای خورشیدی

اهداف فصل:اهمیت انرژی خورشیدی-انواع سلولهای خورشیدی-مواد آلی سلولهای خورشیدی-انواع سلولهای آلی-مشکلات سلولهای آلی-کاربرد نانو مواد در سلولهای آلی

۱-۱ منابع انرژی

امروزه یکی از مهمترین مشکلات بشر، مشکل انرژی است.مهمترین منابع انرژی امروزی،انرژی فسیلی از جمله نفت و گاز است. این منابع دارای مشکلاتی است از جمله تجدید ناپذیری ،آلودگی و گرمایش زمین . نمودار رشد منابع اولیه‌ی انرژی کل جهان(TPES)  از سال ۱۸۵۰ تا ۲۱۰۰ میلادی را در شکل ۱-۱ نشان داده شده.

شکل۱-۱رشد TPESجهان از سال ۱۸۵۰ تا ۲۱۰۰.]۱[

مقدار TPES در سال ۲۰۰۴ میلادی در حدود ۴۷۰ اتاژول بوده که معادل ۱۱.۲ میلیارد تن نفت خام یا نزدیک به ۸۰ میلیارد بشکه نفت خام می‌باشد. پیش‌بینی رشد TPES بسته به میزان رشد جمعیت و افزایش سطح رفاه در کل جهان بین ۱.۵ تا ۲ درصد در سال است.قدرت آینده در دست کشورهای است که به منابع جدید انرژی دسترسی داشته باشند.انرژی الکتریکی یکی از مهم ترین منابع انرژی است.برای تولید این انرژی روش های مختلفی وجود دارد.امروزه یکی از ارزان ترین روشها استفاده از  سلولهای خورشیدی برای تولید این انرژی است. در جدول ۱-۱ سهم هر یک روش های تولید برق در سال ۲۰۱۰ در آمریکا نشان داده شده.

زغال سنگ ۴۵%
گاز ۲۴%
هسته ای ۱۹%
آبی ۶%
بادی ۲%
خورشیدی ۰.۰۳%
جدول‏۱‑۱ سهم انواع منابع تولید برق در آمریکا در سال ۲۰۱۰].۲[

زغال سنگ بیشترین سهم را دارا است در حدود ۴۵% وانرژی خورشید حدود ۰.۰۳% را به خود اختصاص داده.این در حالی است که کل انرژی خورشیدی که در هر سال به سطح کره‌ی زمین می‌رسد در حدود ۳۱۴۷۰۰۰۰ اتاژول است که ۷۷۰۰ برابر مصرف سالانه‌ی فعلی جهان است.  در واقع بزرگترین منبع انرژی در دسترس در کره‌ زمین انرژی خورشیدی است که از انرژی زمین‌گرمایی نیز بسیار بیشتر است زیرا مرتباً تولید می‌گردد.هدف تحقیقات امروزی افزایش بهره برداری از این منبع انرژی است.
تعداد صفحه : ۴۵
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

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.

پایان نامه :رهیافت کوانتومی به اثر فارادی و دوفامی دایروی نانو ساختارها

پایان نامه رشته فیزیک

گرایش : فیزیک

دانشکده فیزیک

گروه فیزیک

رهیافت کوانتومی به اثر فارادی و دوفامی دایروی نانو ساختارها

اساتید راهنما :

دکتر حسین عشقی

دکتر میر فائز میری

پایان نامه ارشد جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

چکیده
موادی که صفحه قطبش نور قطبیده خطی فرودی را می چرخانند، مواد فعال اپتیکی نامیده می شوند. ما در این رساله نتایج بارون و آتکینز برای توجیه این پدیده را بازآفرینی می کنیم. ویژگی اصلی این روش، کوانتش هر دو سیستم میدان الکترومغناطیسی و اتم است. ما همچنین مروری بر پدیده ابرتابش         می کنیم. این اثر دسته جمعی که مجموعه  اتم، تابشی شدیدتر از  برابر تابش یک اتم دارند، شاید به حوزه فعالیت اپتیکی هم قابل تعمیم باشد.
کلمات کلیدی: کوانتش، میدان الکترومغناطیسی، اتم، ابرتابش، فعالیت اپتیکی
   فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه                                                                                                        ۱
۱-۱.چرخش اپتیکی و دوفامی دایروی ۳
۱-۲.چرخش فارادی .۸
۱-۳.بررسی فعالیت اپتیکی با فرض کوانتش ماده و کلاسیک بودن نور ۱۲
۱-۴.لزوم کوانتش میدان الکترومغناطیس .۱۷
۱-۵.پایان نامه ۱۹
فصل دوم: کوانتش میدان الکترومغناطیسی                                                                        ۲۱
۲-۱.مقدمه .۲۳
۲-۲.نظریه پتانسیل برای میدان الکترومغناطیسی کلاسیکی ۲۳
۲-۳.پیمانه کولن ۲۵
۲-۴.میدان کلاسیکی آزاد .۲۵
۲-۵.نوسانگر هارمونیک مکانیک کوانتومی ۲۹
۲-۶.کوانتش میدان .۳۱
فصل سوم: پدیده چرخش اپتیکی: رهیافت نظریه میدان کوانتومی الکترومغناطیسی                      ۳۵
۳-۱.مقدمه .۳۷
۳-۲.ماتریس پراکندگی ۳۹
۳-۳.هامیلتونی برهم کنش .۴۰
۳-۴.چرخش اپتیکی .۴۷
فصل چهارم: حالت های اتمی جمعی و متغیرهای دینامیکی جمعی                                          ۷۷
۴-۱.اثرات جمعی .۷۹
۴-۱-۱.حالت های دیکی .۸۶
۴-۱-۲.تبهگنی حالت های دیکی .۹۹
۴-۲.تابش اتمی دسته جمعی ۱۰۱
۴-۲-۱.ابرتابش دیکی .۱۰۱
۴-۲-۲.تابش دسته جمعی در حالت حاصلضربی اتمی .۱۰۵
۴-۲-۳.تحول زمانی ابرتابش ۱۰۹
جمع بندی و کارهای پیش رو                                                                                      ۱۱۳
منابع                                                                                                                    ۱۱۵

فصل اول
 مقدمه
 ۱-۱.چرخش اپتیکی و دوفامی دایروی
به پدیده چرخش صفحه قطبش نور قطبیده تخت در اثر عبور از محیط، فعالیت اپتیکی گفته می شود. هرگاه یک باریکه نور قطبیده خطی از یک محیط فعال اپتیکی مطابق شکل زیر عبور کند، صفحه قطبش نور آشکار شده با زاویه ای متناسب با طول مسیر نور چرخش می یابد [۸].

(۱-۱)

شکل (۱-۱) چرخش چپگرد سطح قطبش توسط یک محیط فعال اپتیکی [۸].
فعالیت اپتیکی بلور کوارتز برای اولین بار توسط آراگو[۱] (۱۸۱۱) مشاهده گردید. آزمایش های پیرو توسط بیو[۲] (۱۸۱۲) انجام شد که دو اثر متمایز را کشف کرد: ۱- چرخش اپتیکی، که چرخش سطح قطبش باریکه نور قطبیده خطی است. ۲- پاشندگی چرخش اپتیکی، که چرخش نابرابر صفحه قطبش طول موج های متفاوت نور است.
مواد فعال اپتیکی را از لحاظ چرخش صفحه قطبش نور فرودی به دو دسته تقسیم می نمایند. اگر صفحه قطبش به صورت ساعتگرد بچرخد، ماده را راستگرد و اگر چرخش صفحه قطبش پادساعتگرد باشد، ماده را چپگرد می نامند. به عنوان مثال سدیم کلراید، سولفور جیوه و انواع به خصوصی از قندها نمونه هایی از مواد فعال اپتیکی محسوب می شوند. اگرچه کوارتز مذاب از لحاظ اپتیکی همسانگرد است، بلور کوارتز علاوه بر فعال اپتیکی بودن دارای خاصیت شکست دوگانه نیز می باشد. بلور کوارتز به دو صورت راستگرد و چپگرد موجود است. جدول (۱-۱) توان چرخشی خاص دو نوع بلور کوارتز را به ازای طول موج های مختلف برای نور انتشار یافته در راستای محور اپتیکی نشان می دهد.
جدول (۱-۱) توان چرخشی کوارتز [۸].

