بررسي خواص گرافن آلاييده شده با عناصر گروه چهارم و اثر آن روي خواص ترشوندگي سطوح آب دوست به روش شبيه سازي ديناميك مولكولي

دكتري تخصصي

معمولا از روش آلاييدن براي بهبود خواص مواد مختلف استفاده مي شود. مطالعات تئوري در مورد گرافن نشان داده است كه آلاييدن گرافن باعث تغيير خواص الكتريكي گرافن به مقدار قابل ملاحظه و تبديل آن به فلز و يا نيمه هادي مي گردد. در اين رساله آلاييدن گرافن با عناصر چهارم جدول تناوبي شامل سيليسيم ، ژرمانيم و قلع به شكل محاسباتي مورد بررسي قرار گرفته است. براي نيل به اين هدف ، از تركيبي از روشهاي محاسباتي كوانتومي و همچنين روشهاي شبيه سازي استفاده شده است. از آنجايي كه عناصر گروه چهارم همانند كربن داراي چهار الكترون ظرفيت هستند. از اين رو انتظار مي رود آلاييدن گرافن با اين عناصر باعث تغيير در تعداد پيوندها و نوع هيبريداسيون نگردد. با وجود اين به علت بزرگتر بودن اين عناصر نسبت به كربن، موقعي كه اين عناصر جايگزين كربن در شبكه گرافن مي شود نيروي دافعه واندر والسي زيادي حاصل مي گردد. مطالعات انجام شده نشان داد كه براي كاهش اين دافعه واندروالسي، اتم آلاييده شده از شبكه مسطح گرافن خارج شده و در محل آلاييدگي، يك برجستگي هرمي شكل ايجاد مي شود. مقدار برجستگي يا به عبارت ديگر ارتفاع هرم تشكيل شده به اندازه اتم آلاييده بستگي داشته و با بزرگ شدن اندازه اتم ارتفاع هرم هم افزايش مي يابد. اگر يك بستر آب دوست با گرافن تك لايه پوشانده شود برهم كنش هاي آب دوستي بستر مي توانند از خلال شبكه گرافن عبور كرده و باعث كاهش خواص آب گريزي گرافن گردند. اگر بستر آب دوست به جاي گرافن با گرافن آلاييده شده با عناصر گروه چهارم از سمتي كه اين عناصر از صفحه خارج شده اند پوشانده شود در آن صورت اتم هاي كربن بطور مستقيم برروي اتم هاي بستر قرار نگرفته و بين آنها يك فاصله ايجاد مي شود. اين فاصله مي تواند باعث كاهش بركنشهاي هاي آب دوستي عبور كرده از درون گرافن شده و خواص آب گريزي را بهبود بخشد. در اين كار تحقيقاتي براي مطالعه اثر آلايندگي در گرافن بر روي خواص آب گريزي آن يك مدل تئوري توسعه داده شد و براي ارزيابي مدل توسعه داده شده از روش شبيه سازي ديناميك مولكولي برروي بستر هاي آب دوست مس و طلا كه با گرافن هاي آلاييده پوشانده شده بود استفاده گرديد. نتايج شبيه سازي نزديك به نتايج بدست آمده توسط مدل بود و نشان داد كه استفاده از گرافن هاي آلاييده با عناصر گروه چهارم مي تواند باعث افزايش خواص آب گريزي گردد.

195091

دانشگاه علم و صنعت ايران

شيمي فيزيك

دكتر بهشته سهرابي نظري