پاورپوینت خواص ساختاری نانو لوله در حالت تعادل

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

خواص ساختاری نانو لوله در حالت تعادل

مقدمه

نانولوله های کربنی(CNT) نوعی آلوتروپ کربن هستند که اخیراً کشف شده اند. جهت بررسی نظری نانولوله های کربنی می توان آن ها را به صورت صفحات گرافیتی تصور کرد که به دور یک استوانه پیچیده شده باشند .
آنها خواص شگفت انگیزدارند که برای به کارگیری در بسیاری کاربردهای نانو فناوری، الکترونیک، اپتیک وحوزه های دیگر علم مواد مناسب اند.آن ها استحکامی خارق العاده وخواص الکتریکی منحصر بفردی دارند ونیز هادی خوبی برای حرارت اند.

اسلاید 2 :

نانولوله کربنی به صورت صفحات استوانه ای در هم پیچیده از گرافن

اسلاید 4 :

بررسی ساختار هندسی نانولوله های کربنی
ساختار هندسی گرافیت
گرافیت دارای یک ساختار دو بعدی است که در آن اتم های کربن در گوشه های شش ضلعی های منتظمی قرار گرفته اند. فاصله پیوندی کربن – کربن برابر nm 0/142 می باشد و زاویه پیوندی برابر 120است .

اسلاید 5 :

هر اتم کربن در صفحه ی گرافیت با سه اتم مجاور خود پیوند های قوی بر قرار
می کند اربیتال هر اتم کربن بر این صفحه عمود است. همان گونه که در شکل مشاهده می کنید گرافیت یک ساختار شبکه ای براوه نیست. در یک شبکه ی براوه دو بعدی می توان از هر اتم در شبکه به وسیله ی بردار انتقالی که بر اساس دو بردار پایه شبکه تعریف می شود به هر اتم دیگری در شبکه دست یافت. ولی در مورد گرافیت هرچند تمام اتم ها کربن هستند اما یک سری از اتم ها دارای بازوهای پیوندی متفاوت با سری دیگر هستند.

اسلاید 6 :

در این شکل دو بردار پایه ی صفحه ی گرافیت و دو نوع کربن ‘a’ و ‘b’ نشان داده شده است. چهار همسایه اول برای اتم ‘a’ نیز نشان داده شده است.
شکل : 1-1

اسلاید 7 :

به سری اول اتم ها برچسب ‘ɑ ’ و به سری دوم برچسب ‘ b ’ را می زنیم. حال می توان با تعریف بردارهای پایه از هر اتم ‘ɑ ’ به اتم دیگر ‘ɑ ’ به وسیله ی بردارانتقال رفت. بردارهای پایه همان طور که نشان داده شده اند به صورت زیر تعریف می شوند. به عبارت دیگر اتم های نوع ‘ɑ ’ و یا اتم های نوع ‘b ’با هم دیگر در یک صفحه ی گرافیت تولید شبکه ی براوه ای با ثابت شبکه می کنند .

اسلاید 8 :

(1-1 الف)
(1- 1 ب)
در این روابط ثابت شبکه می باشد.

اسلاید 9 :

در این روابط ثابت شبکه می باشد. فضای وارون صفحه ی گرافیت به وسیله ی بردارهای پایه ای که نسبت به بردارهای پایه ی شبکه ی مستقیم آن تعریف شده .مشخص می شود
(الف) یاخته واحد شبکه مستقیم گرافیت. (ب) یاخته ویگنر – ساتیز شبکه وارون گرافیت.
شکل :(1- 2)

اسلاید 10 :

در این روابط و همان بردارهایی هستند که در دسته رابطه های (1-1) آوردیم و بردار پایه ای در راستای می باشد. در شکل (1-2) یاخته ی واحد شبکه مستقیم و یاخته واحد ویگنر – سایتز شبکه وارون گرافیت نشان داده شده است.
(1-2 الف)
(1- 2 ب)

اسلاید 11 :

ساختار هندسی نانولوله های کربنی
مشاهدات تجربی نشان داده اند که فاصله بین هر جداره از نانولوله های چند دیواره تقریباً برابر فاصله بین صفحات گرافیتی و برابر است.

