فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:103
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc
رشته شیمی فیزیک
فهرست مطالب:
چکیده 1
فصل اول: مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته 2
1-1- مقدمه 3
1-2- نانو تکنولوژی 3
1-3- نیروهای مؤثر در ابعاد نانومتری 4
1-3-1- نیروهای واندروالس 4
1-3-2- نیروهای کوالانسی 4
1-3-3- نیروهای غیرموضعی بدون جهت 5
1-4- انواع نانوساختارها 5
1-5- نانو لوله‌ها 6
1-6- نانو لوله‌های بورون نیترید 8
1-6-1- تاریخچه‌ی مختصری از تهیه‌ی نانو لوله‌های بورون نیترید 9
1-6-2- پیکربندی نانو لوله‌های بورون نیترید 10
1-6-3- انواع ساختارهای نانو لوله بورون نیترید 10
1-6-4- روش‌های ساخت نانولوله بورون نیترید 11
1-6-4-1- سایش با لیزر 12
1-6-4-2- رسوب‌گیری بخار شیمیایی (CVD) 12
1-6-4-3- تخلیه قوس الکتریکی 13
1-6-4-4- اتوکلاو 13
1-6-5- مقایسه‌ی خواص نانو لوله بورون نیترید با نانو لوله‌ی کربنی 13
1-6-5-1- الکترونگاتیویته 14
1-6-5-2- شکل ظاهری 15
1-6-5-3- رسانایی و لومیسانس 15
1-6-5-4- خواص مکانیکی و حرارتی 16
1-6-5-5- کاربرد 16
1-6-6- کاربردهای نانو لوله بورون نیترید 16
1-6-6-1- ذخیره هیدروژن 16
1-6-6-2- نانو پرکننده در کامپوزیت‌ها 16
1-6-6-3- سازگاری با بافت زنده و کاربرد آن 17
1-6-6-4- کاربردهای دیگر 17
1-7- مروری بر تحقیقات گذشته 19
فصل دوم: مباحث تئوری 26
2-1- مقدمه 27
2-2- مکانیک مولکولی (MM) 27
2-3- مکانیک کوانتومی (QM) 28
2-3-1- روش‌های نیمه تجربی 31
2-3-1-1- روش‌های تجربی میدان نیرو(مکانیک مولکولی) 31
2-3-2- روش‌های ab-initio 32
2-3-3- توانایی‌های روش ab-initio 32
2-3-4- محدودیت‌های روش ab-initio 33
2-3-5- نکات قوت روشن ab-initio 33
2-3-6- توابع پایه (basis set) 33
2-3-6-1- سری‌های پایه‌ی ظرفیتی ـ شکافته 34
2-3-6-2- سری پایه‌ی قطبیده 35
2-3-6-3- سری پایه پخش شده 35
2-3-6-4- سری پایه‌ی اندازه‌ی حرکت زاویه‌ای بالا 35
2-3-7- روش هارتری ـ فاک 36
2-3-7-1- روش هارتری ـ فاک محدود شده (RHF) و محدود نشده (UHF) 37
2-3-8- گرادیان و مشتقات مرتبه‌ی دوم هارتری ـ فاک 37
2-3-9- همبستگی الکترونی 37
2-3-10- تئوری اختلال 38
2-3-11- تئوری تابع چگال 39
2-3-11-1- معادلات کوهن ـ شم 41
2-3-11-2- اوربیتال‌های کوهن ـ شم 42
2-3-11-2- روش چگالی موضعی (LDA) 44
2-3-11-4- روش‌های تصحیح گرادیان 46
2-3-11-5- مزایا و معایب روش DFT 46
2-4- روش‌های کامپیوتری 48
2-4-1- گوسین 98 (Gaussian 98) 48
2-4-2- نرم‌افزار Gauss view 50
2-4-3- هایپر کم 50
2-4-4- Chem Draw 51
2-5- تاریخچه‌ی NMR 51
2-6- محاسبات آغازین پارامترهای NMR 52
2-6-1- روش‌های محاسبات کامپیوتری 53
2-6-2- روش GIAO 53
2-6-3- روش LGLO 54
فصل سوم: روش کار و بررسی داده‌ها 56
فصل چهارم: نتایج 75
4-1- بررسی نتایج حاصل برای ساختار B21N21 در فاز گازی و دمای 298 کلوین 76
4-2- بررسی نتایج حاصل برای ساختار B21N21 در حلالهای مختلف 79
منابع 90
فهرست جداول
جدول (1-1) ویژگی‌های نانو لوله بورون نیترید در مقایسه با نانو لوله کربنی 14
جدول (1-2) بهبود هدایت گرمایی کامپوزیت‌های پلی مری نانو لوله‌های بورون نیترید 17
جدول (2-1) مقایسه‌ی عملکرد روش‌های مختلف DFT (شباهت نتایج حاصل از روش MP2 یا روش تئوری تابعیت قابل توجه است) 47
جدول (3-1) مقادیر پارامترهای ترمودینامیکی برای نانو لوله B21N21 تحت متدها و توابع گوسی مختلف در محیط گازی و دمای 298 کلوین 61
جدول (3-2) مقدار گشتاور دو قطبی ترکیبی B21N21 در متدها و توابع کوسی مختلف در فاز گاز و دمای 298 کلوین 61
جدول (3-3) توابع ترمودینامیکی به‌دست آمده در حال‌های مختلف تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G 63
جدول (3-4) بارکلی ایجاد شده در حلالهای مختلف 64
جدول (3-5) مقدار گشتاور دو قطبی ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلالهای مختلف 65
جدول (3-6) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در فاز گاز و دمای 298 کلوین 66
جدول (3-7) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال آب 68