توان چرخشی خاص
(درجه/ میلی متر)
طول موج
(آنگسترم)
۴۹ ۴۰۰۰
۳۷ ۴۵۰۰
۳۱ ۵۰۰۰
۲۶ ۵۵۰۰
۲۲ ۱۴۷۰۰
۱۷ ۶۵۰۰

از جدول بالا واضح است که میزان فعالیت اپتیکی کوارتز برحسب طول موج تغییر می کند. به این تغییر توان چرخشی برحسب طول موج، پاشندگی چرخشی گفته می شود [۸].
منشا فعالیت اپتیکی طبیعی، ساختار بلوری یا ساختار مولکولی کایرال می باشد. اگر ساختار غیرمنطبق با تصویر آینه ای خود باشد فعالیت اپتیکی ممکن است رخ دهد [۷].
در حوزه الکترومغناطیس کلاسیک، فعالیت اپتیکی را می توان براساس مدل ساده و زیبای فرنل توضیح داد. کافی است فرض کنیم که سرعت انتشار نور قطبیده دایروی راست، متفاوت با سرعت انتشار نور قطبیده دایروی چپ در محیط است [۸]. برای بیان این موضوع، استفاده از بردار جونز مناسب است. فرض می کنیم که  و  به ترتیب ضریب شکست محیط برای نور قطبیده دایروی راستگرد و چپگرد با فرکانس  را نشان دهند.  و  می گیریم. بردار جونز موجهای راستگرد و چپگرد عبارتند از:

(۱-۲)

با فرض اینکه باریکه نور فرودی قطبیده خطی و قطبش اولیه در راستای افقی است، می توان بردار جونز اولیه را برحسب دو بردار جونز بالا نوشت:

(۱-۳)

بردار جونز نور پس از طی مسافت  از محیط عبارت است از:

(۱-۴)

با معرفی دو کمیت و

(۱-۵)
(۱-۶)

بردار جونز بصورت زیر نوشته می شود:

(۱-۷)

رابطه (۱-۷) نشان دهنده چرخش راستای قطبش نور به اندازه θ نسبت به راستای اولیه آن است. به این ترتیب می توان نوشت:

(۱-۸)

طول موج نور در خلا می باشد. لازم به ذکر است که ضرایب شکست  و  هر یک تابعی از طول موج نیز می باشند. به عنوان مثال ضرایب شکست  و  برای انتشار نور در راستای محور اپتیکی کوارتز در جدول (۱-۲) آورده شده است:

جدول (۱-۲) ضرایب شکست نور دایروی چپگرد و راستگرد در کوارتز. این مقادیر مربوط به کوارتز راستگرد بوده و برای کوارتز چپگرد، مقادیر بالا معکوس می شوند [۸].

۰۰۰۱۱/۰ ۵۵۸۲۱/۱ ۵۵۸۱۰/۱ ۳۹۶۰
۰۰۰۰۷/۰ ۵۴۴۲۷/۱ ۵۴۴۲۰/۱ ۵۸۹۰
۰۰۰۰۶/۰ ۵۳۹۲۰/۱ ۵۳۹۱۴/۱ ۷۶۰۰

پدیده دیگری که در مواد فعال اپتیکی مشاهده می شود، دوفامی دایروی[۳] است. مواد دوفام دایره ای، نورهای قطبیده دایروی راستگرد و چپگرد را به میزان متفاوتی جذب می کنند [۱۱]. بزرگی دوفامی دایروی از تفاضل ضرایب جذب نور قطبیده دایروی راستگرد و چپگرد بدست  می آید:

(۱-۹)

شکل (۱-۲) به عنوان مثال طیف دوفامی دایروی یک پلی پپتید با آرایش مارپیچ-α و   صفحه-β را نشان می دهد.
شکل (۱-۲) طیف دوفامی دایروی یک پلی پپتید با آرایش مارپیچ-α و صفحه-β [۱۱].
۱-۲.چرخش فارادی
هرگاه یک دی الکتریک ایزوتروپیک در میدان مغناطیسی قرار داده شود و یک باریکه نور قطبیده خطی از آن در راستای میدان عبور داده شود، آنگاه شاهد چرخش صفحه قطبش نور خواهیم بود. به عبارت دیگر حضور میدان سبب فعالیت اپتیکی ماده می شود [۸]. این پدیده در سال ۱۸۴۵ توسط مایکل فارادی[۴] کشف گردید.  میزان چرخش صفحه قطبش نور متناسب با اندازه میدان مغناطیسی  و طول مسیر حرکت نور در محیط  است، یعنی

(۱-۱۰)

معروف به ثابت وردت[۵] است.  مشخصه ماده می باشد. به عنوان مثال مقادیر ثابت وردت چند نمونه در نور زرد با طول موج ۵۸۹۰ آنگسترم در جدول (۱-۳) آورده شده است:

جدول (۱-۳) مقادیر ثابت وردت برای چند ماده [۸].

 (Minutes of Angle/per Oe/cm) ماده
۰۰۰۹/۰ فلوریت
۰۱۲/۰ الماس
۰۵۰/۰- ۰۳۰/۰ چخماق
۰۳۶/۰ سدیم کلراید

در حوزه فیزیک کلاسیک به منظور شرح اثر فارادی، می بایست معادله حرکت الکترون های مقید در حضور میدان مغناطیسی خارجی  و میدان الکتریکی نوسانی  نور را بررسی کرد. معادله دیفرانسیل حرکت الکترون عبارت است از:

(۱-۱۱)

در این معادله  مکان الکترون از نقطه تعادل آن،  ثابت فنر معادل،  جرم الکترون و  بار الکترون می باشد. به منظور ساده سازی محاسبات از نیروی کوچک حاصل از میدان مغناطیسی نور و نیز اثرات میرایی صرف نظر شده است. با فرض اینکه میدان  بستگی زمانی  دارد،  نیز دارای بستگی زمانی هارمونیک مشابه است. پس می توان نوشت:

(۱-۱۲)    

قطبش محیط  است. در اینجا  تعداد الکترون در واحد حجم محیط می باشد. بنابراین رابطه (۱-۱۲) را می توان بصورت زیر بازنویسی نمود:

(۱-۱۳)

رابطه برداری (۱-۱۳) معادل سه معادله برای مولفه های ، ،  بردار قطبش است. با حل معادله می بینیم که هر مولفه  بصورت خطی به میدان  بستگی دارد. به عبارت دیگر

(۱-۱۴)

که  تانسور پذیرفتاری است. از حل معادله (۱-۱۳) داریم:

(۱-۱۵)

به طوری که

(۱-۱۶)

فرکانس تشدید و  فرکانس سیکلوترون است.
برای اینکه نشان دهیم ، تانسور پذیرفتاری محیط فعال اپتیکی است، کافی است معادله موج را حل کنیم. فرض می کنیم راستای انتشار نور، راستای  است. معادله موج در حوزه فوریه عبارت است از

(۱-۱۷)

برحسب مولفه های  داریم:

(۱-۱۸)
(۱-۱۹)
(۱-۲۰)

از رابطه (۱-۲۰) خواهیم داشت: . از روابط (۱-۱۸) و (۱-۱۹) شرط غیر صفر بودن  و  را می توان نوشت:
که حل آن عبارت است از

(۱-۲۱)

با جایگذاری k از رابطه (۱-۲۱) در رابطه (۱-۱۸) یا (۱-۱۹) خواهیم داشت:

(۱-۲۲)

بنابراین نتیجه می گیریم دو مقدار بدست آمده برای k از رابطه (۱-۲۱) متناظر با نور قطبیده دایروی راستگرد و چپگرد می باشند. پس به ترتیب ضرایب شکست مربوط به نور قطبیده دایروی راستگرد و چپگرد را می توان بصورت زیر نوشت:

(۱-۲۳)
 (۱-۲۴)

تفاضل  و  را می شود نوشت:

تعداد صفحه :۱۲۷
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

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.

پایان نامه رهیافت کوانتومی به اثر فارادی و دوفامی دایروی نانو ساختارها

پایان نامه رشته : فیزیک

عنوان : رهیافت کوانتومی به اثر فارادی و دوفامی دایروی نانو ساختارها

دانشگاه صنعتی شاهرود

دانشکده فیزیک

گروه فیزیک

پایان نامه ارشد جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

عنوان:

رهیافت کوانتومی به اثر فارادی و دوفامی دایروی نانو ساختارها

اساتید راهنما :

