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

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع ارشد 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 آوري نانو………………………………………………………………………………………………………………………3

1-3) نانولوله هاي كربني……………………………………………………………………………………………………………….5

1-3-1) شكل هاي مختلف نانولوله………………………………………………………………………………………………..7

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

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

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

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

1-4) نانولوله هاي بور نيتريد……………………………………………………………………………………………………….13

1-4-1) خالص سازي نانولوله هاي بورنيتريد…………………………………………………………………………………14

1-5) فرايند هاي توليد نانولوله…………………………………………………………………………………………………….15

1-6) سازگاري زيستي نانولوله ها…………………………………………………………………………………………………15

1-7) نانولوله هاي كربني در پزشكي……………………………………………………………………………………………..16

1-8) كاربرد نانولوله هاي كربني در تشخيص سرطان………………………………………………………………………16

1-9) نانولوله هاي كربني و كاربرد آنها در تشخيص مولكول ها………………………………………………………..17

1-10) 1-متيل – 1- نيتروزو اوره (MNU)……………………………………………………………………………………17

1-11) الكترونگاتيوي………………………………………………………………………………………………………………….19

1-12) قطبش پذيري، سختي و نرمي…………………………………………………………………………………………….19

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

1-14) شيمي محاسباتي……………………………………………………………………………………………………………….22

1-15) مكانيك مولكولي……………………………………………………………………………………………………………..22

1-16) نظريه ي اوربيتال مولكولي و روش هاي آن…………………………………………………………………………23

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

1-16-2) روش هاي نيمه تجربيMO…………………………………………………………………………………………..24

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

1-16-4) مجموعه هاي پايه…………………………………………………………………………………………………………25

1-16-5) هارتري فاك HF………………………………………………………………………………………………………….27

1-16-6) تئوري تابع چگالي الكتروني(DFT)………………………………………………………………………………..27

1-17) گوسين……………………………………………………………………………………………………………………………28

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

1-1) مطالعه ي تئوري تابع چگالي درباره ي تأثير شكل و اندازه در پتانسيل يونش و پيوستگي الكتروني در نانو ساختارهاي مختلف كربن………………………………………………………………………………………………………31

2-2) تحقيق تئوري درباره ي آناليز نانو لوله هاي كربني با گروه هاي عاملي………………………………………31

2-3) مطالعه ي جذب سطحي روي نانوهاي كربني تك ديوار با استفاده از روش تئوري تابع چگالي(DFT)…………………………………………………………………………………………………………………………….32

2-4) بررسي خواص ترموديناميكي جذب سطحي بنزن در كربن هاي فعال نانولوله هاي كربني چند ديواره……………………………………………………………………………………………………………………………………….32

2-5) پيش گويي آرايش خطي نانو صندلي Ni درون نانولوله هاي كربني با استفاده از روش تئوري تابع چگالي………………………………………………………………………………………………………………………………………32

2-6) مطالعه ي تئوري تابع چگالي براي جذب سطحيO2 و N2روي نانو لوله هاي كربني تك ديواره (5,0)………………………………………………………………………………………………………………………………………..33

2-7) مطالعه ي جذب سطحي تركيب NH3(H2O)n=0,1,2,3 روي نانولوله هاي كربني تك ديواره (8,0) به روش DFT ……………………………………………………………………………………………………………………………..33

2-8) مطالعه ي تفصيلي قدرمطلق يانگ براي نانولوله هاي كربني تك ديواره توسط روش هاي CPMD و MD واولين اصل شبيه سازي……………………………………………………………………………………………………….34

2-9) اضافه كردن گروه هاي عاملي به نانولوله هاي كربني……………………………………………………………….34

2-10) بررسي جذب سطحي هيدروژن روي سيستم Ce/BNNT به كمك روش DFT……………………….35

2-11) مطالعه ي نانولوله هاي بور نيتريد با روش DFT/B3LYP……………………………………………………..35

2-12) مطالعه ي جذب سطحي اتم هاي هيدروژن روي ديواره ي خارجي نانولوله هاي كربني و خاصيت ترموديناميكي آنها……………………………………………………………………………………………………………………….35

2-13) مطالعه ي افزودن گروه عاملي COOH به نانولوله هاي كربني تك ديواره زيگ زاگ و دسته صندلي با استفاده ازروش تئوري تابع چگالي (DFT)………………………………………………………………………………….36

