لایه نشانی شیمیایی بخار یک ماده ی پلیمری (پلی کربوسیلان) در یک رآکتور استوانه ای و در فشار جو با استفاده از گاز آرگون، به عنوان گاز حامل، برای تولید فیلم نازک سیلیکون کرباید، شبیه سازی شده است. شبیه سازی به صورت عددی و با به کارگیری روش حجم محدود، انجام شده است. تاثیر پارامترهای کسرجرمی ورودی، عدد رینولدز ورودی، دمای زیرلایه، فاصله ی زیرلایه از ورودی، دمای دیواره ی رآکتور، دمای مخلوط ورودی، و فاصله ی زیرلایه از محور مرکزی رآکتور، بر سرعت لایه نشانی، مورد بررسی قرار گرفتند. با استفاده از نتایج حاصله از مطالعه ی پارامتری، طرح آزمایش برای رآکتور مدل شده، صورت پذیرفت و شدت تاثیر تمام پارامترها بر سرعت لایه نشانی شیمیایی بخار، با انجام طراحی آزمایش دو سطحی، مورد ارزیابی قرار گرفت. با انجام طراحی آزمایش دو سطحی و انتخاب موثرترین پارامترها، طراحی آزمایش، به صورت سه سطحی و با پارامترهای انتخابی، انجام شد. پس از انجام مراحل فوق، کسر جرمی مخلوط ورودی، به عنوان موثر ترین پارامتر بر سرعت لایه نشانی به دست آمد. پس از کسر جرمی ورودی، عدد رینولدز ورودی و فاصله ی زیرلایه از ورودی، بیشترین تاثیر را بر سرعت لایه نشانی سیلیکون کرباید دارند. کسر جرمی ورودی و عدد رینولدز، با سرعت لایه نشانی، نسبت مستقیم، و فاصله ی زیرلایه از ورودی، با سرعت لایه نشانی، نسبت عکس دارد.

آشکارسازی موج الکترومغناطیس ورودی در نانوآنتن کربنی بر اساس تشعشع الکترونی نانوتیوب کربنی در فرکانس رزنانس انجام می گیرد. تشعشع الکترونی با اعمال ولتاژ بایاس الکترواستاتیکی مشخصی، که به ساختار فیزیکی نانوتیوب بستگی دارد، صورت می گیرد. در این تحقیق، ابتدا بدون اعمال موج الکترومغناطیس ورودی و تنها با در نظر گرفتن میدان الکترواستاتیکی ناشی از ولتاژ بایاس، به بررسی تاثیر مشخصه های مکانیکی و الکتریکی نانوتیوب در عملکرد آنتن می پردازیم. شبیه سازی نانوآنتن کربنی نشان می دهد که افزایش ارتفاع یا کاهش شعاع باعث افزایش فرکانس رزونانس می گردد. چون تشعشع الکترونی بدست آمده از یک نانوتیوب کربنی بسیار ضعیف است، بنابراین آرایه ای از نانوتیوب های کربنی برای افزایش تشعشع الکترونی استفاده می شود. بررسی تاثیر نیروی الکترواستاتیکی نانوتیوب های آرایه بر روی هم و نهایتا بر روی میزان تشعشع الکترونی نشان می دهد که با افزایش تعداد عناصر آرایه تشعشع الکترونی در مرکز آرایه کاهش می یابد. در ادامه تحقیق، با اعمال موج الکترومغناطیس ورودی، به بررسی عملکرد نانوآنتن کربنی از نظر دامنه جابجایی مکانیکی نانوتیوب، پاسخ فرکانسی آنتن و میدان الکتریکی القاء شده ناشی از اعمال ورودی پرداخته شد. همچنین، تاثیر افزایش عناصر آرایه و توزیع آماری طول نانوتیوب ها روی معیارهای عملکرد فوق ارائه گردید. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند به طور موثر در طراحی و ساخت نانوآنتن های کربنی آرایه ای مورد استفاده قرار گیرد.

آرایه های منظمِ الکترودیسکی یا آرایه های منظم از الکترودهای نانوتیوبی، اصلی ترین عنصر بیوسنسورها می-باشند؛ بطوری که پاسخ بیوسنسورها (تشخیص و تعیین غلظت گونه های زیستی)، منوط به پاسخ این آرایه ها به عنوان ابزاری در محاسبات مربوط به انتقال جرم در الکتروشیمی می باشد. حل مسئله الکتروتحلیلی برای آشکارسازی دوپامینِ موجود در سرم خونی، مبتنی بر حل مسئله انتقال جرم که ناشی از نفوذ گونه های الکتروفعال در یک واکنش برگشت پذیر است، می باشد. کوچک سازی آرایه های الکترودیسکی به عنوان ابزاری در افزایش دقت محاسبات مربوط به انتقال جرم در الکتروشیمی اهمیت بسیاری دارد. در این پایان نامه مدل دو بعدی و سه بعدی از آرایه های الکترودیسکی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. تحلیل های انجام شده نشان داد که مدل دو بعدی مستقل از ضخامت لایه نفوذ می باشد و بنابراین قادر به پیش بینی رفتار کل آرایه بخصوص در سلول های کناری نمی باشد. به این دلیل، در این پایان نامه مدل سه بعدی نیز در نظر گرفته شده و با مدل دو بعدی مقایسه گردیده است. همچنین تأثیر کوچک سازی این آرایه ها در تئوری و محاسبات مربوط به آن تحلیل شده است. در نتیجه ی این تحلیل، رابطه ی بین پروفایل های غلظت در مسئله ی انتقال جرم ناشی از نفوذ بر روی گونه های الکتروفعال در محلول ساکن برای دو مدل از الکترودیسک در سایزهای مختلف تعیین شده است. سپس با مقایسه پارامترهای این دو مدل، یعنی فاصله هر دو دیسک دلخواه مجاور و شعاع الکترودیسک، رابطه ای بین جریان الکتریکی حالت پایدار و ضخامت لایه نفوذ ارائه شده است. نتایج روش مقایسه ای در تحلیل رفتار آرایه های در نظر گرفته شده نشان داد که با کوچک کردن پارامترهای مدل، اگر ضخامت لایه نفوذ به همان اندازه کوچک شود، جریان الکتریکی کل آرایه با وجود کاهش جریان هر الکترودیسک به همان نسبت افزایش خواهد یافت. در این صورت سیستم مورد بحث قابل اعمال به سیستم-های کوچک تر از جمله آرایه های کربن نانوتیوبی خواهد بود.