دکتر حسین عشقی

دکتر میر فائز میری

فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه .۱
۱-۱.چرخش اپتیکی و دوفامی دایروی ۳
۱-۲.چرخش فارادی .۸
۱-۳.بررسی فعالیت اپتیکی با فرض کوانتش ماده و کلاسیک بودن نور ۱۲
۱-۴.لزوم کوانتش میدان الکترومغناطیس ۱۷
۱-۵.پایان نامه .۱۹
فصل دوم: کوانتش میدان الکترومغناطیسی۲۱
۲-۱.مقدمه ۲۳
۲-۲.نظریه پتانسیل برای میدان الکترومغناطیسی کلاسیکی .۲۳
۲-۳.پیمانه کولن .۲۵
۲-۴.میدان کلاسیکی آزاد .۲۵
۲-۵.نوسانگر هارمونیک مکانیک کوانتومی .۲۹
۲-۶.کوانتش میدان ۳۱
فصل سوم: پدیده چرخش اپتیکی: رهیافت نظریه میدان کوانتومی الکترومغناطیسی. ۳۵
۳-۱.مقدمه .۳۷
۳-۲.ماتریس پراکندگی .۳۹
۳-۳.هامیلتونی برهم کنش .۴۰
۳-۴.چرخش اپتیکی .۴۷
فصل چهارم: حالت های اتمی جمعی و متغیرهای دینامیکی جمعی . ۷۷
۴-۱.اثرات جمعی ۷۹
۴-۱-۱.حالت های دیکی .۸۶
۴-۱-۲.تبهگنی حالت های دیکی ۹۹
۴-۲.تابش اتمی دسته جمعی ۱۰۱
۴-۲-۱.ابرتابش دیکی .۱۰۱
۴-۲-۲.تابش دسته جمعی در حالت حاصلضربی اتمی .۱۰۵
۴-۲-۳.تحول زمانی ابرتابش .۱۰۹
جمع بندی و کارهای پیش رو  ۱۱۳
منابع . ۱۱۵
چکیده:
موادی که صفحه قطبش نور قطبیده خطی فرودی را می چرخانند، مواد فعال اپتیکی نامیده می شوند. ما در این رساله نتایج بارون و آتکینز برای توجیه این پدیده را بازآفرینی می کنیم. ویژگی اصلی این روش، کوانتش هر دو سیستم میدان الکترومغناطیسی و اتم است. ما همچنین مروری بر پدیده ابرتابش می کنیم. این اثر دسته جمعی که مجموعه  اتم، تابشی شدیدتر از  برابر تابش یک اتم دارند، شاید به حوزه فعالیت اپتیکی هم قابل تعمیم باشد.
فصل اول: مقدمه
۱-۱- چرخش اپتیکی و دوفامی دایروی
به پدیده چرخش صفحه قطبش نور قطبیده تخت در اثر عبور از محیط، فعالیت اپتیکی گفته می شود. هرگاه یک باریکه نور قطبیده خطی از یک محیط فعال اپتیکی مطابق شکل زیر عبور کند، صفحه قطبش نور آشکار شده با زاویه ای متناسب با طول مسیر نور چرخش می یابد [۸].
فعالیت اپتیکی بلور کوارتز برای اولین بار توسط آراگو[۱] (۱۸۱۱) مشاهده گردید. آزمایش های پیرو توسط بیو[۲] (۱۸۱۲) انجام شد که دو اثر متمایز را کشف کرد: ۱- چرخش اپتیکی، که چرخش سطح قطبش باریکه نور قطبیده خطی است. ۲- پاشندگی چرخش اپتیکی، که چرخش نابرابر صفحه قطبش طول موج های متفاوت نور است.
مواد فعال اپتیکی را از لحاظ چرخش صفحه قطبش نور فرودی به دو دسته تقسیم می نمایند. اگر صفحه قطبش به صورت ساعتگرد بچرخد، ماده را راستگرد و اگر چرخش صفحه قطبش پادساعتگرد باشد، ماده را چپگرد می نامند. به عنوان مثال سدیم کلراید، سولفور جیوه و انواع به خصوصی از قندها نمونه هایی از مواد فعال اپتیکی محسوب می شوند. اگرچه کوارتز مذاب از لحاظ اپتیکی همسانگرد است، بلور کوارتز علاوه بر فعال اپتیکی بودن دارای خاصیت شکست دوگانه نیز می باشد. بلور کوارتز به دو صورت راستگرد و چپگرد موجود است. جدول (۱-۱) توان چرخشی خاص دو نوع بلور کوارتز را به ازای طول موج های مختلف برای نور انتشار یافته در راستای محور اپتیکی نشان می دهد.
از جدول بالا واضح است که میزان فعالیت اپتیکی کوارتز برحسب طول موج تغییر می کند. به این تغییر توان چرخشی برحسب طول موج، پاشندگی چرخشی گفته می شود [۸].
منشا فعالیت اپتیکی طبیعی، ساختار بلوری یا ساختار مولکولی کایرال می باشد. اگر ساختار غیرمنطبق با تصویر آینه ای خود باشد فعالیت اپتیکی ممکن است رخ دهد [۷].
در حوزه الکترومغناطیس کلاسیک، فعالیت اپتیکی را می توان براساس مدل ساده و زیبای فرنل توضیح داد. کافی است فرض کنیم که سرعت انتشار نور قطبیده دایروی راست، متفاوت با سرعت انتشار نور قطبیده دایروی چپ در محیط است [۸]. برای بیان این موضوع، استفاده از بردار جونز مناسب است. فرض می کنیم که  و  به ترتیب ضریب شکست محیط برای نور قطبیده دایروی راستگرد و چپگرد با فرکانس  را نشان دهند.  و  می گیریم. بردار جونز موجهای راستگرد و چپگرد عبارتند از.
با فرض اینکه باریکه نور فرودی قطبیده خطی و قطبش اولیه در راستای افقی است، می توان بردار جونز اولیه را برحسب دو بردار جونز بالا نوشت.
۲-۱- چرخش فارادی
هرگاه یک دی الکتریک ایزوتروپیک در میدان مغناطیسی قرار داده شود و یک باریکه نور قطبیده خطی از آن در راستای میدان عبور داده شود، آنگاه شاهد چرخش صفحه قطبش نور خواهیم بود. به عبارت دیگر حضور میدان سبب فعالیت اپتیکی ماده می شود [۸]. این پدیده در سال ۱۸۴۵ توسط مایکل فارادی[۱] کشف گردید.  میزان چرخش صفحه قطبش نور متناسب با اندازه میدان مغناطیسی  و طول مسیر حرکت نور در محیط  است، یعنی.
معروف به ثابت وردت[۱] است.  مشخصه ماده می باشد. به عنوان مثال مقادیر ثابت وردت چند نمونه در نور زرد با طول موج ۵۸۹۰ آنگسترم در جدول (۱-۳) آورده شده است.
در حوزه فیزیک کلاسیک به منظور شرح اثر فارادی، می بایست معادله حرکت الکترون های مقید در حضور میدان مغناطیسی خارجی  و میدان الکتریکی نوسانی  نور را بررسی کرد. معادله دیفرانسیل حرکت الکترون عبارت است از:
در این معادله  مکان الکترون از نقطه تعادل آن،  ثابت فنر معادل،  جرم الکترون و  بار الکترون می باشد. به منظور ساده سازی محاسبات از نیروی کوچک حاصل از میدان مغناطیسی نور و نیز اثرات میرایی صرف نظر شده است. با فرض اینکه میدان  بستگی زمانی  دارد،  نیز دارای بستگی زمانی هارمونیک مشابه است. پس می توان نوشت:
قطبش محیط  است. در اینجا  تعداد الکترون در واحد حجم محیط می باشد. بنابراین رابطه (۱-۱۲) را می توان بصورت زیر بازنویسی نمود:
[۱] Verdet
[۱] Michael Faraday
[۱] Arago
[۲] Biot
تعداد صفحه : ۱۲۹
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

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.

پایان نامه سنتز و مطالعه خواص فیزیکی نانو ساختارهای اکسید نیکل برای کاربردهای حسگری

پایان نامه رشته :فیزیک

گرایش : نانو فیزیک

عنوان : سنتز و مطالعه خواص فیزیکی نانو ساختارهای اکسید نیکل برای کاربردهای حسگری

دانشگاه صنعتی شاهرود

دانشکده فیزیک

گرایش نانوفیزیک

پایان نامه کارشناسی ارشد

عنوان:

سنتز و مطالعه خواص فیزیکی نانو ساختارهای اکسید نیکل برای کاربردهای حسگری

اساتید راهنما:

دکتر حمید هراتی‏زاده

دکتر محمد باقر رحمانی

چکیده
ساختار‏‏هایی که در ابعاد نانو متر هستند خواص فیزیکی و شیمیایی شگفت‏انگیزی را از خود نشان می‏دهند که این خواص متفاوت از خواص مشاهده شده در مواد حجمی می‏باشد. کاهش در ابعاد سبب بهبود یافتن اثرات وابسته به اندازه مانند نسبت سطح به حجم بسیار بالا می‏شود که این به نوبه خود بر خواص فیزیکی گوناگون مانند ساختار الکترونیکی، ساختار شبکه، فاصله بین اتمی و غیره اثر می‏گذارد. اکسید نیکل (NiO) یک نیم‏رسانای نوع p با ساختار کریستالی NaCl و گاف نواری eV 6/3 است. در طی چند سال گذشته نانو ساختارهای NiO به سبب خواص الکتریکی و مغناطیسی مفید آن‏ها به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته‏اند. این پروژه شامل دو مرحله از انجام آزمایشات می‏باشد. در مرحله اول نانو ساختارهای اکسید نیکل به روش عملیات حرارتی در اتمسفر اکسیژن سنتز شدند به این ترتیب که ابتدا قرص‏های نیکل تهیه و سپس تحت شرایط خاص اکسید شدند. در مرحله دوم فیلم‏های نازک اکسید نیکل به روش اسپری پایرولیزیز با آلایش‏های صفر و ۵۰ درصد کلرید لیتیم (LiCl) تهیه شدند و با توجه به اهمیت حسگری گازی نیم‏رساناهای اکسید فلزی، عملکرد حسگری گازی فیلم‏های نازک NiO سنتز شده برای غلظت‏های مختلف گاز مهم و پرکاربرد بخار استون در دماهای مختلف بررسی شد. نانو ساختارها و فیلم‏های نازک سنتز شده، بوسیلۀ پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ روبشی الکترونی (SEM) و آنالیز EDX مشخصه‏یابی شدند