جدول (3-8) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال نیترومتان 69
جدول (3-9) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال اتانول 70
جدول (3-10) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال استون 71
جدول (3-11) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال دی‌کلرواتان 72
جدول (3-12) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال کلروفرم 73
جدول (3-13) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به ترکیب B21N21 تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال تترا کلرید کربن 74
فهرست اشکال و نمودار
شکل (1-1)الف: ساختار کلی نانو لوله‌های تک لایه و چند لایه 6
ب: نانو لوله تک لایه و چند لایه کربنی 6
شکل (1-2)الف: ساختار نانو لوله کربنی بسته با پیکربندی (a) صندلی شکل (b) زیگزاگی و (c) کایرال 8
ب: ساختار نانو لوله بورون نیترید باز با پیکربندی (a) صندلی شکل (b) زیگزاگی و (c) کایرال 8
شکل (1-3) ساختار نانو لوله بورون نیترید با فرمول عمومی برای 10-1=n 9
شکل (1-4) ساختارهای (a) صندلی، (b) زیگزاگ و (c) کایرال نانو لوله بورون نیترید 11
شکل (1-5) نانو لوله کربنی و نانو لوله بورون نیترید 14
شکل (1-6) شکل ظاهری نانو لوله کربنی (a) و نانو لوله بورون نیترید (b) 15
شکل (1-7) (a) تصویر TEM از نانو لوله بورون نیترید با ساختار فنجانی انباشته. (b) تصویر بزرگنمایی شده HREM نانو لوله (c) مدل ساختاری نانو لوله دارای چهار دیواره‌ای با ساختار فنجانی انباشته (d) تصویر TEM از نانو لوله بامبو مانند و (e) تصویر بزرگنمایی شده HREM مربوط به بخشی از تصویر d که با فلش سفید نشان داده شده است. 18
شکل (3-1) ساختار B21N21 از ابعاد مختلف 59
شکل (4-1) نمودار انرژی آزاد گیبس در متدها و توابع پایه‌ی مختلف 76
شکل (4-2) نمودار آنتالپی در متدها و توابع پایه‌ی مختلف 77
شکل (4-3) نمودار انرژی درونی در متدها و توابع پایه‌ی مختلف 77
شکل (4-4) نمودار zero point energy در متدها و توابع پایه‌ی مختلف 78
شکل (4-5) نمودار ممان دو قطبی سیستم B21N2 در متدها و توابع پایه‌ی مختلف 79
شکل (4-6) نمودار گشتاورهای دو قطبی سیستم B21N21 در حلالهای مختلف 80
شکل (4-7) نمودار бise برای اتم‌های مختلف ساختار B21N21 در حلالهای مختلف 80
شکل (4-8) نمودار бaniso برای اتم‌های مختلف ساختار B21N21 در حلالهای مختلف 81
شکل (4-9) نمودار برای اتم‌های مختلف ساختار B21N21 در حلالهای مختلف 81
شکل (4-10) نمودار برای اتم‌های مختلف ساختار B21N21 در حلالهای مختلف 82
شکل (4-11) نمودار б برای اتم‌های مختلف ساختار B21N21 در حلالهای مختلف 82
شکل (4-12) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در فاز گازی و دمای 298 کلوین 83
شکل (4-13) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در حلال آب 83
شکل (4-14) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در نیترومتان 84
شکل (4-15) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در اتانول 84
شکل (4-16) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در استون 85
شکل (4-17) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در 2 و 1- دی‌کلرو اتان 85
شکل (4-18) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در کلروفرم 86
شکل (4-19) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته‌ی سیستم B21N21 در تتراکلرید کربن 86
شکل (4-20) نمودار بار کلی اتم‌ها بر حسب ساختار B21N21 در حلالهای مختلف 87
شکل (4-21) نمودار بارکلی اتم‌ها بر حسب ساختار B21N21 در فاز گازی و دمای 298 کلوین 87
شکل (4-22) نمودار بارکلی اتم‌ها برحسب ساختار B21N21 در حلال قطبی آب 88
شکل (4-23) نمودار بارکلی اتم‌ها برحسب ساختار B21N21 در حلال غیرقطبی تتراکلریدکربن 88
چکیده
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.
واژه‌های کلیدی: نانو لوله‌ی بورون نیترید، حلال، تئوری تابعیت چگالی، مطالعات آغازین، پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته، گشتاور دو قطبی و سایت فعال.