کشف نانولوله های کربنی (cnts) جرقه امیدوار کننده ی بزرگی را در جهان علم به دلیل خواص قابل توجه فیزیکی ایجاد کرده است. نانولوله ها توسط چندین روش مانند تخلیه قوس الکتریکی، سایش لیزری و لایه نشانی بخار شیمیایی(cvd) تولید می شوند. دراین پروژه از روش cvd به دلیل سادگی و در دسترس پذیری آن برای تولید نانولوله های کربنی استفاده شده است. منبع کربنی در این تحقیق یک هیدروکربن متعارف گازی نیست، بلکه کافور به صورت یک هیدروکربن گیاهی، یک پیش ماده کربنی غنی و ارزان و به خصوص دوستدار محیط زیست است که در دمای اتاق به شکل جامد است. فروسن نیز به عنوان کاتالیست در طول فرآیند سنتز مورد استفاده قرار گرفته است.. مواد تولید شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی(sem)، طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (ftir) و پراش اشعه ایکس (xrd) مشخصه یابی گردیدند. نتایج نشان دادند که این روش برای تولید نانولوله کربنی مناسب بوده است، در نهایت در تلاش برای تولید نانولوله های یکراستا از زیرلایه های سیلیکون و مس استفاده شده است.

سلول های خورشیدی بر پایه ی سیلیکون بلوری بدلیل بازده زیاد و سادگی طراحی و ساخت همچنان از پرکاربردترین روش های ساخت سلول های خورشیدی می باشند. در این پایان نامه شبیه سازی پنج مدل از سلول خورشیدی سیلیکونی بدون لایه ی غیرفعال و با غیرفعال سازی لایه ی پشتی بوسیله ی لایه ی نازکی از سیلیکون کربید بی شکل (a-sic)، سیلیکون بی شکل و دی اکسید سیلیکون انجام شده و مشخصه های آن محاسبه و مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که فرآیند غیرفعال سازی موثر پشت با لایه ی غیرفعال سیلیکون کربید بی شکل (لایه ی passdop) و امیتر سیلیکون بی شکل علاوه بر اینکه باعث تشکیل اتصالی با کیفیت بهتر شده، پارامترهای سلول را نیز بهبود داده است. برای چنین سلولی ضریب پرشدگی (73/83%= ff)، بازدهی (63/26%=?) و بازتابندگی 91% محاسبه شده است که نسبت به سلول بدون لایه a-sic افزایش خوبی را نشان می دهد. بازدهی کوانتومی عالی در محدوده nm500 تا nm1000 براساس اتصال و غیرفعال سازی جدید با استفاده از لایه های passdop بدست آمد. همچنین سرعت بازترکیب سطحی بین نقاط اتصال به عنوان یک پارامتر کلیدی در فرآیند انتقال حامل های تولید شده به خارج از سلول بازای 500 میکرومتر فاصله ی بین نقاط اتصال به کمتر از cm/s1600 و بازای 20 درصد از سطح تحت آلایش لیزر به کمتر از cm/s7 رسیده است.

ارتباطات بی سیم ربات های جستجوگر در داخل محیط های سرپوشیده به مقدار قابل توجهی تضعیف می شوند. در این شرایط، برای حفظ ارتباط و گسترش پوشش شبکه ربات های جستجوگر،لازم است از تعدادی ربات رله کننده اطلاعات استفاده گردد. تعیین تعداد ربات مورد نیاز و محل استقرار آن ها، بر مبنای مشخصات فیزیکی کانال انتقال اطلاعات، موضوع این تحقیق است. در این پایان نامه، دو الگوریتم برای ورود و هدایت ربات های رله کننده بر اساس دیاگرام ورونوی پیشنهاد می گردد. دیاگرام ورونوی مجموعه ای از چندضلعی هاست و یکی از ساختارهای مهم محاسبات هندسی می باشد. این دیاگرام، اطلاعات نقاط مجاور یک مجموعه از گره ها را در اختیار ما قرار می دهد. در دو روش پیشنهاد شده در این پایان نامه، تمامی ربات های رله کننده در ابتدا خارج از محیط انتقال مستقر می شوند. یک نیروی مجازی اولیه، یک ربات رله کننده را در مواقع ضروری، به محیط انتقال اضافه می نماید و سپس توسط نیروی مجازی دیگری، ربات رله کننده به سمت محل استقرار تعیین شده حرکت می نماید. در الگوریتم اول، محل استقرار ربات رله کننده بر اساس داشتن فاصله یکسان از ربات های مجاورش تعیین می گردد. در الگوریتم پیشنهادی دوم، با استفاده از تجربیات ربات پیشتاز، محل استقرار ربات رله کننده، نقطه ای واقع بر مسیر پیموده شده توسط ربات پیشتاز تعیین می گردد. این نحوه استقرار تضمین می کند که وجود موانع از قبیل معابر باریک و محیط های صعب العبور مانع حرکت ربات رله کننده و استقرار آن در محل تعیین شده نخواهند گردید. در الگوریتم های پیشنهادی، تمامی ربات های رله کننده حاضر در محیط انتقال اطلاعات، پشت سر ربات پیشتاز قرار خواهند گرفت و هیچ گونه تداخلی برای مسیر پیمایش این ربات ایجاد نمی نمایند. اضافه شدن ربات های رله کننده بر حسب نیاز شبکه، باعث عدم حضور ربات های اضافی در محیط انتقال می گردد. از سوی دیگر، قابلیت حرکت ربات های رله کننده بعد از استقرار در محیط انتقال، توانایی تطبیق شبکه با شرایط متغیر کانال انتقال اطلاعات را فراهم می سازد. همچنین، استفاده از دیاگرام ورونوی باعث ایجاد کانال هایی با طول مسافت برابر بین ربات ها می گردد. این ویژگی باعث می شود ربات های رله کننده مصرف توان یکسانی داشته باشند و پوشش شبکه به واسطه افت توان یک ربات رله کننده کاهش نیابد.

در پایان نامه حاضر، عملکرد قطعه پیزوالکتریکی برداشت کننده انرژی برای تبدیل انرژی صوتی به انرژی الکتریکی بحث و شبیه سازی شده است. مواد پیزوالکتریک بطور ذاتی قادر هستند ارتعاشات محیط را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. این قطعه با توجه به میزان تنش مکانیکی ناشی از صوت ورودی، ولتاژ الکتریکی تولید می نماید. از پارامترهای موثر در میزان توان خروجی و بازده سیستم می توان به شعاع، ضخامت و نوع ماده مورد استفاده در دیافراگم و خود ماده پیزوالکتریک اشاره کرد. همچنین دما، رطوبت و فشار محیط از جمله پارامترهای محیطی موثر بر عملکرد قطعه می باشند. در این تحقیق، ابتدا یک مبدل آکوستیکی با استفاده از مواد پیزوالکتریک بررسی می شود تا بیانگر چگونگی توزیع فشار در یک دیافراگم باشد. سپس نمونه ای از یک قطعه ی برداشت کننده ی انرژی بدون داشتن تقویت کننده ی ورودی بررسی می شود. در ادامه مدل اصلی استفاده شده برای قطعه ی برداشت کننده ی پیزوالکتریکی در این تحقیق، با سه نوع ماده پیزوالکتریک pzt-5a و pzt-5h و aln شبیه سازی شده است. محاسبه ی توان تولید شده توسط قطعه در دمای ثابت و در دماهای متفاوت نشان داد که توان تولید شده در دمای ثابت برای هرسه ماده مورد استفاده، با افزایش فشار موج صوتی ورودی، افزایش می یابد ولی با افزایش دما در فشار ثابت ورودی، توان خروجی کاهش می یابد. همچنین، مشاهده شد که در صورت استفاده از aln، تغییرات خروجی نسبت به دما محدودتر می شود. در ادامه تاثیر تغییر ضخامت دیافراگم و نوع ماده استفاده شده در آن بر فرکانس تشدید، ولتاژ خروجی و چگالی توان گرفته شده از قطعه بررسی شد و نتایج مورد تحلیل و تفسیر قرار گرفت. قطعه مورد مطالعه در بازه فرکانسی 100 هرتز تا 200کیلو هرتز طراحی شده است که با توجه به کاربردی که از قطعه انتظار می رود، می توان اندازه های مناسب و نوع ماده پیزوالکتریک مطلوب را با توجه به نتایج بدست آمده انتخاب و حداکثر خروجی مطلوب را دریافت نمود. در نهایت یک نمونه از کاربرد نتایج بدست آمده برای طراحی قطعه تولید کننده انرژی الکتریکی از انرژی صوت انسان ارایه شده است.

در این شبیه سازی، محیط گازی را محیطی پیوسته و جریان گاز را جریانی آرام فرض کرده ایم. همچنین از اثرات تابش صرف نظر نموده و گازها را در محیط پلاسما ایده آل در نظر می گیریم. در نتیجه این شبیه سازی که با استفاده از نرم افزارفلوئنت انجام شده است، نرخ لایه نشانی کربید سیلیسیوم و همچنین پروفیل لایه نشانی محاسبه شده آن و نیز اثر پارامتر های مختلف موثر بر لایه نشانی شامل: نرخ ورودی گاز، دمای سطح زیر لایه، فشار رآکتور، نسبت های مختلف سیلان به پروپان بر روی زیر لایه، تاثیر فاصله الکترودها، تاثیر ورود متان نسبت به پروپان وجایگزینی هلیوم به جای هیدروژن بر لایه نشانی و نهایتاً تاثیر دو پارامتر نرخ ورود و دمای سطح زیر لایه بر لایه نشانی سیلیسیوم همراه کربید سیلیسیم مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

نانولوله های کربنی به دلیل خواص فیزیکی، حرارتی و الکتریکی فوق العاده ، در طراحی قطعات الکترونیکی و میکروالکترومکانیکی، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از مهمترین تنگناها در تولید این نانوماده، تولید بالا با قیمت موثر می باشد که موضوع تحقیق بسیاری از پژوهشگران در دهه اخیر است. یکی از پرکاربردترین روش های تولید نانولوله کربنی، روش رسوب بخار شیمیایی (cvd) است که تولید نانولوله کربنی در حجم زیاد را امکان پذیر می سازد. نرخ تولید در این روش به پارامترهای مختلفی بستگی دارد. این پژوهش با استفاده از تحلیل عددی، به بررسی و مدل سازی پدیده های حاکم در تولید نانولوله ی کربنی در راکتورcvd می-پردازد. در تحلیل نتایج، علاوه بر نرخ تولید، یکنواختی طول نانولوله های کربنی تولید شده نیز به عنوان پارامتری مهم مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه تاثیر دمای کوره، نرخ جریان مخلوط گاز ورودی، غلظت هیدروکربن ورودی، فشار، دمای مخلوط گاز ورودی و دمای پیش گرمکن، بر میزان تولید نانولوله کربنی مورد بررسی قرار می گیرد و نتایج تحلیل می گردد. در جهت بهینه سازی روش مورد استفاده، در مرحله بعد با استفاده از روش تاگوچی، شرایط بهینه برای رسیدن به نرخ تولید بالاتر نانولوله انتخاب می شود. نتایج و تحلیل های بدست آمده، قابل استفاده در صنایع مرتبط با تولید نانولوله کربنی است و تاثیر بسزایی در فهم رفتار و چگونگی رشد نانولوله کربنی و در نتیجه حل تنگنای این حوزه، مبنی بر تولید بالا با قیمت موثر، خواهد داشت.

در بسیاری از سیستم های کنترلی نیاز به استفاده از نانوسنسورهای فوق حساس برای آشکارسازی پدیده های مختلف می باشد. از جمله نانوسنسورهایی که کاربردهای وسیعی در علوم مختلف یافته است نانو سنسور شیمیایی آشکارساز گاز می باشد. حساسیت و دقت این آشکارسازها در کاربردهای پزشکی که در بدن افراد و در خون بیماران قرار می گیرند و یا کنترل کننده های آلودگی اتاق های عمل بسیار تعیین کننده است و حتی جان افراد در گرو عملکرد مناسب این نانوسنسورها می باشد. امروزه با ظهور نانو مواد جدید از جمله نانولوله کربنی (cnt)، تحولی عظیم در ساخت سنسورهای شیمیایی اتفاق افتاده است. دراین پژوهش پارامترهای مهم cnt در ساخت نانوسنسورها بررسی شده و معادلات مربوط به فیزیک، ساختار الکترونیکی و رسانایی الکتریکی آن ها مطالعه و توسط نرم افزار متلب مورد شبیه سازی قرار گرفته است. مدل در نظر گرفته شده در این تحقیق شامل آرایه ای از نانولوله ها محدود شده میان دو صفحه هادی می باشد و به عنوان نمونه تأثیر گاز دی اکسید نیتروژن (no2) بر عملکرد قطعه مطالعه شده است. تحلیلهای انجام شده در محیط نرم افزار متلب مدلسازی و بررسی شده است. پارامترهای مهم قطعه از جمله تغییرات رسانایی و حساسیت سنسور و همچنین تأثیر تغییرات عوامل محیطی مانند دما و رطوبت بر عملکرد قطعه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. همچنین برای بررسی تأثیر جذب مولکول گاز بر رسانایی نانولوله از تئوری اساسی چگالی استفاده شده و تغییرات رسانایی بر اساس تفاضل تراز انرژی فرمی با لبه باند ظرفیت بیان شده است. مقایسه ی نتایج بدست آمده با نتایج موجود از آزمایشات نشان دهنده ی صحت محاسبات و مناسب بودن مدل انتخابی می باشد. نتایج بدست آمده گویای این مسأله است که سنسور های cnt در مقایسه با سنسورهای گاز قدیمی از حساسیت بسیار بالاتری برخوردار بوده و توانایی آشکار ساختن یک ppb گاز no2 را در دمای اتاق دارا می باشند. رسانایی اولیه ی سنسور به عنوان یک عامل تعیین کننده در دقت آن بررسی و یک ساختار مناسب با رسانایی اولیه ی 95.7?s برای سنسور پیشنهاد شده است. عملکرد قطعه در سه دمای مختلف بررسی و دیده شد که با بالا بردن دمای محیط کار حساسیت قطعه نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که افزایش رطوبت محیط تأثیر منفی بر عملکرد سنسور دارد و حساسیت را کاهش می دهد.

تشدیدگر میکروالکترومکانیکی قطعه ی نوسانگر بسیار کوچکی است که قابلیت مجتمع سازی با مدارهای cmos را دارا می باشد. این قطعه با داشتن ضریب کیفیت بزرگ، مصرف توان اندک و ضریب دمایی فرکانس مناسب، جایگرین مناسبی برای تانک های lc داخل تراشه که مجتمع می شوند اما ضریب کیفیت کوچک دارند وکریستال کوارتز که ضریب کیفیت بزرگ دارد اما مجتمع نمی شود در نوسان سازها و فیلترها می باشند. در این پایان نامه، یک تشدیدگر میکروالکترومکانیکی شبیه سازی شد و تاثیر اندازه ها و پارامترهای دیگر قطعه بر خروجی های آن از قبیل: فرکانس تشدید، ولتاژ شکست و جریان خروجی مورد بحث و بررسی قرار گرفت. با استفاده از نتیجه های شبیه سازی، یک تشدیدگر دوسرثابت 16 مگاهرتزی با استفاده از مواد پلی سیلیکن ،کربن (بی شکل) و دی اکسید سیلیکن طراحی شد. در این طراحی تشدیدگرکربن کمترین درازا را با مقدار ?m 1/24 و تشدیدگر دی اکسید سیلیکن کمترین حساسیت دمایی را با مقدار ppm?? 15- دارا بود. بیشترین اندازه ضریب کیفیت مربوط به تشدیدگر پلی سیلیکن با مقدار 1850 بدست آمد. جهت افزایش ضریب کیفیت ترموالاستیک، شکاف هایی عمود بر راستای نوسان تیر در تیر ایجاد شد تا به کمک آن ها از تزویج مد گرمایی به مد مکانیکی جلوگیری شود. مکان شکاف ها بیشتر در جایی است که تیر بیشترین کرنش را دارد، با بلندتر شدن درازای تیر، ایجاد شکاف در مکان هایی که کرنش زیاد نیست موجب افزایش ضریب کیفیت ترموالاستیک می شود.