فهرست مطالب
تقدیر و سپاسگزاری    ب
چکیده  .  ت
فصل اول- معرفی اکسید نیکل
۱-۱ مقدمه  .  ۲
۱-۲ ساختار  .  ۴
۱-۳ خواص الکتریکی و اپتیکی    ۵
۱-۳-۱ مواد الکتروکرومیک  .  ۵
۱-۳-۲ انواع مواد الکتروکرومیک  .  ۶
۱-۴ کاربردهای اکسید نیکل    ۷
۱-۴-۱ پنجره‏های هوشمند    ۷
۱-۵ مروری کوتاه بر برخی از تکنیک‏های مشخصه‏یابی نانوساختارها  .  ۸
۱-۵-۱ پراش پرتو ایکس  .  ۹
۱-۵-۲ میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی    ۱۱
۱-۵-۳آنالیز EDX  .  ۱۲
۱-۶ انواع نانوساختارهای اکسید نیکل  .  ۱۳
فصل دوم- حسگرهای گازی
۲-۱ مقدمه‏ای بر حسگرهای گازی  .  ۲۷
۲-۲ انواع حسگرهای گازی    ۲۷
۲-۳ حسگرهای گازی نیم‏رسانا اکسید-فلزی  .  ۲۹
۲-۴ خواص حسگرهای گازی    ۳۰
۲-۴-۱ حساسیت  .  ۳۰
۲-۴-۲ گزینش  .  ۳۴
۲-۴-۳ زمان پاسخ / زمان بازگشت    ۳۴
۲-۵ مروری بر مقاله‏های موجود دربارۀ حسگرهای گازی بر پایۀ نانوساختارهای اکسید نیکل  .  ۳۴
فصل سوم- مراحل آزمایشگاهی رشد نانوساختارهای اکسید نیکل به روش عملیات حرارتی در اتمسفر اکسیژن و اسپری پایرولیزیز و آماده‏سازی لایۀ حسگر گازی
۳-۱ مقدمه    ۵۹
۳-۲ انواع روش‏های رشد نانوساختارهای اکسید نیکل  .  ۵۹
۳-۳ تهیۀ نانوساختارها به روش اسپری پایرولیزیز    ۶۰
۳-۳-۱ جزئیات دستگاه اسپری پایرولیزیز    ۶۰
۳-۳-۲ آماده‏سازی زیرلایه    ۶۱
۳-۳-۳ تهیۀ محلول    ۶۲
۳-۳-۴ پارامترهای لایه‏نشانی    ۶۳
۳-۴ تهیۀ لایه‏های نازک نانوساختار به روش عملیات حرارتی در اتمسفر اکسیژن    ۶۴
۳-۴-۱ کورۀ الکتریکی تیوبی  .  ۶۴
۳-۴-۱-۱ متعلقات کوره  .  ۶۵
۳-۴-۱-۲ سیستم خلأ به کار رفته   ۶۵
۳-۴-۲ مراحل سنتز نانوساختارهای اکسید نیکل  .  ۶۶
۳-۴-۲-۱ تهیۀ قرص‏های نیکل    ۶۷
۳-۴-۲-۲ عملیات حرارتی قرص‏ها  .  ۶۸
۳-۵ حسگر گازی  .  ۶۹
۳-۵-۱ جزئیات دستگاه حسگر گازی    ۷۰
۳-۵-۲ آماده سازی لایه حسگر  .  ۷۲
۳-۵-۲-۱ الکترود گذاری  .  ۷۲
فصل چهارم- نتایج و بحث در مورد مورفولوژی و خواص ساختاری نانوساختارهای NiO و نتایج مشخصه‏یابی حسگرهای گازی ساخته شده بر پایۀ لایه‏های نازک اکسید نیکل
۴-۱ مقدمه    ۷۵
۴-۲ بررسی خواص فیزیکی لایه‏های نانوساختار اکسید نیکل تهیه شده به روش عملیات حرارتی در اتمسفر اکسیژن  .  ۷۵
۴-۲-۱ معرفی نمونه‏های سنتز شده  .  ۷۶
۴-۲-۲ بررسی اثر فاصلۀ قرص‏ها از مرکز ناحیۀ بسیار گرم کوره بر مورفولوژی نمونه‏ها    ۷۸
۴-۲-۳ بررسی اثر دما بر مورفولوژی نمونه‏ها  .  ۷۹
۴-۲-۴ آنالیز عنصری نمونه‏ها.  ۸۰
۴-۳ بررسی خواص فیزیکی لایه‏های نانوساختار اکسید نیکل تهیه شده به روش اسپری پایرولیزیز  ۸۰
۴-۳-۱ مطالعۀ مورفولوژی سطح لایه‏ها    ۸۱
۴-۳-۲ مطالعۀ خواص ساختاری لایه‏ها   .  ۸۱
۴-۴ نتایج حاصل از حسگر لایه‏های نازک NiO سنتز شده به روش اسپری پایرولیزیز  .  ۸۲
۴-۴-۱ زمان پاسخ و بازیابی حسگر لایه‏های نازک NiO سنتز شده به روش اسپری پایرولیزیز  ۸۷
۴-۵ بحث و نتیجه ‏گیری  . ۸۸
۴-۵-۱ عملیات حرارتی در اتمسفر اکسیژن  .  ۸۹
۴-۵-۲ اسپری پایرولیزیز    ۸۹
۴-۵-۳ حسگر گازی    ۸۹
منابع    ۹۰
۱ مقدمه
اکسیدهای نیکل ممکن است به صورت‏های گوناگون مانند NiO، NiO2، NiO4 و Ni2O3 وجود داشته ‏باشند ]۱[. این اکسیدها به صورت پودرهای سیاه یا سبز رنگ موجود هستند که شکل سیاه آن‏ها از نظر شیمیایی واکنش‏پذیر است در حالی که شکل سبز آن‏ها بی‏اثر و دیرگداز می‏باشد. اکسید مورد نظر ما در این پایان‏ نامه NiO می‏باشد که به این اکسید، Green nickel oxide،             Nickel monoxide  و Nickelous oxide هم گفته ‏می‏شود.
NiO کپه‏ای، مقاومت ویژه ونقطۀ ذوب (حدود °C 2000) خیلی بالایی دارد بنابراین می‏تواند در کاربردهای دمای بالا مورد استفاده قرار بگیرد ]۱[. NiO یکی از معروف‏ترین مواد الکتروکرومیک[۱] بعد از اکسید تنگستن است. به عنوان یک ماده الکتروکرومیک، به سبب بازده الکتروکرومیک ( ) بالا،

(۱-۱)