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

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

3-2) انرژي اتصال………………………………………………………………………………………………………………………49

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

4-4) محاسبات زاويه ي پيوند……………………………………………………………………………………………………..53

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

3-6) بار هاي اتمي……………………………………………………………………………………………………………………..57

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

3-8) شكاف بين HOMO و LUMO…………………………………………………………………………………………..61

نتيجه گيري………………………………………………………………………………………………………………………………..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 اين تحقيق ابتدا نانولوله هاي زيگزاگ بور نيتريد (8-0) ، بور فسفر (7-0) و نانولوله هاي صندلي كربني (5-5) و نيز نانولوله هاي زيگزاگ بور نيتريد (8-0) با ناخالصي هاي گاليوم و ژرمانيوم و همچنين نانولوله هاي صندلي كربني (5-5) با ناخالصي هاي آلومينيوم و گاليوم و مولكول 1-متيل-1-نيتروزواوره (MNU) با استفاده از نرم افزار هاي Gaussview و Nanotube Modeler ترسيم شده و سپس با استفاده از نرم افزار Gaussian 09 و متد DFT بر پايه B3LYP6-31G(d) بهينه و براي آنها مقدار انرژي محاسبه شد. سپس مولكول MNU از دو جهت (يك بار از طرف NH2– و بار ديگر از طرف CO و NO) به نانولوله نزدیک شد و سپس ساختارهاي فوق با استفاده از نرم افزار گوسين 09 و با متد DFT با سري پايه B3LYP6-31G(d) بهينه شدند. سپس طول پيوند ها، زواياي پيوند، بار هاي اتمي، ممان دو قطبي، انرژي هاي پيوند، شكاف بين LUMO- HOMO ، پتانسيل يونش، سختي، نرمي، الكترون خواهي و پتانسيل شيميايي مولكول مطالعه شد.

کلیدواژه

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

1-1) مقدمه ای بر علم محاسبات

شيمي محاسباتي گوياي كاربرد محاسبات در شيمي است و در حقيقت شاخه اي از دانش شيمي است كه سعي در حل مسائلي چون پيش بيني ساختار مولكولي، خواص مولكولي و واكنش هاي شيميايي با استفاده از كامپيوتر دارد و در اين رشته از نتايج شيمي نظري كه در قالب برنامه هاي مؤثر كامپيوتري در آمده اند، براي محاسبات ساختار و خواص مولكول ها استفاده مي شود. نتايج آن كامل كننده اطلاعات بدست آمده از آزمايش هاي شيميايي هستند اما در برخي موارد مي تواند منجر به پيش بيني پديده هاي شيميايي مشاهده نشده شود. از اين رشته به گستردگي براي طراحي مواد جديد و دارو ها استفاده مي شود،‌ زيرا در اين موارد پيش گويي دقيق ويژگي هاي فيزيكي حقيقي الزامي است.

از مهم ترين مزاياي يك شبيه سازي مي توان به پيش بيني خواص مولكول ها بدون انجام عملي آزمايشات آنها در آزمايشگاه است و در واقع مي توان اطلاعات اوليه براي انجام واكنش بدون صرف كمترين مواد و هزينه، بدون مواجه شدن با مواد سمي و خطرناك را تا حدودي حدس زد. تا از اين طريق انجام عملي آزمايش براي ما آسان تر شود تا در هزينه و مواد صرفه جويي لازم حاصل شود. همچنين مي توان از اين طريق اطلاعات درباره ي آزمايشاتي كه امكان انجام آنها در آزمايشگاه امكان پذير نيست را بدست آورد. به طور كلي مي توان شبيه سازي را يك آزمايشگاه كوچك مجازي نام برد كه امروزه در دنيا بسيار مهم و پر طرفدار است به طوري كه هر ساله نرم افزار هاي قدرتمندي براي انجام محاسبات در تمام علوم خصوصأ شيمي به بازار معرفي مي گردد. و هرساله كامپيوتر هاي قدرتمندتري با قدرت پردازش بهتر به بازار عرضه مي گردد كه انجام محاسبات براي مولكول هاي بزرگتر و پيچيده تر را امكان پذير مي كند و حتي انجام محاسبات براي مولكول هاي بسيار بزرگ نيز توسط ابر رايانه ها امكان پذير شده است.

1-2) فن آوري نانو

فناوري نانو يا نانوتكنولوژي[1] رشته اي از دانش كاربردي و فناوري است كه رشته هاي گسترده اي از علوم را پوشش مي دهد. موضوع اصلي آن نيز مهار ماده يا دستگاه هاي در ابعاد كمتر از يك ميكرومتر، معمولأ حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانوتكنولوژي فهم و به كار گيري خواص جديدي از مواد و سيستم هايي در اين ابعاد است كه اثرات فيزيكي جديدي- عمدتأ متأثر از غلبه خواص كوانتومي بر خواص كلاسيك- از خود نشان مي دهند. فناوري نانو موج چهارم انقلاب صنعتي، پديده اي عظيم است كه در تمامي گرايشات علمي راه يافته و از فناوري هاي نويني است كه با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه است. از ابتداي دهه 1980 ميلادي، گستره طراحي و ساخت ساختمان ها هر روزه شاهد نوآوري هاي جديدي در زمينه ي مصالح كارآراتر و پر بازده تر، مقاومت، شكل پذيري ، دوام و توانايي بيشتر نسبت به مصالح سنتي است. فناوري نانو يك رشته به شدت ميان رشته اي است و به رشته هايي چون مهندسي مواد ، پزشكي، داروسازي و طراحي دارو ، دامپزشكي، زيست شناسي، فيزيك كاربردي، ابزار هاي نيم رسانا، شيمي ابر مولكول، مهندسي مكانيك، مهندسي برق و مهندسي شيمي نيز مربوط مي شود. تحليل گران بر اين باورند كه فناوري نانو، فناوري زيستي (Bio technology) و فناوري اطلاعات (IT)، سه قلمرو علمي هستند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهند. نانوتكنولوژي مي تواند به عنوان ادامه دانش كنوني به ابعاد نانو يا طرح ريزي دانش كنوني بر پايه هايي جديد تر و امروزي تر باشد.