میکروگریپرها در جابجایی و حمل و در میکروروبات ها بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. این قطعات طوری طراحی می شوند تا بتوانند بصورت دقیق کار را انجام داده و با نیروی زیاد، دهانه خروجی را به اندازه مناسب باز یا بسته نمایند. این قطعه شامل یک بازوی حساس همراه با یک عملگر میکروالکتروترمال و حسگر می باشد. در پروژه حاضر عملکرد میکروگریپر الکتروترمومکانیکی بررسی و مدل سازی و طراحی گردید. نتایج نشان داد که این قطعه قادر است با نیروی زیادی قطعات کوچک را با فشار مناسب حمل نماید. دهانه این قطعه طراحی شده می تواند جابجایی در حدود 32 میکرومتر با مصرف توان خیلی کم در حدود 115 میکرو وات داشته و قطعات بین 8 تا 40 میکرومتر را جابجا نماید. با توجه به اینکه دمای دهانه عملگر در این سیستم اهمیت بسیاری دارد، گریپر طراحی شده بایستی خنک کاری شده تا به دمای مناسب و دلخواه برسد. در این پروژه نانوتیوب های کربنی به عنوان فن های خنک کننده میکرو به بازوها اتصال داده می شوند تا بطور مناسبی دمای نوک بازو را کاهش دهند. نتایج مدل سازی نشان داد که درجه حرارت نوک گریپر در صورت استفاده از نانو تیوب کربنیدما از oc 194تا oc56/52 کاهش می یابد. این نتیجه در مقایسه با روش های خنک کاری دیگر کیفیت بهتری را نشان می دهد. میکروگریپر طراحی شده به راحتی قادر است برای جابجایی قطعات درون بدن انسان و انجام قسمتی از جراحی های حساس (غیر تهاجمی) بدون تاثیرات سوء دمایی مورد استفاده قرار گیرد.

abstract nowadaysphotovoltaic solar cells (pvs) areacknowledged the fastest growing energy technology in the word, however, they only account for only fraction of current global renewable energy capacity. it isrecognized that this incomplete market penetration has been largely a result of the technology’sexcessive cost. so researchers are trying to find innovative, economic way with theaim of either cutting back on the active material quantity or improving power efficiencies to abateoperating cost.however, have presented a cost.performance trade-off, that some believe may be surmounted by the employment of nanotechnology. amongst many potential nano-materials proposed for pv conversion is the carbon nanotube (cnt) due to its lowmaterial usage, superior carrier transport properties and most notably; a tunable band-gap. thisthesis examines the theoretical performance of a range of cnt based solar cells and in doing so, computational methodologies are formulated towards characterizing the related electronic andoptical properties with respect to the cnt structural variability. in this thesis addresses the issue of differentiation of metallic and semiconducting cnts. the result, a simulation-efficient and experimentally validated analytical model is developed to distinguish the nanotubes and predict the band-gap of semiconducting cnts.it offers a valuable insight into the optimization of cnt diameter related process parameters towards suppressing electronic mutability. the end part of this thesis focuses on modeling the optical absorption of cnts where thephoto-generated current and quantum efficiency responses are derived for various tube geometrieswhen exposed to laser illumination. the appointed models are later exploited in combination with anequivalent pv circuit model to evaluate the performance metrics of a variety of isolated cnt based pvdevices under solar radiation. within the confines of the suppositions made in this study, the result that only specific types ofcnts may yield competitive pv conversion efficiencies compared to other nanotechnology based solarcells.

یکی از مهمترین اجزای سیستم‏های تحویل دارو ، میکرو‏پمپ‏ها هستند. از آنجا که این افزاره برای دارو‏رسانی هدفمند به عضو آسیب دیده در بدن کاشت می‏شود، باید منبع انرژی مورد نیاز خود را به همراه داشته باشد. یکی از روش‏های تأمین انرژی افزاره قابل کاشت، استفاده از سیستم‏هایی با زیرلایه پیزو‏الکتریک می‏باشد که امکان تحریک این سیستم‏ها را بصورت بی‏سیم فراهم می‏کند. در این پایان‏نامه، یک افزاره میکرو‏الکترومکانیکی تحریک شونده با همبسته‏کننده موج صوتی سطحی مطالعه و طراحی می شود. به این منظور تأثیر دو نوع زیرلایه لیتیوم‏نیوبیت و کوارتز در اندازه ولتاژ تحریک، نسبت سیگنال به نویز، تلفات جایگذاری، پهنای‏باند و قسمت‏های حقیقی و موهومی ادمیتانس افزاره مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج محاسبات تحلیلی و شبیه‏سازی عددی افزاره نشان داد که با استفاده از کوارتز می‏توان ولتاژ تحریک بیشتری داشت. این پارامتر برای ماده لیتیوم‏نیوبیت 8/5 ولت و برای ماده کوارتز 5/7 ولت بدست آمد. همچنین پهنای‏باند محاسبه شده برای لیتیوم‏نیوبیت 160 مگاهرتز و برای کوارتز 156 مگاهرتز می‏باشد که پهنای باند با استفاده از کوارتز باریک‏تر است و افزاره را برای انجام تحریک بصورت ایمن مناسب‏تر می‏نماید. با توجه به نتایج بدست آمده نسبت سیگنال به نویز مستقل از نوع ماده پیزو‏الکتریک می‏باشد که برای هر دو ماده استفاده شده 52/26 دسیبل محاسبه گردید. با توجه به اهمیت تلفات جایگذاری در انتقال توان حداکثر، کوارتز بعنوان ماده مناسب‏تر در کاهش تلفات جایگذاری پیشنهاد گردید. تلفات محاسبه شده با استفاده از لیتیوم‏نیوبیت 1/2 دسیبل می‏باشد در حالیکه این مقدار برای کوارتز 9/1 دسیبل بدست آمد. نتایج محاسبات تحلیلی و شبیه سازی عددی عملکرد مناسب افزاره طراحی شده را در تحریک ‏دیافراگم رسانای میکرو‏پمپ نشان می دهد. نمونه طراحی شده در کار حاضر نسبت به نمونه‏های گزارش شده قبلی جابجایی دیافراگم بیشتری داشته، در عین حال که تغذیه مناسب نیز برای عملکرد افزاره تنها از سیگنال ورودی کنترل کننده تأمین می‏شود.

انرژی های موجود در محیط به شکل های مختلف از قبیل مکانیکی، خورشیدی، حرارتی، بادی و مغناطیسی وجود دارند که می توان آن ها را به طریق مناسبی در اختیار گرفته و به انرژی الکتریکی قابل استفاده در سیستم-های مختلف تبدیل کرد. بهره گیری از انرژی گرمایی هدر رفته در سیستم های مصرف کننده و یا تولید کننده انرژی، کاربرد نوینی از برداشت انرژی در مقیاس های میکرو و ماکرو با استفاده از ژنراتورهای ترموالکتریک است. از آنجایی که مواد ترموالکتریک غیر آلی معایبی از جمله هزینه بالای تولید، کمیاب بودن و حتی سمی بودن را دارند، در این پایان نامه مواد ترموالکتریک پلیمری مورد توجه قرار گرفته اند که علاوه بر نداشتن معایب ذکر شده، دارای مزایایی از جمله چگالی پایین، هزینه کم، انعطاف پذیری، هدایت حرارتی کم و هدایت الکتریکی زیاد می باشند که منجر به استفاده از این مواد برای تولید انرژی در مقیاس میکرو می شود. همچنین نانولوله کربنی بدلیل ویژگی های مکانیکی، حرارتی و الکتریکی برجسته، به عنوان در جهت بهبود عملکرد قطعه ترموالکتریک در این پایان نامه استفاده و مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، یک قطعه ترموالکتریک پلیمری شبیه سازی شده و تأثیر پارامترهای هندسی، ویژگی های منبع گرم و سرد و ماده احاطه شده بین پایه های قطعه ترموالکتریک بر عملکرد سیستم بررسی می شود. همچنین به منظور افزایش ولتاژ و توان الکتریکی قطعه ترموالکتریک، مدلی طراحی و ارائه شده است که در آن آرایه ای از cnt ها به عنوان جهت انتقال حرارت از منبع گرم و سرد به قطعه ترموالکتریک استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی مدل نشان می دهند که با استفاده از cnt، ولتاژ مدار باز و توان الکتریکی خروجی قطعه به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. قطعه ترموالکتریک طراحی شده را می توان بصورت ترکیبی با قطعات و مدارات میکروالکترونیک جهت تامین توان مورد نیاز از حرارت تلف شده توسط خود قطعه بکار برد.

امروزه سلول های فتوولتائیک برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی یکی از جذاب ترین موضوعات تحقیقاتی می باشد. یکی از انواع این سلول ها، سلول های خورشیدی آلی می باشد. سلول های فتوولتائیک آلی را می توان هم با استفاده از مولکول های کوچک و هم با استفاده از مواد پلیمری ساخت. در این تحقیق، نوعی از سلول های خورشیدی آلی که با استفاده از پلیمرها تهیه می شوند بررسی می شود. سلول های خورشیدی پلیمری به دلیل انعطاف پذیری مکانیکی، آسانی فرایند ساخت، هزینه پایین و نیز امکان تولید لایه های نازک در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. پلیمرهای مزدوج از نیمه هادی های مواد آلی هستند که در سلول های خورشیدی آلی به کار برده می شوند، به دلیل اینکه آنها دارای خصوصیات پایه مورد نیاز برای مکانیزم تبدیل انرژی تابشی به یک جریان الکتریکی هستند. در این پروژه تلاش می شود ساختارهای متفاوتی از سلول-های خورشیدی آلی شبیه سازی شود و نتایج آنها با هم مقایسه گردند. شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار سیلواکو انجام می-شود. این نرم افزار با استفاده از روش المان محدود و معادلات پایه نیمه هادی به محاسبه عملکرد یک قطعه الکترونیک می-پردازد. برای شبیه سازی سه ساختار مختلف ناهمگن حجمی آلی فرض شده است. علت انتخاب این مواد، بازدهی مناسب آنها در موارد ساخته شده و رایج بودن آنها در آزمایشگاه های دانشگاه های ایران بود است. در همه این ساختارها نیمه هادی نوع n، ماده pcbm است و به عنوان نیمه هادی نوع p از موادی چون p3ht، meh-ppv و mdmo-ppv بهره برده-ایم. پس از شبیه سازی هر سه ساختار و بدست آوردن مشخصه های آنها مشاهده شد که ساختار ارائه شده با استفاده از نیمه-هادی p3ht، بازدهی قابل قبول13/2 از خود نشان می دهد که برای مواد آلی بازدهی مناسبی تلقی می شود. اما ساختار شبیه سازی شده با استفاده از meh-ppv بازدهی نزدیک به 1 از خود نشان می دهد که مقداری کم محسوب می شود. گران بودن ماده p3ht و بازدهی پایین ساختار، meh-ppvنسبت به ساختار mdmo-ppv موجب شد که ساختار اصلی این ماده انتخاب شود و تاثیرات پارامترهای مختلف مانند اثر شکاف باند، نفوذپذیری ، الکترون خواهی ، تغییرات دما و تحرک پذیری الکترون و حفره ها بر مشخصه جریان -ولتاژ و توان این سلول بررسی شود. در پایان نیز اثر تغییرات در تابع کار و اندازه الکترود آند بررسی شد که به نتایج مطلوبی رسید.

لرزش‏ها ی موجود در محیط منبعی مهم برای تولید انرژی الکتریکی هستند که اغلب این لرزش‏ها در فرکانس‏های بسیار پایین (100-1 هرتز) اتفاق می‏افتد. طراحی و ساخت مولّدهایی که توانایی برداشت انرژی از این محدوده فرکانسی را داشته باشند اهمیت بسیاری برای تغذیه سیستم‏های بدون‏سیم دارد. در پایان‏نامه حاضر تولید انرژی الکتریکی به‏روش القای الکترومغناطیسی مطالعه‏ و شبیه‏سازی می‏شود. بدین منظور سه نوع مولّد الکترومغناطیسی بررسی می‏شود. ابتدا مولّد استوانه‏ای شکل که توانایی تولید برق از حرکات بدن از جمله راه‏رفتن، دویدن و دوچرخه سواری را داشته و می‏تواند در پوشش‏های مانند کفش قرار گیرد. محاسبه انجام شده نشان داد که این افزاره از لرزش‏های با فرکانس 4 هرتز و دامنه جابجایی 10 میلی‏متر 4/7 میلی‏ولت ولتاژ تولید می‏کند. در مولّد نوع دوم مشخصات مکانیکی و مغناطیسی افزاره به صورت تحلیلی مطالعه می‏شود. این مشخصات شامل فرکانس ورودی، دامنه ارتعاش ورودی، جرم آهن‏ربا، مقاومت بار، مقاومت سیم‏پیچ، تعداد دور سیم‏پیچ و شدت میدان مغناطیسی تولید شده توسط آهن‏ربا هستند. نتایج نشان می‏دهد که برای افزایش ولتاژ خروجی تولید شده از افزاره‏ای با ابعاد کوچک، باید فرکانس ورودی را به نحوی افزایش داد، همچنین تا جای ممکن از سیم‏پیچ‏هایی با مقاومت کمتر و تعداد دور بیشتر استفاده کرد. با توجه به کم بودن فرکانس‏های محیط، افزاره بعدی طوری طراحی شد تا بتوان تقویت فرکانس را نیز انجام دهد. این افزاره با ابعاد میلی‏مترمکعب طراحی شد تا بتواند فرکانس 2 هرتز محیط را به عنوان ورودی دریافت کرده و پس از چند برابر کردن فرکانس تا 1094 هرتز، ولتاژ 46 میلی‏ولت را تولید ‏کند. شبیه‏سازی افزاره آخر در سه مرحله به صورت عددی و تحلیلی انجام شد.

اثر متقابل بین خاصیت پیزوالکتریک و انتقال بار در مواد پیزوالکتریک نیم رسانا، منجر به تولید پدیده جدید به نام پیزوترونیک می شود که اساس عملکرد نانوژنراتورها را تشکیل می دهد. در پایان نامه حاضر، عملکرد نانوژنراتور بر اساس آرایه ای از نانوسیم های پیزوالکتریک برای برداشت انرژی مکانیکی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی مطالعه و با استفاده از روش المان محدود شبیه سازی شده است. در این رابطه، توزیع پتانسیل درون نانوسیم خم شده و فشرده شده شبیه سازی و تاثیر پارامترهای مختلف بر پتانسیل خروجی بررسی می شود. این پارامترها شامل خصوصیات نیم رسانایی اکسید روی ، پارامترهای هندسی و مقدار نیروی اعمالی به نانوسیم می باشد. محاسبه پتانسیل تولیدشده توسط یک نانوسیم با در نظر گرفتن اثر نیم رسانایی اکسید روی نشان می دهد که با افزایش مقدار ناخالصی درون ماده، پتانسیل از مقدار منفی 0/26ولت، مربوط به نانوسیم اکسید روی عایق، کمتر می شود. در بررسی تاثیر پارامترهای هندسی مشاهده شد که رفتار نانوسیم ها در هر دو حالت نانوسیم فشرده شده و خم شده متفاوت می باشد. در نانوسیم خم شده، با افزایش طول تا حدود 2 میکرومتر، مقدار پتانسیل ثابت است و از آن به بعد کاهش پتانسیل اتفاق می افتد. در حالی که در نانوسیم فشرده شده، با افزایش طول تا مقدار 0/3میکرومتر، پتانسیل نیز افزایش یافته و افزایش بیشتر طول تاثیری در مقدار پتانسیل نمی گذارد که این تفاوت به دلیل تفاوت در چگونگی ایجاد ناحیه تخلیه است. ادامه کار با بررسی بیشتر نانوژنراتور بر مبنای نانوسیم فشرده شده توسط نیروی عمودی و ارائه راهکارهایی شامل استفاده از چگالی بار سطحی در سطح مقطع نانوسیم، بررسی دقیق ضریب پیزوالکتریک موثر، استفاده از نانوسیم های مخروطی شکل و رشد نانوسیم ها با زاویه نسبت به زیرلایه و در نتیجه کاهش تقارن برای افزایش پتانسیل پیزوالکتریک انجام شد. در پایان نیز برای بررسی رفتار کل نانوژنراتور، با توجه به لایه پر کننده میانی و فاصله میان نانوسیم ها، ساختار دیگری برای مدل در نظر گرفته شد و شبیه سازی با استفاده از این مدل انجام گردید. حداکثر پتانسیل، به ازای مقدار متوسط ناخالصی، زمانی که فاصله نانوسیم ها از یکدیگر دو برابر قطر نانوسیم باشد، 25 میلی ولت بدست آمد. نتایج نشان داد که پتانسیل محاسبه شده برای نانوژنراتور، به منظور راه اندازی حسگرهای یک شبکه بدون سیم، مناسب و کافی است.

نگرانی درباره گرم شدن جهان و کاهش منابع سوختی فسیلی، تحقیق برای منابع انرژی تجدیدپذیر ارزانتز را شتاب داده است. سلول های خورشیدی پلیمری می توانند مثالی از این منابع باشند هرچند دارای مجموعه¬ای از کاستی ها شامل: بازده پایین و عمر کوتاه هستند که با استفاده از ساختارهای جدید می توان مقداری از این کاستی را جبران نمود. در این پایان نامه سلول خورشیدی پلیمری با لایه حساس به نور p3ht:pcbm بعنوان یک سلول خورشیدی لایه ای با پیوندگاه چندگانه شبیه سازی شد و با توجه به این که یکی از اساسی¬ترین دلایل کاهش بازده این سلول ها، میزان کم جذب نور است. در قسمت بعد نوع جدیدی از هندسه سلول های خورشیدی آلی ارائه شد. این روش بصورت مدیریت نور در عبور از لایه¬ها با ضریب شکست متفاوت است. علاوه بر این، در ساختارهای ارائه شده به میزان افزایش جذب در سلول های خورشیدی توجه شد. در این ساختارها با افزودن لایه اکسید روی (zno) زیر لایه حساس به نور است که افزودن این لایه میزان جذب نور را افزایش داد. در ساختارهای بعدی با اصلاح الگوی سطح سعی در افزایش هرچه بیشتر میزان جذب نور شد. پس از رسیدن به ساختار مناسب پارامترهای الگوی سطح مطالعه گردید و شکل مناسب آن برای بهبود جذب نور انتخاب شد. در انتها برای مقایسه، دو ساختار سلول خورشیدی صفحه ای و سلول خورشیدی دسته ای متناوب انتخاب و نمودارهای جریان- ولتاژ آن ها رسم گردید. نتایج نشان داد که روش استفاده شده در این تحقیق باعث افزایش ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه و در نتیجه افزایش بازده سلول خورشیدی آلی در مقایسه با نتایجی که تا کنون گزارش شده است می گردد.

د.پلی آنیلین یک پلیمر هادی است که امروزه به دلیل کاربردهای فراوانی که در صنایع مختلف یافته است، مورد توجه محققین و پژوهشگران قرار گرفته است. یکی از صنایعی که پلی آنیلین در آن کاربرد فراوانی دارد، صنایع الکترونیکی است. در این پژوهش پلی آنیلین امرالدین بازی و نانوکامپوزیت پلی آنیلین و نانولوله کربنی به روش پلیمریزاسیون درجا ساخته شد. برای مشخصه یابی نمونه های ساخته شده از طیف سنجی مادون قرمز، پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونیکی روبشی، طیف سنجی جذبی فرابنفش و مرئی، هدایت سنج چهار نقطه¬ای و روش های منحنی جریان- ولتاژ استفاده شد. با توجه به طیف سنجی مادون قرمز می توان گفت، با افزودن غلظت اسید میزان اکسیداسیون زیاد شده و تعداد پیوند های دوگانه اکسیژن و کربن در مواد سنتز شده، افزایش می یابد. پراش اشعه ایکس نشان داد که، در پلیمر و نانوکامپوزیت با تغییر متغیرها، هیچ گونه تغییری در کریستالیته ایجاد نمی شود. تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دهنده این نکته است که، در نانوکامپوزیت عملیات پلیمریزاسیون از روی سطح نانولوله های کربنی آغاز گردیده و فاز زمینه و تقویت کننده، به طور کاملا مستحکم با یکدیگر آمیخته شده اند و دارای ساختاری متخلخل هستند. با استفاده از طیف جذبی فرابنفش و مرئی، میزان گاف انرژی نمونه ها محاسبه گردید و مشخص شد گاف انرژی نمونه ها متغیر بوده و مابین 82/2 تا 3 الکترون ولت متغیر است و کلوخه شدن نانولوله های کربنی باعث کاهش گاف انرژی نانوکامپوزیت می گردد. در نهایت با بررسی میزان هدایت الکتریکی نمونه ها با روش چهار نقطه ای مشخص گردید، افزودن نانولوله کربنی میزان هدایت الکتریکی را تقریبا 10 برابر افزایش می دهد. منحنی جریان- ولتاژ نشان داد که، پلی آنیلین امرالدین بازی می تواند به عنوان یک نیمه رسانا عمل نماید.