چکیده

در این تحقیق ،به منظور بررسی رفتار جذبی هیدروژن و نیتروزن خالص آن ها بر روی نانولوله های سیلیکون کربیداز روش های محاسباتی اصول اولیه و شبیه سازی مونت کارلو استفاده شد.مقادیر لنارد جونز ( ) بدست آمده از محاسبات اصول اولیه ، به عنوان ورودی برنامه شبیه سازی مونت کارلو مورد استفاده قرار گرفت . هدف اصلی تحقیق ، بررسی اثرات دمایی ،فشار ، بر روی میزان جذب  گاز هیدروژن در حالت خالص بر روی نانولوله سیلیکون کربید و همچنین اثر کسرمولی هیدروژن در حالت مخلوط با نیتروژن  در جذب  و همچنین بررسی اثر نیتروژن بر میزان جذب هیدروژن در مخلوط و انتخاب پذیری نانو لوله سیلیکون کربید برای جدا سازی این دو گاز می باشد.

نتایج ، کاهش جذب هیدروژن در مقابل نیتروژن را نشان داده که گویا اثر نیتروژن بر کاهش جذب هیدروژن می باشد.

برای اعتبار بخشیدن به نتایج خود ، محاسبات مشابهی بر روی نانو لوله سیلیکونی و نانو لوله کربنی با همان قطر تحت شرایط مشابه ترمودینامیکی صورت گرفت.

نتایج حاصل ، بیشتر بودن جذب گاز هیدروژن و نیتروژن را بر روی نانولوله های سیلیکونی نسبت به سیلیکون کربید نشان دادند.علت این امر وابسته به ماهیت سیلیکون می باشدکه در لایه خارجی خود دارای ابر الکترونی چگالتر نسبت به کربن می باشد که موجبات بر هم کنش قویتر گاز با سیلیکون را فراهم می کند . در سیلیک.ن کربید نصف موقعیت های ساختار را کربن اشغال کرده است. اما جذب این گازها بر روی نانولوله کربنی کمتر از نانو لوله سیلیکونی و سیلیکون کربیداست.

 

واژه های کلیدی: محاسبات تابعیت چگالی ، محاسبات شبیه سازی مونت کارلو ، جذب گاز هیدروژن ، مقادیر پتانسیل

فهرست مطالب

فصل اول مقدمه  1

1-1 نانوتکنولوژی فناوری نوین   2

  • تاریخچه نانو تکنولوژی 2
  • تعریف نانو تکنولوژی 2

1-2 مزایای نانو تکنولوژی   5

1-3  معایب نانو تکنولوژی      5

فصل دوم :مروری بر منابع    6

2-1 مقدمه    7

2-2 مروری بر گاز هیدروژن  7

2-3 انواع نانولوله ها و ذخیره سازی گاز هیدروژن بر روی آن ها   10

2-3-1 نانولوله های کربنی    10

2-3-2 نانولوله های نیتریدبور    12

2-3-3 نانولوله های سیلیکون کربید    13

2-3-4 نانولوله های سیلیکونی     17

2-4جذب هیدروژن بر روی سیلیکون کربید     19

2-5 مروری بر نیتروژن و ذخیره سازی نیتروژن    20

فصل سوم : روش های محاسباتی    22

3-1 روش های مدل سازی کامپیوتری    23

3-1-1 مکانیک مولکولی    23

3-1-2 مکانیک کوانتومی    24

3-1-3  مجموعه های پایه    30

3-2 نرم افزار های مورد استفاده مربوط به این بخش     33

3-3 محاسبات شبیه سازی مولکولی    33

3-3-1 شبیه سازی های دینامیک مولکولی    34

3-3-2 شبیه سازی های مونت کارلو     36

3-4 برنامه مورد استفاده مربوط به این بخش     45

فصل چهار: نتایج و تفسیر آن ها    46

4-1 مقدمه    47

4-2 روش های محاسباتی     48

4-2-1 محاسبات اصول اولیه      49

4-2-2 بهینه سازی ساختار نانولوله     49

4-2-3 شبیه سازی  مونت کارلو     49

4-2-4 بررسی رفتار جذبی گازهای هیدروژن و نیتروژن     51

4-2-5 جداسازی مخلوط گازهای  هیدروژن و نیتروژن  در شرایط مختلف دما و فشار با استفاده از نانولوله سیلیکون کربید     64

فصل پنجم : جمع بندی و پیشنهاد ها     66

5-1 مقدمه    67

5-1-1 جمع بندی    67

5-1-2 پیشنهاد ها     69

مراجع

فهرست اشکال

شکل 2-1 انواع آرایش های اتمی و سایت های جذبی الف(نوع 1)،ب(نوع2)و ج(نوع3)نانوتیوپ کربیدسیلیکون    15