برگشت‏پذیری دوره‏ای، پایداری و رنگ‏آمیزی خاکستری که در تکنولوژی پنجره‏های هوشمند مفید است مزایای ویژه‏ای دارد ]۲[. NiO یک مادۀ الکتروکرومیک آندی است که می‏تواند در ترکیب با یک مادۀ الکتروکرومیک کاتدی مانند اکسید تنگستن (WO3) استفاده ‏شود ]۳[.
اکسید نیکل بدون آلایش دارای انرژی گاف نواری مستقیم و پهن در گسترۀ eV 0/4-6/3 و چگالی g/cm3 ۶۷/۶ است. هنگامی که در حضور هوا گرم می‏شود به خاطر تولید تهی‏جاهای Ni2⁺ در ساختار NiO، نیم‏رسانندگی نوعp- نشان می‏دهد ]۱[. الکترودهای ساخته شده با ذرات NiO نانو بلورین، نسبت به مواد سرامیکی معمولی ظرفیت بالاتری را نشان می‏دهند. از خواص مغناطیسی اکسید نیکل این است که یک مادۀ آنتی‏فرومغناطیس می‏باشد، هنگامی که اندازۀ بلورک از مرتبه چند نانو متر می‏شود، سوپرپارامغناطیس یا سوپرآنتی‏فرومغناطیس می‏شود. در حالت کلی خواص اپتیکی و الکتریکی NiO به استوکیومتری (تناسب عنصری)[۲] و همچنین نقایص ساختاری آن بستگی دارند.
NiO یک مدل نیم‏رسانا با رسانندگی حفره (نیم‏رسانای نوع-p) در نظر گرفته می‏شود. تناسب عنصری NiO تقریباً به وسیلۀ رنگ نمونه نشان داده می‏شود. رنگ NiO تا حد زیادی به حضور حالت‏های ظرفیت بالاتر نیکل حساس است. تهی‏جاهای کاتیون نیکل و یا اکسیژن میانین در بلورک‏های NiO منجر به NiOx غیر استوکیومتری می‏شود. NiO استوکیومتری یک عایق با      مقاومت ویژه از مرتبۀ Ω ۱۰۱۳ در دمای اتاق است و تا حد زیادی به اکسید شدن مقاوم است. پایداری شیمیایی بسیار خوب همراه باخواص اپتیکی، الکتریکی و مغناطیسی جالب، NiO را کاندیدای بسیار خوبی برای اسباب الکتروکرومیک می‏سازد ]۴[.
NiO به عنوان یک اکسید رسانای شفاف دارای ترکیبی از رسانندگی الکتریکی و شفافیت اپتیکی می‏باشد. محدودیت کوانتومی الکترون‏ها که به وسیلۀ چاه کوانتومی نانو ساختارها ایجاد می‏شود از ابزارهای قوی برای کنترل خواص الکتریکی، اپتیکی، مغناطیسی و ترموالکتریک مواد فعال حالت جامد است. اکسید نیکل به عنوان نوعی مادۀ فعال مهم در طی دهه‏های متوالی مورد تحقیقات گسترده قرار گرفته است. به خاطر اثر حجم، اثر اندازۀ کوانتومی و اثر سطح نانو بلورهای اکسید نیکل، انتظار می‏رود که نسبت به ذرات با اندازۀ میکرونی NiO دارای خواص بهتر و مفیدتری باشند ]۵[.
اکسید نیکل در اسیدها و محلول‏های هیدروکسید آمونیوم قابل حل است. در آب گرم و سرد و محلو‏ل‏های سوزان حل نمی‏شود. هنگامی که تا C° ۴۰۰ گرم می‏شود می‏تواند اکسیژن را جذب کند و به Ni2O3 تبدیل شود. هنگامی که تا C° ۶۰۰ گرم می‏شود دوباره به NiO تبدیل می‏شود
۱-۲ ساختار
اکسید نیکل دارای ساختار‏های آمورف و بلورین می‏باشد که بسته به مکانیزم به‏ کار رفته برای رشد و شرایط رشد، انواع مختلفی از ساختار‏های بلورین برای اکسید نیکل شناسایی شده ‏اند.
یکی از ساختارهای بلورین اکسید نیکل، ساختار هگزاگونال با ثابت‏های شبکه nm 295/0=a و  nm 723/0=c است ]۶[. این ساختار در شکل ۱-۱ نشان داده شده است.
شکل ۱-۱: ساختار هگزاگونال
ساختار بلورین دیگر، یک ساختار مکعبی مانند ساختار کلرید سدیم (NaCl) با پارامتر شبکه      Å ۱۹۵/۴=a می‏باشد ]۷[ که در شکل ۱-۲ نشان داده شده است.
شکل ۱-۲: ساختار مکعبی
۱-۳ خواص الکتریکی و اپتیکی
خواص الکتریکی فیلم‏های نازک NiO نشان می‏دهد که آن‏ها نیم‏رساناهای نوع-p هستند. مقاومت ویژه این فیلم‏ها می‏تواند با افزایش غلظت حفره کاهش یابد. کاهش مقاومت ویژه به وسیلۀ افزایش تعداد نقص‏های ذاتی مانند تهی‏جاهای نیکل، اکسیژن میانین و یا به وسیلۀ آلایش با یون‏های تک ظرفیت مانند لیتیم می‏تواند به دست آید ]۸[. یکی از مهم‏ترین خواص اپتیکی و الکتریکی اکسید نیکل خاصیت الکتروکرومیک آن است که به این خاصیت، خاصیت اپتوالکتریکی هم گفته می‏شود. در همین راستا به معرفی مواد الکتروکرومیک و انواع مواد الکتروکرومیک می‏پردازیم.
۱-۳-۱ مواد الکتروکرومیک
موادی که قادر هستند خواص اپتیکی خود را به عنوان یک پاسخ به محرک خارجی تغییر دهند به عنوان کروموژنیک[۳] شناخته می‏شوند. این تغییر در خواص اپتیکی می‏تواند از طریق پرتودهی با نور (مواد فوتوکرومیک[۴])، تغییر در دما (مواد ترموکرومیک[۵]) و به کار بردن یک ولتاژ الکتریکی (مواد الکتروکرومیک[۶]) اتفاق بیفتد ]۹[ .
اثر الکتروکرومیک برای نخستین بار در سال ۱۹۶۰ در فیلم‏های نازک اکسیدهای فلزات واسطه مانند WO3 و MoO3 کشف شد. هنگامی که یک اختلاف پتانسیل به دو سر یک مادۀ الکتروکرومیک اعمال می‏شود می‏تواند در جریان اکسایش و کاهش الکتروشیمیایی خواص اپتیکی خود را تغییر دهد. خواص اپتیکی باید برگشت‏پذیر باشند، به این معنی که اگر قطبش ولتاژ تغییر داده ‏شود حالت اولیه باید قابل بازیافت باشد. در فرایند الکتروکرومیسم[۷] یک ماده می‏تواند تحت تأثیر میدان یا جریان الکتریکی اعمال شده تغییر رنگ پایا و برگشت‏پذیر نشان دهد ]۱۰[. از میان مواد الکتروکرومیک آلی و غیر آلی بسیار، اکسیدهای فلزات واسطه بیشتر مطالعه شده ‏اند زیرا آن‏ها تغییر قابل توجهی در استوکیومتری نشان می‏دهند ]۱۱[.
۱-۳-۲ انواع مواد الکتروکرومیک
مواد الکتروکرومیک دو نوع هستند: ۱- مواد الکتروکرومیک کاتدی که به محض کسب یون یا الکترون تغییر رنگ می‏دهند. ۲- مواد الکتروکرومیک آندی که به محض از دست دادن یون یا الکترون تغییر رنگ می‏دهند.
اکسید تنگستن WO3)) یک مادۀ الکتروکرومیک کاتدی است که به محض کسب یون یا الکترون آبی رنگ می‏شود. اکسید نیکل NiO)) یک مادۀ الکتروکرومیک آندی است که به محض از دست دادن یون یا الکترون خاکستری رنگ می‏شود. در صورت معکوس شدن فرایندها این مواد، شفاف       می‏شوند ]۱۲[.
۱-۴ کاربرد‏های اکسید نیکل
از جمله کاربردهای NiO می‏توان به موارد زیر اشاره کرد:
نیم‏رسانای نوع-p شفاف ]۱۴-۱۳[، کاتالیزور ]۱۵[، حسگر گازی برای انواع مختلفی از گازها ]۱۶[، الکترود در باطری‏های یون لیتیم ]۱۷[، فیلم‏های الکتروکرومیک ]۱۸[، لایۀ آنتی فرومغناطیس ]۱۹[، سلول‏های خورشیدی ]۲۰[، سوپرخازن‏های الکتروشیمیایی ]۲۳-۲۱[، دستگاه‏های فوتوولتایی ]۲۴[ و پنجره‏های هوشمند ]۲۵[. در این میان به کاربرد NiO در حسگرهای گازی (فصل دوم) و پنجره‏های هوشمند می‏پردازیم.

تعداد صفحه : ۱۲۰
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

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.

پایان نامه :بررسی نقش pH نهایی محلول بر فرایند رشد و آرایش لایه های نانو ساختار نیکل سلنید

پایان نامه رشته :فیزیک

گرایش :حالت جامد

عنوان : بررسی نقش pH نهایی محلول بر فرایند رشد و آرایش لایه های نانو ساختار نیکل سلنید

عنوان پایان نامه بررسی نقش pH نهایی محلول بر فرایند رشد و آرایش لایه­های نانو ساختار نیکل سلنید

استاد راهنما: دکتر نادر قبادی

مقطع تحصیلی: کارشناسی ارشد        رشته: فیزیک              گرایش: حالت جامد

دانشگاه ملایر-گروه: فیزیک             تاریخ فارغ التحصیلی: بهمن ۹۲

ت

چکیده:
در این پایان نامه خواص نوری و مشخصه نگاری لایه­های نازک نیمرسانای نانو بلور NiSe مورد برسی قرار گرفته است. لایه­های نازک نانو ذرات سلنید نیکل بر روی زیر لایه­های شیشه­ای با بهره گرفتن از روش رسوب­گیری از حمام شیمیایی رشد داده شده­. با کنترل پارامترهای ساخت می­توان اندازه نانو ذرات را کاهش داد. با کاهش اندازه نانو ذرات، گاف انرژی نانو ذرات به علت اثر محدودیت کوانتومی به سمت انرژی­های بالا انتقال یافته است. با بهره گرفتن از طیف پراش اشعه ایکس و روش­های اسپکتروسکوپی، ساختار بلوری و خواص اپتیکی لایه­های نازک اندازه ­گیری شده است. همچنین ویژگی شکل شناسی نمونه­ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفته است.