اسلاید 12 :

اتم O را در شکل (1- 3) در نظر بگیرید. از این اتم به وسیله ی بردار که به صورت زیر تعریف می شود به اتم A می رسیم .
(1-3)

اسلاید 13 :

شکل 1-3در این شکل بردار هایی که تولید انواع نانولوله را می کنند نشان داده شده است. یاخته واحد یک نانولوله نیز نشان داده شده است (مستطیلی که با بردارهای و ساخته شده).

اسلاید 14 :

محیط این نانولوله دقیقاً برابر بردار است. چون نانولوله ها را می توان به وسیله ی بردار تولید کرد از این پس به این بردار نام ویژه ای را اختصاص می دهیم و آن را با نام بردار کایرال می شناسیم. این برداربوسیله ی دو مؤلفه ی مشخص می شود. تمام ساختارهای ممکن نانولوله های تک دیواره از بردارهای کایرال، درمحدوده قرار دارند و بردارهای پایه ی شبکه ی گرافین در فضای حقیقی اند.
m ≤ n

اسلاید 15 :

مقادیر n ,m چیرالیتی یا پیچش نانو لوله ها را مشخص می کند . چیرالیتی، بر روی هدایت نانولوله، چگالی آن، ساختار شبکه آن،و سایر خواصش تاثیر می گذارد. یک نانولوله در صورتی فلزی است که تفاضل n,m مضرب صحیحی از 3 باشد. در غیر این صورت نانولوله نیمه هادی است. در نتیجه وقتی نانولوله ها با مقادیر تصادفی n,m ساخته می شوند انتظار می رود که یک سوم آنها فلزی ودو سوم دیگر نیمه هادی باشد که همین طور هم هست.
بنابراین نانولوله هایی با بردارهای کایرال متفاوت، دارای خواص متفاوتند، نظیر هدایت الکتریکی، استقامت و استحکام مکانیکی و خواص نوری متفاوت.

اسلاید 16 :

سه گونه مختلف نانولوله را می توان بر اساس نحوه ی انتخاب مؤلفه های بردار کایرال تولید کرد. اگر در بردار کایرال مقدار باشد نانولوله ی حاصله را آرمیچر می نامند و اگر باشد نانولوله ی حاصله را زیگزاگ می نامند.
در بقیه ی حالت ها نانولوله را کایرال می نامند. در شکل (1-3) بردارهای زیگزاگ و آرمیچر نشان داده شده اند. اندازه ی بردار کایرال و قطر نانولوله از روابط زیر بدست می آیند.

(1-4)
(1-5)

اسلاید 17 :

شکل 1-4:(الف) نانولوله ی زیگزاگ
(ب) نانولوله ی آرمیچر
(ج) نانولوله ی کایرال

اسلاید 18 :

زاویه ی کایرال را به صورت زاویه ی بین محور زیگزاگ و بردار کایرال تعریف می کنند . در شکل(1-3) این زاویه با نماد نشان داده شده است. بابررسی بیشتر در این شکل می­توان رابطه­ی زیر را بدست آورد.
(1-6)
با توجه به مجموعه روابط (2-1) و (2-4) می­توان زاویه­ی کایرال را بر حسب اعداد مشخصه­ی به صورت زیر محاسبه کرد.
(1-7)
مقدار این زاویه در گستره ی زیر قرار خواهد گرفت.
(1-8)

اسلاید 20 :

بردار زیگزاگ کمترین زاویه یعنی صفر را دارد و بردار آرمیچر بیشترین زاویه را اتخاذ می کند. اگر در جهت محور نانولوله شروع به حرکت کنیم بعد از پیمودن مسافت به وضعیت مشابه هندسی خواهیم رسید. در واقع بردار انتقال همان بردار پایه ی شبکه ی یک بعدی نانولوله می باشد. این بردار را به لحاظ هندسی به این صورت تصور کنید که از نقطه ی O نشان داده شده در شکل (1-3) عمود بر بردار کایرال به اولین اتمی که از نوع اتم O باشد برداری رسم می کنیم این بردار همان بردار انتقال است در واقع در طول نانولوله اگر از هر نقطه به اندازه ی بردار انتقال جلو یا عقب برویم به موقعیت یکسان هندسی خواهیم رسید.
اما این بردار را می توان به صورت جبری نیز بر حسب اعداد مشخصه ی نیز بیان کرد. مؤلفه های این بردار را می توان بر حسب بردارهای پایه ی شبکه ی گرافیت به صورت زیر نوشت.

(1-9)