فن آوري نانو توانايي ساخت، كنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتري است. اندازه ذرات در فناوري نانو مهم است، چراكه در ابعاد نانويي، ابعاد ماده در خصوصيات آن بسيار تأثيرگذار است و خواص فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي تك تك اتم ها و مولكول ها با خواص توده ماده متفاوت است. اين اندازه در مواد مختلف متفاوت است اما به طور معمول مواد نانو به موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن كوچك تر از 100 نانومتر باشد گفته مي شود.

در مجموع فن آوري نانو شامل سه مرحله است:

  1. 1. طراحي مهندسي ساختار ها در سطح اتم
  2. 2. تركيب اين ساختار ها و تبديل آنها به مواد جديد با ساختار نانو با خصوصيات ويژه.
  3. 3. تركيب اين گونه مواد و تبديل آنها به ابزار هاي سودمند.

انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها، محيط زيستي سالم تر را فراهم كند و نيز كاربرد آن را در علوم مختلف به خصوص پزشكي به بالاتر رفتن كيفيت زندگي انسان و نجات انسان ها كمك بسيار كند. يكي از شاخه هاي اصلي نانوتكنولوژي نانومواد مي باشد كه خود شامل سه شاخه نانوپودرها، نانولوله ها و نانوكامپوزيت ها مي باشد. در اين تحقيق ما در مورد نانولوله ها و كاربرد آن در نانوتكنولوژي بحث مي كنيم.

1-3) نانولوله هاي كربني

نانولوله هاي كربني[2] (CNT) كه استوانه هاي تو خالي از ورقه هاي گرافيت هستند، شكل لوله مانند داشته و در سال 1991 توسط سوميو ايجيما[3] (از شركت NEC ژاپن) كشف شده است[1].

ساختار نانولوله هاي كربني را مي توان شكل دگرگون شده ي گرافيت تصور كرد. در گرافيت لايه هاي بسيار زياد اتم هاي كربن در شكل شش ضلعي به هم متصل بوده و ورقه هاي سطحي را تشكيل مي دهند. اين مواد داراي خواص ساختاري، مكانيكي و الكتريكي فوق العاده هستند كه ناشي از استحكام ويژه پيوند هاي كربني وتقارن استوانه اي آنهاست. خواص منحصر به فرد و استحكام كششي خوب از يك جنبه و ويژگي اسكلتي نانولوله ها (كربن ماده اي است كم وزن، بسيار پايدار و ساده جهت انجام فرايند ها كه توليد آن نسبت به فلزات ارزان تر است) در دهه گذشته موجب تحقيقات مهمي در زمينه ي كارايي، ساختار اتمي، الكتروني و روش هاي توليد آنها شده است.مي توان گفت دليل اين علاقه ويژه به نانولوله ها به علت ساختار منحصر به فرد آنهاست.

1-3-1) شكل هاي مختلف نانولوله

يك CNT به دو شكل نانولوله تك جداره[4] (يك ورقه لوله شده) و يا چند جداره[5] (چند ورقه كه با هم لوله شده) وبا انواع مختلف دستوارگي نشان دهنده ي آرايش شش ضلعي حاصل از اتم هاي كربن است كه در جهت محور لوله شكل گرفته اند.

پس ممكن است دو لوله با قطر يكسان، ساختار متفاوتي داشته باشند، اگرچه منحصرأ از اتم هاي كربن تشكيل شده باشد. اتم هاي كربن روي سطح نانولوله ها همگي داراي ساختار شش ضلعي بوده بسته به چگونگي لوله كردن ورقه شش ضلعي، سه ساختار مختلف ايجاد مي شود. يك CNT را با بردار (m, n) توصيف مي كنند، كه m و n اعداد صحيح هستند[2].m=0  يك نانولوله ي زيگ زاگ را توصيف مي كند، كه شش ضلعي هاي آن به صورت زيگ زاگ در طول لوله پايين مي روند، اما اگر m=n باشد به نانولوله مدل صندلي دسته دار گفته مي شود، كه شش ضلعي ها در لوله مستقيمأ به موازات طولشان درست شبيه دسته هاي يك صندلي دسته دار امتداد پيدا مي كنند. لوله ها همچنين ممكن است بين اين دو انتها دستوارگي داشته باشند، كه مي توانند با پيچيدن يك لوله تشكيل شوند كه به آن نانولوله كايران مي گويند.

1-3-2) ساختار نانولوله ها

در شكل (1-6 ) نيز ساختار سه نوع مختلف از نانولوله ها نشان داده شده است. نانولوله (5-5) از نوع صندلي دسته دار با m=n ، نانولوله (9-0) زيگ زاگ با m=0 و نانولوله (10-5) كايران است.

تعداد صفحه :100

قیمت : 14700 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.

:        ****       info@elmyar.net

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

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