فصل اول
کلیات. ۱
۱-۱) نانو چیست؟. ۲
۱-۲) مقدمه ای بر لایه های نازک. ۴
۱-۳) تاریخچه لایه های نازک ۴
۱-۴) ویژگی های لایه های نازک. ۴
۱-۵) روش های ساخت لایه های نازک. ۵
۱-۵-۱) روش های فیزیکی ۵
۱-۵-۱-۱) رسوب گذاری فیزیکی از فاز بخار ۵
۱-۵-۱-۲) فرایندهای تبخیر. ۵
۱-۵-۱-۳) بر­آرایی باریکه مولکولی. ۶
۱-۵-۱-۴) رسوبگذاری با بهره گیری از پرتو یونی ۶
۱-۵-۱-۵) فرایند کند و پاش. ۷
۱-۵-۲)روش های شیمیایی ۷
۱-۵-۲-۱) رسوب دهی شیمیایی از بخار. ۷
۱-۵-۲-۲) رسوبگیری از حمام شیمیایی. ۸
۱-۶) مشخصه یابی نمونه ها ۸
۱-۶-۱) طیف سنجی  پراش اشعه ایکس. ۸
۱-۶-۱-۱)پراش پرتوx 9
۱-۶-۱-۲) روش های پراش پرتوx 10
۱-۶-۲) میکروسکوپ الکترونی عبوری((TEM. 11
۱-۶-۳) میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM). 11
۱-۷) خواص تابع اندازه نانو ذرات. ۱۲
۱-۸) نقاط کوانتومی ۱۲
۱-۹) گاف انرژی ۱۳
۱-۱۰) گاف انرژی در نیمرساناها. ۱۴

۱-۱۱) اکسیتون در نانو ذرات ۱۵-۱-۱۲)نیمرسانا با گاف انرژی مستقیم و غیر مستقیم. ۱۷-۱-۱۳) شعاع نانو ذرات ۱۹-۱-۱۴)ذره در جعبه کوانتومی ۱۹
فصل دوم
مرور منابع ۲۲
۲-۱)مقدمه. ۲۳
۲-۲) مروری بر مقاله های ساخت و مشخصه نگاری نیکل ۲۳
۲-۲-۱) بررسی مقاله اول ۲۳
۲-۱-۲) بررسی مقاله دوم ۲۶
فصل سوم
مواد و روش ها. ۳۲
۳-۱) مقدمه ۳۳
۳-۲)تاریخچه رسوبگیری شیمیایی ۳۳
۳-۳) رسوبگیری شیمیایی چیست؟. ۳۳
۳-۴) چه موادی می توانند به روش رسوبگیری شیمیایی رسوبگیری شوند؟ ۳۴
۳-۴) تشکیل کالکوژن های یونی. ۳۴
۳-۵) لایه نشانی حمام شیمیایی. ۳۵
۳-۵) مزایا و معایب لایه نشانی به روش رسوب حمام شیمیایی    ۳۶
۳-۶) مواد استفاده شده. ۳۷
۳-۷) دستگاه های مورد استفاده ۳۷
۳-۸) شستن زیر لایه. ۳۸
۳-۹) تهیه محلول نیترات نیکل. ۳۹
۳-۱۰) تهیه محلول سدیم سلنو سولفات. ۴۰
۳-۱۱) تهیه محلول نهایی ۴۲
۳-۱۲) مشخصه یابی نمونه ها. ۴۴

۳-۱۳) اندازه گیری گاف انرژی نواری. ۴۴
۳-۱۴) تحلیل طرح پراش پرتوx 44
فصل چهارم
بحث و نتیجه گیری ۴۵
۴-۱) مقدمه ۴۶
۴-۲)بررسی خواص فیزیکی لایه های نازک.NiSe. 46
۴-۲-۱) پراش اشعه ایکس. ۴۶
۴-۲-۲) میکروسکوپ الکترونی روبشی. ۴۹
۴-۳) بررسی خواص نوری لایه نازک سلنید نیکل ۵۴
۴-۳-۱) گاف انرژی ۵۵
۴-۳-۲) تعیین گاف انرژی ۵۵
۴-۴) بحث و نتیجه گیری. ۶۱
۴-۵)پیشنهادات. ۶۲
منابع و مراجع
منابع ومراجع ۶۳

فصل اول
جدول۱-۱) معرفی برخی خصوصیات از چند نیم­رسانای مهم ۱۶
فصل دوم
جدول ۲-۱) داده ­های پراش پرتو ایکس فیلم های NiSو NiSe    ۲۵
فصل سوم
جدول۳-۱) مشخصات پودر و محلول اولیه جهت تهیه محلول نیترات نیکل ۳۹
جدول ۳-۲) مواد اولیه برای تهیه سدیم سلنوسولفات  ۴۱
فصل چهارم
جدول۴-۱ گاف انرژی لایه های نازک NiSe در سه pH متفاوت   ۵۶

فصل اول
شکل ۱-۱) تصویر هندسی دوربین پودری دبای – شرر ۱۰
شکل۱-۲) روند حبس حاملهای بار در نانو مواد. ۱۳
شکل۱-۳) گاف نواری نیمرسانای گاف مستقیم وگاف غیر مستقیم   ۱۷
شکل۱-۴) ترازهای انرژی گسسته شده و گاف انرژی افزایش یافته نانو ذرات ۲۱
فصل دوم
شکل۲-۱) طیف جذب اپتیکی فیلم نازک NiS،(a) فیلم نازک NiSe رسوب­گیری شده بر روی فلوراید کلسیم در دمای اتاق(b) 26
شکل۲-۲) نمودارهای جذب نیکل سلنید تهیه شده با: روش اول(a)- روش دوم(b)
روش سوم(c) 27
شکل۲-۳ نمودار XRD نانو ذرات نیکل سلنید تهیه شده با روش اول(a)- روش دوم
(b)-روش سوم(c) 29
شکل۲-۴) تصویر نانو ذرات سلنید نیکل  تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM)) است با روش اول ۳۰
شکل۲-۵) تصویر نانو ذرات سلنید نیکل تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به روش دوم ۳۰
شکل۲-۶) تصویر نانو ذرات سلنید نیکل تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به روش سوم ۳۱
فصل سوم
شکل۳-۱) رسوبگیری به روش حمام شیمیایی ۳۶
شکل۳-۲)دستگاه التراسونیک ۳۸
شکل۳-۳)تغیر رنگ نیکل با افزودن تدریجی آمونیاک   ۴۰
شکل(۳-۴) تهیه محلول سلنو سولفیت. ۴۱
شکل۳-۵) pH متر دیجیتالی. ۴۲

شکل ۳- ۶)رنگ محلول نهایی در pHهای متفاوت ۴۳
شکل۳-۷) لایه نازک نیکل سلنید درpHهای متفاوت ۴۳
فصل چهارم
شکل۴-۱)نمودارXRDنانو ذره سلنید نیکل با۴۷/۱۱=pH 48
شکل۴-۲) نمودارXRDنانو ذره سلنید نیکل با۱۲/۱۲=pH   ۴۸
شکل۴-۳) نمودارXRDنانو ذره سلنید نیکل با۳۸/۱۲=pH   ۴۹
شکل ۴-۴) تصویرSEM نمونه در۳۷/۱۱=pH. 51
شکل ۴-۵) تصویرSEM نمونه در۱۲/۱۲=pH 53
شکل ۴-۶)  تصویرSEM نمونه در۳۸/۱۲= pH. 54
شکل ۴-۷ )نمودار طیف جذبی سلنید نیکل در دمایC˚۳۵ با سه pH متفاوت                      ۵۵
شکل ۴-۸ )گاف انرژی در۴۷/۱۱= pHو زمان رسوبگیری۱۴ ساعته  ۵۷
شکل ۴-۹)گاف انرژی در۱۲/۱۲=pH و زمان رسوبگیری۱۴ ساعته   ۵۷
شکل۴-۱۰) گاف انرژی در۳۸/۱۲=pH و زمان رسوبگیری۱۴ ساعته  ۵۸
شکل۴-۱۱) گاف انرژی در۴۷/۱۱= pHو زمان رسوبگیری۳۸ ساعته   ۵۸
شکل۴-۱۲) گاف انرژی در۱۲/۱۲=pH و زمان رسوبگیری۳۸ساعته   ۵۹
شکل۴-۱۳) گاف انرژی در۳۸/۱۲=pH و زمان رسوبگیری۳۸ ساعته  ۵۹
شکل۴-۱۴) گاف انرژی در۴۷/۱۱= pHو زمان رسوبگیری۶۲ ساعته   ۶۰
شکل۴-۱۵) گاف انرژی در۱۲/۱۲=pH و زمان رسوبگیری۶۲ساعته   ۶۰
شکل۴-۱۶) گاف انرژی در۳۸/۱۲=pH و زمان رسوبگیری۶۲ ساعته  ۶۱

فصل اول
کلیات

  • نانو چیست؟

پیشوند نانو در کلمه­ی نانو فناوری به معنای یک بیلیونیوم (۹- ۱۰) است. نانو فناوری به ساختارهای گوناگون موادی می ­پردازد که دارای ابعادی در حدود یک بیلیونیم متر می­باشد. در حالی که کلمه­ نانو فناوری نسبتاً جدید است، وجود مجموعه­های فعال و ساختارهایی با ابعاد نانو متری تازگی ندارند و در حقیقت چنین ساختارهایی به اندازه طول عمر حیات در روی زمین وجود داشته اند. آبالون[۱] که نوعی نرم تن یا حلزون است، پوسته­های صدفی بسیار سختی را می­سازد که دارای رویه­ های درونی با نمای قوس و قزحی می­باشد. چنین رویه­ هایی از آجرهای سختی از کلسیم کربنات با ابعاد نانو درست شده ­اند که به کمک چسبی مرکب از مخلوطی از یک کربوهیدرات و پروتئین در کنار هم قرار گرفته­اند. ترک­های بوجود آمده در سطح بیرونی، به دلیل وجود آجرهایی با ساختار نانو، قادر به گسترش در سرتاسر پوسته صدفی نمی­باشند. پوسته­های صدفی، نمایشی طبیعی از ساختاری را نشان می­ دهند که از ذراتی به ابعاد نانو درست شده است و می ­تواند بسیار سخت باشد[۱].
روند نانو فناوری، به طور خاص در ساخت نانو نقاط طلا، کار جدیدی نیست. بیشتر شیشه­های رنگی پنجره­هایی که در کلیساهای دوره رنسانس یافت می­شد و برخی از ظروف سفالی جلا دار و صیقل یافته مربوط به دوران سفالی باستان، به این واقعیت متکی بود که خصوصیات مقیاس نانوی مواد از خصوصیات بزرگ مقیاس آنها متفاوت هستند به ویژه ذرات طلای نانو مقیاس می توانند نارنجی، بنفش، قرمز یا سبز رنگ باشند که وابسته به اندازه آنهاست. به عبارتی نخستین نانو فناوران در حقیقت شیشه­کاران ریخته گری­های دوره رنسانس
[۱] . Abalon
تعداد صفحه : ۱۰۴
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

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.

پایان نامه سنتز نانو ساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال

پایان نامه رشته : مهندسی شیمی

عنوان : سنتز نانو ساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال و با بهره گرفتن از فسفر تری کلرید و یا آلکیل و آریل فسفات های، تری متیل فسفات، تری بوتیل فسفات، تریس (۲‐اتیل هگزیل) فسفات و تری فنیل فسفات

عنوان پایان نامه :

سنتز نانو ساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال و با بهره گرفتن از فسفر تری کلرید و یا آلکیل و آریل فسفات های، تری متیل فسفات، تری بوتیل فسفات، تریس (۲‐اتیل هگزیل) فسفات و تری فنیل فسفات

فهرست مطالب:
۱- مقدمه. ۱
۱-۱- نانو فناوری ۱
۱-۲- تاریخچه­ی نانو فناوری. ۲
۱-۳- اهمیت نانو تکنولوژی ۳
۱-۴- نانو­مواد. ۴
۱-۵- تقسیم ­بندی نانومواد. ۴
۱-۶- نانومواد و انواع روش­های تولید آن ۵
۱-۶-۱- روش بالا به پایین ۶
۱-۶-۲- روش پایین به بالا. ۷
۱-۷- سنتز هیدرو(سولو)ترمال ۹
۱-۸- بیو نانو تکنولوژی ۱۰
۱-۹- سرامیک­های کلسیم فسفاتی ۱۱
۱-۱۰- سیمان­های کلسیم فسفاتی ۱۳
۱-۱۱- کلسیم فسفات­ها .۱۳
۱-۱۱-۱- مونو کلسیم فسفات (MCP) 14
1-11-2- دی کلسیم فسفات (DCP) 15
1-11-3- اکتا کلسیم فسفات (OCP). 16
1-11-4- تری کلسیم فسفات (TCP) 17
1-11-5- کلسیم فسفات آمورف (ACP). 18
1-11-6- هیدروکسی آپاتیت (HAp) 19
1-11-6-1- ساختار هیدروکسی آپاتیت ۲۰
۱-۱۱-۶-۲- رفتار حرارتی هیدروکسی آپاتیت ۲۳
۱-۱۱-۶-۳- موارد مصرف و کاربرد ۲۴
۱-۱۱-۷- تترا کلسیم فسفات (TTCP) .24
1-11-8- کلسیم پیرو فسفات (CPP) 25
1-12- تاریخچه­ی کلسیم فسفات­ها ۲۷
۱-۱۳- مولکولارسیو (غربال مولکولی). ۳۳
۱-۱۴- آلومینیوم فسفات (APO) 34
1-15- تاریخچه­ی آلومینوم فسفات­ها ۳۸
۲- بخش تجربی. ۴۲
۲-۱- دستگاه­ها و مواد شیمیایی. ۴۳
۲-۱-۱- دستگاه­های مورد استفاده ۴۳
۲-۱-۲- مواد شیمیایی مورد استفاده ۴۴
۲-۲- روش کار آزمایشگاهی. ۴۵
۲-۲-۱- تهیه­ نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید.۴۵
۲-۲-۲- تهیه­ نانوساختارهای کلسیم فسفات و آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل فسفات­ها.۴۹
۲-۲-۲-۱- تهیه­ نانوساختارهای کلسیم فسفات. ۴۹
۲-۲-۲-۲-تهیه­ نانوساختارهای آلومینیوم فسفات ۵۴
۳- بحث و نتیجه ­گیری ۵۸
۳-۱- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید.۵۹
۳-۱-۱- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات. ۵۹
۳-۱-۲- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات ۶۴
۳-۲- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفات­ها۶۸
۳-۲-۱- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات.۶۸
۳-۲-۲- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات.۷۶
۳-۲-۳- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تریس(۲‐اتیل­هگزیل)فسفات۷۷
۳-۲-۴- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری فنیل فسفات۷۹
۳-۳- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفات­ها.۸۰
۳-۳-۱- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات.۸۰
۳-۳-۲- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات.۸۴
۳-۳-۳- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تریس(۲‐اتیل­هگزیل)فسفات.۸۶
۳-۴- نتیجه ­گیری. ۸۸
مراجع ۸۹
چکیده:
در این پژوهش نانو­ساختار­های آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال و با بهره گرفتن از فسفر تری کلرید و یا آلکیل و آریل فسفات­ های، تری متیل فسفات، تری بوتیل فسفات، تریس­(۲‐اتیل­هگزیل)­فسفات و تری فنیل فسفات سنتز شدند. محصولات به دست آمده توسط دستگاه­های FT-IR، پراکندگی اشعه­ی X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراکندگی الکترون (EDX) شناسایی شدند. نتایج نشان­ دهنده­ سنتز ساختارهایی با اندازه­ نانو و اشکال متنوع بود که ممکن است کاربردهای متفاوتی را دارا باشند.
۱- مقدمه
۱-۱- نانوفناوری
نانو فناوری دانش و فنی است که اخیراً توجه زیادی را به خود معطوف کرده است. این فناوری که یک رویکرد جدید در تمامی رشته­هاست، توانایی تولید مواد، ابزار و سیستم­های نوین را با دست­کاری در سطوح اتمی و مولکولی دارد. امروزه حوزه­ کاربردی این فناوری به تمامی علوم کشیده شده و محبوبیت بین­رشته­ای یافته است؛ به طوری که گستره­ی کاربردی این فناوری در علوم پزشکی، فناوری زیستی، مواد، فیزیک، مکانیک، برق، الکترونیک و شیمی به حدی است که می­توان از آن به عنوان یکی از انقلاب­های بزرگ علمی دنیا ن
ام
برد. این فناوری، روشی نو برای حل مشکلات و پاسخگویی به بسیاری از سوالات مطرح در علوم مختلف ارائه می­ کند که تا کنون، بشر موفق به رفع و یا پاسخ دادن به آن­ها نشده است.
رفتار­های جدیدی که در مقیاس نانو مشاهده می‌­گردند، لزوماً بر­اساس رفتار­های مشاهده شده در ابعاد بزرگ­‌تر قابل پیش­‌بینی نیستند. تغییرات مهم رفتاری که عمدتاً ناشی از اثرات کوانتومی کاهش ابعاد هستند، به ‌علت نزدیکی و قابل مقایسه بودن اندازه­ ذرات یا ریزساختار­ها، با مقیاس طولی میانگین پدیده­‌های فیزیکی و شیمیایی، رخ می­‌دهد. خصوصیات موجی­شکل الکترون­‌ها (مکانیک کوانتومی) در درون مواد و اتم­ها، توسط تغییرات مواد در مقیاس نانو­متری تحت­‌تأثیر قرار می­‌گیرد. با ایجاد ساختار­های نانو­متری، کنترل خصوصیات اساسی مواد، مانند دمای ذوب، رفتار مغناطیسی، ظرفیت شارژ و حتی رنگ آن­ها بدون تغییر ترکیب شیمیایی مواد، ممکن خواهد بود[۱].
۲-۱- تاریخچه نانوفناوری
استفاده از نانوفناوری توسط انسان، برخلاف تصور عمومی، دارای سابقه­ی تاریخی طولانی می­باشد. در این رابطه شواهدی مبنی بر نانوساختاری بودن رنگ آبی به کار برده شده توسط قوم مایا، وجود دارد. پس از آن رومی­ها از این مواد در ساخت جام­هایی با رنگ­های زنده استفاده کردند، به این صورت که آن­ها از ذرات طلا برای رنگ آمیزی این جام­ها بهره می­گرفتند. نمونه ­ای از این جام­ها که برای اولین بار کشف شد، جام لیکورگوس[۱] می­باشد؛ که متعلق به قرن چهارم قبل از میلاد بوده و دارای ذرات نانومتری طلا و نقره است که در هنگام قرار گرفتن در نورهای مختلف رنگ­های گوناگونی را از خود نشان می­دهد. بعدها در قرون وسطی از این روش برای ساخت شیشه کلیساها استفاده می­کردند.
تحقیقات اولیه بر روی نانوذرات به سال ۱۸۳۱ برمی­گردد، وقتی که مایکل فارادی[۲] روی کلوئید قرمزرنگ طلا کار می­کرد و اعلام کرد که رنگ کلوئید مزبور، به اندزه ذرات فلزی بستگی دارد. شاید بتوان بزرگترین تحول در تاریخ نانوفناوری را سخنرانی فیزیکدان بزرگ، ریچارد فاینمن[۳]، درکنفرانس انجمن فیزیک آمریکا در سال ۱۹۵۹ دانست. در این کنفرانس، وی با ارائه مقاله­ای به نام “در آن پایین فضاهای خالی زیادی وجود دارد”[۴]؛ درباره دستکاری مواد در ابعاد اتمی صحبت نمود. این مقاله امروزه به عنوان سرلوحه­ی انجمن نانوفناوری درآمده است. کمی بعد از آن در سال ۱۹۷۴ ناریو تانیگوچی[۵]، یک محقق در دانشگاه توکیوی ژاپن، هنگام کار تحقیقاتی بر روی مواد در ابعاد نانومتری، از عبارت نانوفناوری استفاده کرد. امروزه مهندسی نانو به سرعت در حال گسترش است و امکان اداره­ی قابلیت­های مکانیکی کاتالیزوری، الکتریکی، مغناطیسی، نوری و الکترونیکی را فراهم می­ کند[۲].
۳-۱- اهمیت نانو تکنولوژی
شاید این ﺳﺆال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانو­متری وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه آن بنا نهاده­شده­است. آن­چه باعث ظهور نانو­تکنولوژی شده، نسبت سطح به حجم بالای نانو­مواد است. این موضوع یکی از مهم­ترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو می­باشد. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار می­ کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده­ای ماده غلبه می­ کند. در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارند، نقض می­شوند؛ برای مثال، یک سیم یا اجزای یک مدار در مقیاس نانو لزوماً از قانون اهم پیروی نمی­ کنند. قانون اهم، به جریان، ولتاژ و مقاومت بستگی دارد، اما در مقیاس نانو وقتی عرض سیم فقط به اندازه یک یا چند اتم باشد، الکترون­ها لزوماً باید در صف و به ترتیب و یک به یک از سیم رد شوند، بنابراین ممکن است قانون اهم در این مقیاس تا حدودی نقض شود. در حقیقت در این مقیاس، قوانین فیزیک کوانتوم وارد صحنه می­شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود خواهد داشت[۳].
۴-۱- نانومواد
نانو­مواد دروازه­ی ورود به دنیای نانو، و اولین گام برای رسیدن به اهداف بعدی نانو­تکنولوژی می­باشند و بدون توسعه­ی مواد جدید نانو­متری، ورود به عرصه­ نانو­تکنولوژی غیرممکن خواهد بود. طبق یک تعریف، نانو­مواد، موادی هستند که حداقل یکی از ابعاد آن­ها کوچک­تر از ١٠٠ نانومتر باشد در حالت کلی بنابر دلایل زیر خواص نانو­مواد به ابعاد­شان وابسته اند:
– نسبت سطح به حجم بالا
– تغییر در ساختار کریستالی
– کاهش نقص­های شبکه[۴].
۵-۱- تقسیم ­بندی نانو­مواد
نانو­مواد را می­توان برحسب ابعاد آن­ها به صورت زیر تقسیم ­بندی نمود:
الف- نانو­مواد صفر­بعدی[۱](۰D)
نانو­موادی هستند که هر سه بعد آن­ها کمتر از ١٠٠ نانو­متر می­باشد، و شامل نانو­پودرها[۲] و نانو­ذرات[۳] می­شوند. اگر نانو­مواد ص
فر­
بعدی، نیمه­هادی باشند، به آن­ها نقطه کوانتومی[۴] می­گویند.
ب- نانو­مواد یک ­بعدی(۱D)
نانو­موادی هستند که دو بعد آن­ها زیر ١٠٠ نانو­متر بوده و در بعد دیگر بیش از ۱۰۰ نانو­متر می­باشند. برخی از نانو­مواد
یک­بعدی عبارتند از: نانو­لوله­ ها[۵]، نانو­سیم­ها[۶]، نانو­میله­ها[۷]، نانو­تسمه­ها[۸]، نانو­نوار­ها[۹]، نانو­کابل­ها[۱۰] و نانو­فنر­ها[۱۱].
ج- نانو­مواد دو­بعدی(۲D)
نانو­موادی هستند که فقط یک بعد آن­ها زیر ١٠٠ نانومتر بوده و دو بعد دیگرشان بیش از ١٠٠ نانومتر می­باشد. مانند نانولایه­ها[۱۲] و نانو­حلقه­ها[۱۳]
د- نانو­مواد سه­ بعدی(۳D)
نانو­ساختار­هایی هستند که اجزاء آن­ها نانو­مواد صفر، یک، و یا دو­بعدی می­باشند. مثل؛   نانو­کامپوزیت­ها، مواد نانو­کریستالی و قطعاتی که نانو­ذرات در آن­ها پراکنده شده ­اند[۵].
۶-۱- نانو­مواد و انواع روش­های تولید آن
باید خاطر­نشان کرد که روش­های ساخت مواد نانو بسیار گسترده می­باشد، اما به طور کلی فرایند­های مختلفی که برای تولید مواد نانو ارائه شده­ اند دو رویکرد عمده را تعقیب می­ کنند که رویکرد از بالا به پایین و رویکرد از پایین به بالا می­باشد و سایر روش­ها به صورت زیر­مجموعه ­هایی از دو رویکرد ذکر شده در­نظر­گرفته می­شوند.
۱-۶-۱- روش بالا به پایین
در رویکرد بالا به پایین برای تولید محصول، یک ماده توده­ای را شکل­دهی[۱] و اصلاح می­ کنند، به عبارت دیگر، اگر اندازه­ یک ماده­ی توده­ای به طور متناوب کاهش داده شود تا به یک ماده با ابعاد نانو­متری برسد، از رویکرد بالا به پایین استفاده­شده­است. این کار اغلب، ولی نه همیشه، شامل حذف بعضی از مواد به شکل ضایعات است، مانند ماشین­کاری یک بخش فلزی از یک موتور. در ادامه نمونه­های مختلف روش بالا به پایین معرفی می­گردد[۶,۱]:
الف- لیتوگرافی
الف-۱- لیتوگرافی مستقیم (بدون ماسک)
الف-۲- لیتوگرافی پروب پیمایشی
الف-۳- لیتوگرافی نرم
الف-۴- لیتوگرافی غیر مستقیم (مبتنی بر ماسک)
ب- فرآوری مکانیکی
ب-۱- تغییر شکل­دهی پلاستیکی شدید[۲]
ب-۲- اختلاط شدید
ب-۳- فشرده­سازی پودر
ب-۴- آسیاب­های پرانرژی
ج- فرآوری حرارتی
ج-۱- روش زینتر[۳]
ج-۲- روش آنیلینگ[۴] (متبلور­سازی مواد آمورف)
د- ریسندگی
د-۱- ریسندگی الکتریکی
د-۲- ریسندگی مذاب
[۱] Deformation
[2] Serve Plastic Deformation Processing
[3] Sinter
[4]Annealing
[1] Dimension
[2] Nanopowders
[3] Nanoparticles
[4] Quantum dot
[5] Nanotubes
[6] Nanowires
[7] Nanorods
[8] Nanobelts
[9] Nanoribbons
[10] Nanocables
[11] Nanosprings
[12] Nanolayers
[13] Nanorings
[1] Lycurgus
[2] Michael Faraday
[3] Richard Feynman
[4] “There are plenty of rooms at bottom.”
[۵] Norio Taniguchi
تعداد صفحه : ۱۰۳
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

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.