شکل2-2 الف نانولوله های سیلیکونی با هیبراسیون :ساختار سیلیسید(si-)ساختاری با اتم های Siاشباع شده با هیدروژن به صورت یک در میان داخل و خارج نانولوله (SiH-io)ساختاری با سطح خارجی اشباع شده با اتم های هیدروژن(SiH-sf) ب نانولوله های سیلیکونی با هیبریداسیون             18

شکل 2-3 منحنی انرژی پتانسیل یک مولکول هیدروژن که بطور عمودی به سمت وسط هگزاگونال دیواره ی بیرونی نانولوله سیلیکونی (9و9)و نانولوله کربنی (11و11)نزدیک شده است.      19

شکل 2-4 تصویر لحظه ای GCMCاز جعبه شبیه سازی نانولوله سیلیکون کربیدو نانولوله کربنی در دمای 175K ودر فشار های 10و5و1 مگاپاسکال    20

شکل 3-1 شرایط مرزی متناوب در دوبعد    45

شکل 4-1 تغییرات جذبی گاز هیدروژن برروی  نانولوله سیلیکون کربیدو سیلیکونی و کربنی در دمای ثابت 300 درجه کلوین بر حسب فشار گاز     52

شکل 4-2 تغییرات دانسیته حجمی در جذب هیدروژن بر روی سه نوع نانولوله در دمای 300 درجه کلوین بر حسب فشار      52

شکل 4-3 تغییرات جذبی گاز نیتروژن  بر روی نانولوله سیلیکون کربیدو سیلیکونی و کربنی در دمای ثابت 300 درجه کلوین بر حسب فشار گاز       53

شکل 4-4  تغییرات دانسیته حجمی در جذب نیتروژن بر روی سه نوع نانولوله در دمای 300 درجه کلوین بر حسب فشار      54

شکل 4-5 جذب هیدروژن بر روی نانولوله سیلیکون کربیدبر حسب فاصله از سطح نانولوله    54

شکل 4-6 تعداد مولکولهای هیدروژن و نیتروژن در روی نانو لوله سیلیکون کربید(6و6)در دمای 300 درجه کلوین بر حسب فشار    55

شکل 4-7 منحنی جذب هیدروژن در مخلوط با نیتروژن در کسر ملی های مختلف بر حسب فشار در یک دمای ثابت 300 درجه کلوین و مقایسه با جذب هیدروژن خالص   56

شکل 4-8  تغییرات دانسیته حجمی در جذب هیدروژن در مخلوط با هیدروژن  در کسر مولی مختلف در یک دمای ثابت 300درجه کلوین بر حسب فشار    57

شکل 4-9 تعداد مولکول های هیدروژن در مخلوط با نیتروژن در کسر مولی مختلف در یک دمای ثابت 300درجه کلوین بر حسب فشار      57

شکل 4-10 جذب گاز هیدروژن خالص بر روی نانولوله سیلیکون کربید(6و6)در دماهای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار     58

شکل 4-11 منحنی دانسیته حجمی در جذب هیدروژن بر روی نانولوله سیلیکون کربید (6و6)در دماهای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار      59

شکل 4-12 تعداد مولکول هادر جذب هیدروژن خالص بر روی نانولوله سیلیکون کربید(6و6)در دماهای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار    59

شکل 4-13 جذب هیدروژن در مخلوط با نیتروژن در کسر مولی 3/0در سه دمای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار      60

شکل 4-14 جذب هیدروژن در مخلوط با نیتروژن در کسر مولی 5/0در سه دمای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار       61

شکل 4-15 جذب هیدروژن در مخلوط با نیتروژن در کسر مولی 7/0در سه دمای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار      62

شکل 4-16 سلکتیویته نانولوله سیلیکون کربیددر جذب هیدروژن با مخلوط نیتروژن در کسر مولی 3/0در سه دمای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار      63

شکل 4-17 سلکتیویته نانولوله سیلیکون کربیددر جذب هیدروژن با مخلوط نیتروژن در کسر مولی 5/0در سه دمای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار      64

شکل 4-18 سلکتیویته نانولوله سیلیکون کربیددر جذب هیدروژن با مخلوط نیتروژن در کسر مولی 7/0در سه دمای 200و250و300درجه کلوین بر حسب فشار      64

 

فهرست جداول

جدول 4-1 مقادیر پتانسیل لنارد- جونز هیدروژن نیتروژن     50

 


مقطع : کارشناسی ارشد

دانلود بخشی از بررسی جذب گاز هيدروژن بر روی نانو لوله های سيليكون كربيد با استفاده از تكنيک شبيه سازی مونت كارلو

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید