توانایی جذب سطحی هیدروژن در نانولوله های مخروطی تک دیواره: مطالعه ای با استفاده از مونت-کارلوی بندادی بزرگ

در این پایان نامه جذب سطحی گاز هیدروژن روی چهار نوع نانولوله مخروطی تک دیواره کربنی، بور-نیتریدی، سیلیکون-کربنی و سیلیکونی با استفاده از شبیه سازی مونت-کارلوی بندادی بزرگ در سه مرحله جداگانه بررسی شده است. این بررسی در دمای k15/298، محدوده فشاری ( mpa16-0) و نیز در اندازه های طولی ( nm7-3) از نانولوله های مخروطی تک دیواره -کربنی، بور-نیتریدی، سیلیکون-کربنی و سیلیکونی- در پنج زاویه رأس (?300، ?240، ?180، ?120، ?60) و در فواصل بین نانولوله ای (معادل قطر، 01/1 قطر و 2/1 قطر) انجام پذیرفته است. در مرحله اول جذب هیدروژن در یک نانولوله مخروطی مورد بررسی قرار گرفت و تأثیر عواملی مانند فشار گاز هیدروژن، طول، زاویه و نوع نانولوله در میزان جذب بررسی شد. نتیجه بررسی های این مرحله نشان داد که با افزایش فشار، کاهش طول نانولوله و افزایش زاویه رأس مخروط، میزان جذب هیدروژن در نانولوله مخروطی، در هر مترمکعب افزایش می یابد. همچنین نانولوله مخروطی بور-نیتریدی میزان جذب بیشتری را دارد و بعد از آن میزان جذب برای نانولوله های مخروطی به ترتیب عبارتند از: سیلیکون-کربنی> کربنی> سیلیکونی. در مرحله دوم دو نانولوله مخروطی به فاصله nm1 در کنار هم قرار گرفته و تأثیر عوامل فشار گاز هیدروژن، طول، زاویه و نوع نانولوله در میزان جذب هیدروژن بررسی شد. نتایج نشان داد که با کم شدن طول نانولوله، افزایش فشار و زاویه رأس مخروط، میزان جذب نیز افزایش می یابد. ترتیب جذب برای چهارنوع نانولوله مخروطی به ترتیب عبارتند از: نانولوله بور-نیتریدی> سیلیکون-کربنی ? کربنی> سیلیکونی. در مرحله سوم چهار نانولوله با فاصله های معادل قطر، 01/1 قطر و 2/1 قطرِ نانولوله، در کنار هم قرار گرفته و تأثیر عامل فاصله بین نانولوله ها نیز در میزان جذب مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه بررسی های این بخش نشان داد که با افزایش فاصله بین نانولوله های مخروطی، میزان جذب در هر مترمکعب کاهش می یابد. با مقایسه نتایج به دست آمده از هر سه مرحله می توان گفت، که انرژی جذب و میزان جذب در هر متر مکعب در هر سه مرحله تغییری نمی کند، اما میزان جذب با واحد درصد وزنی با اضافه شدن تعداد نانولوله ها به میزان کمی افزایش می یابد. همچنین بعد از مشخص شدن اثرهای ساختاری و ترمودینامیکی نانولوله مخروطی در میزان جذب هیدروژن، جهت مشخص شدن مکانیسم جذب، نتایج، با معادلات لانگمویرو لانگمویر-فراندلیچ برازش شده تا معلوم شود که جذب به کدام صورت تک لایه ای یا چندلایه ای در نانولوله مخروطی اتفاق می افتد. نتایج این قسمت نشان می دهند که جذب هیدروژن در نانولوله مخروطی با زاویه رأس ?300، در فشارهای زیر mpa10 به صورت تک لایه محتمل تر اتفاق می افتد، اما با افزایش فشار، جذب به صورت چند لایه اتفاق می افتد. همچنین جذب هیدروژن در نانولوله مخروطی با زاویه رأس ?60، به صورت چندلایه صورت می گیرد. به منظور درک بهتر از میزان جذب پذیری نانولوله های مخروطی، جذب هیدروژن در نانولوله های استوانه ای کربنی، بر-نیتریدی، سیلیکون-کربنی و سیلیکونی نیز محاسبه و نتایج نشان داد که تمایل جذب نانولوله های مخروطی نسبت به هیدروژن از نظر وزنی بیشتر از نانولوله های استوانه ای است.