دستیابی به خصوصیات نانوساختارهای حلقوی، نواری و لوله ای خاص با بهره گیری از محاسبات

پایان نامه حاضر مشتمل بر سه بخش کار تحقیقاتی است. این سه بخش در برگیرنده محاسبات مفصل و کامل بر پایه روش dft در سطوح مختلف بر روی تعداد زیادی از نانوحلقه ها، نانونوارها و نانولوله های خاص است. بخش اول: [n]پیرازین سیکلاسن ها (نانوحلقه های پیرازینی) با فرمول بسته (cn)2n در ساختارهایی با n = 5,10,12 دارای حالت پایه یک تایی لایه بسته و در ساختاری با n = 8 دارای حالت پایه سه تایی، با اختلاف انرژی یک تایی- سه تایی بسیار کوچک هستند. همچنین گونه های با n = 6,7,9,11 دارای حالت پایه الکترونی یک تایی لایه باز هستند. همه ایزومرهای مشابه غیر حلقوی آنها که [n]پیرازین پلی اسن یا نانونوار نامیده می شوند و دارای 5 تا 12 حلقه بنزنوئیدی (n) هستند، حالت پایه یک تایی لایه بسته دارند. در نتیجه می توان گفت که نیتروژن موجب تغییر در حالت پایه الکترونی برخی سیکلاسن ها و پلی اسن های گزارش شده، می شود. این امر احتمال وجود آنها را بیشتر کرده و تحقیقات تجربی بیشتری می طلبد. بخش دوم: ساختار، انرژی و خصوصیات آروماتیکی [n]سیکلاسن های سیلیسیومی که تعداد حلقه های بنزنوئیدی(n) بین 6-12 تغییر کرده و دارای فرمول بسته si4nh2n است، در روش b3lyp بررسی شده است. این ساختارها را می توان گونه ای از نانوحلقه های سیلیسیومی(sinrs) دانست که کوچک ترین نانولوله های زیگزاگی هم معرفی شده اند. لذا با نام sinr از آنها یاد می کنیم. نتایج حاصل از محاسبات nbo تقریباً برای تمام اتم های si در نانوحلقه های مورد مطالعه، هیبرید sp2 نشان می دهد. مقایسه بین sinr های بهینه سازی شده و فرم زنجیر باز مشابه آنها نشان از طول پیوند بلندتر برای sinr ها دارد. بلندی طول پیوند به خمش در ساختار نسبت داده می شود. به جز برای ساختار si24h12 (n = 6)، بقیه sinr های زوج یعنی (n = 8,10,12) بسیار آروماتیک تر از سری فرد (n = 7,9,11) می باشند. چنین آروماتیسیته بالایی در داخل، خارج و روی سطح sinr های مورد مطالعه، مشاهده شده است. همچنین به جز si44h22 (n = 11) ، انرژی شکافتگی ?elumo-homo هم در سری فرد و هم در سری زوج با قطر نانوحلقه نسبت عکس دارد. sinr های زوج ?elumo-homo کمتری نسبت به سری فرد دارند که نشان دهنده آروماتیسیته و هدایت الکتریکی بالای آنهاست. البته این نتیجه ساختارهای دارای فشار زاویه ای بالا یعنی n = 6,7 را در بر نمی گیرد. این مطالعات نشان می دهد که قطر ایده آل برای سیکلاسن های سیلیسیومی (sinrs) بین nm 92/0 تا 42/1 است که به ساختارهایی با n = 8-12 تعلق دارد. قطر بالاتر از nm 42/1 سبب در هم پیچیده شدن ساختار و قطر پایین تر از nm 92/0 سبب مستقر شدن پیوندها به دلیل فشار زاویه ای بالا می شود. بخش سوم: بهینه سازی نانولوله های سیلیسیوم-کربنی تک جداره آرمچیر با طول محدود (sicnts) نشان می دهد که در روند افزایش طولی تنها یک نوع ساختار شبکه ای وجود دارد، این در حالی است که در نانولوله های کربن (cnts) ، با افزایش طول سه نوع ساختار مختلف شبکه ای بروز می کند. جریان حلقه قوی، تنوع طول پیوند، تغییرات نوسانی شدید ?elumo-homo که به ازای افزایش طول در cnt ها مشاهده می شود، در sicnt به شدت کاهش می یابد. علاوه بر اینها، با افزایش قطر و طول در sicnt مقادیر مولفه های قطبش پذیری افزایش می یابد. مقادیر مذکور حدود 2 برابر بیشتر از cnt های با همان تعداد اتم است.