1-14- کاربردهای نانولوله‌های کربنی……………………………………………………………….16
1-14-1-کابل های برق………………………………………………………………………………..16
1-14-2- حسگرها…………………………………………………………………………………….16
1-14-3-پزشکی……………………………………………………………………………………..17
1-14-4-حافظه­ های ­نانولوله ­ای…………………………………………………………………..17
1-14-5- دیگر کاربردها………………………………………………………………………………..17
فصل دوم مقدمه ای بر شیمی محاسبات
2-1- شیمی محاسباتی……………………………………………………………………………19
2-2- شیمی محاسباتی شامل روشهای مختلف ریاضی در دو مدل تقسیم بندی می شود..19
2-2-1- مدل مکانیک مولکولی……………………………………………………………………..19
2-2-2- مدل مکانیک کوانتومی……………………………………………………………………..20
2-3- تئوری ساختار الکترونی………………………………………………………………………21
2-3-1- روش‌های نیمه تجربی……………………………………………………………………21
2-3-2- روش‌های آغازین (Ab initio)…………………………………………………………21
2-3-3- روشهایی بر پایه نظریه تابعیت چگالی(DFT)………………………………………..21
2-4- مجموعه پایه………………………………………………………………………………….21
2-5- تئوری تابعیت چگالی(DFT)………………………………………………………………….22
2-5-1- قضیه هوهنبرگ – کوهن…………………………………………………………………23
2-5-2- نظریه کوهن – شم………………………………………………………………………..25
2-5-2- تابعیت­های تبادل – همبستگی…………………………………………………………..26
2-6- تقریب های مورد استفاده در محاسباتDFT…………………………………………..
2-6-1- تقریب دانسیته محلی(LDA)……………………………………………………………27
2-6-2- تقریب شیب تعمیم یافته (GGA)……………………………………………………….29
2-6-3- روش پیوستگی آدیاباتیک (ACM)………………………………………………………..30
2-7- پتانسیل مؤثر هسته (ECP)…………………………………………………………………32
فصل سوم اشکال و جداول
3-1- اهمیت نانو لوله های کربنی (CNT)………………………………………………………..35
3-2- برنامه های محاسباتی مورد استفاده…………………………………………………….35
3-3- جزئیات محاسباتی……………………………………………………………………………36
3-4- شکل ساختارهای بهینه شده کمپلکس ها………………………………………………36
3-5- جداول…………………………………………………………………………………………45
فصل چهارم نتایج و بحث
4-1- بررسی نتایج بدست آمده برای کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]……………………………..60
4-1-1- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش کمپلکس[CNT-Ln(H2O)n] ………………..60
4-1-2- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]   ………………………………….62
4-1-3- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]………….66
4-1-4- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]………………68
4-2- بررسی نتایج کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]……………………………………………………..70
4-2-1- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش برای کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]…………….70
4-2-2- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس [ CNT-Ln(H2)n]…………………………………..72
4-2-3- نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]………………………..75
4-2-4- نتایج آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]………………………………………………76
4-3- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در نانولوله های BC3, BC2N…………………………..
4-3-1- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC3…………………..
4-3-2- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC2N……………….
4-4- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………..84
4-5- پیشنهادات………………………………………………………………………………………84
منابع…………………………………………………………………………………………………..85
چکیده:
در این پایان نامه، به بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله­های کربنی(CNT) و نانولوله­های BC3،BC2N پرداخته شده است. همچنین اثر کاتیونهای لانتانیدی (La3+,Eu3+,Lu3+) دکره شده در فرآیند جذب H2O و H2در کمپلکس­های [CNT-Ln(H2O)n] و
[CNT-Ln(H2)n] بررسی گردیده است. محاسبات شیمی کوانتومی در سطح نظریه تابعیت چگالی، برای این کمپلکس­ها با استفاده از روش محاسباتی B3LYP و از مجموعه پایه ECP/7s 6p 5d برای اتمهای لانتانیدی و هم چنین از مجموعه پایه 6-31G* برای سایر اتم­ها انجام شده است. انرژی برهمکنش، آنالیز اتم­ها در مولکولها(AIM) و آنالیز اوربیتال­های طبیعی پیوندی (NBO) در کمپلکس­های [CNT-Ln(H2O)n] و [CNT-Ln(H2)n] مطالعه شده­اند. با جایگزین کردن کاتیون لانتانیوم در کمپلکسهای [BC3-La] و [BC2N-La] نتایج محاسبات نشان داد که شکاف انرژی نسبت به نانولوله اولیه تغییر یافته و به ترتیب باعث کاهش و افزایش رسانایی در این کمپلکس­ها شده است.
فصل اول: نانولوله های کربنی
1-1- مقدمه
شیمی­فیزیک[1] دانشی از علم شیمی است که به بررسی ماهیت شیمیایی سیستم های شیمیایی، از نظر اصول و قوانین نظری فیزیکی می­پردازد. در واقع شیمی فیزیک رابطه میان دو علم شیمی و فیزیک را برقرار می­کند و به دانش فیزیک بسیار نزدیک است. رشته­هایی مانند نانو شیمی، شیمی سطح، شیمی کوانتوم، طیف سنجی مولکولی، ترمودینامیک، شیمی هسته­ای همه بیانگر ارتباط شیمی فیزیک به دانش فیزیک است ]1[.
2-1- نانو چیست؟
قرن بیست و یکم قرن فناوری نانو، پدیده ای بزرگ است که در تمامی گرایش­های علمی راه یافته است. فناوری نانو از کلمه یونانی به معنی “کوتوله” سرچشمه گرفته است. نانو فقط یک مقیاس است، یک میلیاردم یک متر و یا حدود یک صد هزارم ضخامت تار موی انسان است.
در بعد نانو خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اتم ها، مولکول ها با خصوصیات توده ماده فرق دارد و همین مشخصات باعث پیدایش دستاوردهای جدیدی در علوم پزشکی و مهندسی شده است ]2[.