بررسی تأثیر آلایش co و ge در خواص ساختاری، الکترونی، مغناطیسی و جذب هیدروژن در نانولوله های کربنی زیگزاگ و دسته صندلی باریک
چکیده
با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی اثر کایرالیتی و قطر بر خواص الکترونی، ساختاری و مغناطیسی نانولوله¬های کربنی تک دیواره خالص(swcnts) و آلاییده با اتم کبالت و ژرمانیوم مورد بررسی قرار گرفت. در حضور ناخالصی، خواص الکترونی نانولوله¬های فلزی پس از آلایش تغییر چندانی نمی¬کنند در حالی که گاف انرژی در نانولوله نیمه هادی حذف و نانولوله خواص فلزی نشان می¬دهد. نانولوله های آلاییده دارای مغناطش می¬باشند که اندازه ممان مغناطیسی بستگی به شعاع و کایرالیتی نانولوله¬ها و مکان¬های جذب ناخالصی دارد. وقوع فرومغناطیس در غیاب اتم فلز واسطه در نانولوله¬های آلاییده با اتم ژرمانیم به طور عمده از اربیتالp اتم ژرمانیوم و تا حدی از اربیتال p اتم کربن ناشی می¬شود. خواص ساختاری، الکترونی و انرژی¬های پیوند swcnts هیدروژن¬نشانی شده خالص و آلاییده با اتم¬های ژرمانیوم و کبالت نیز به صورت سیستماتیک مطالعه شد. نتایج نشان می¬دهند که در هیدروژن نشانی با پوشش کامل و نیم هنگامی که اتم ناخالصی در داخلی نانولوله قرار دارد ماهیت جذب بستگی به شعاع نانولوله¬ها دارد ولی ثبات سیستم¬های هیدروژن نشانی شده هنگامی که ناخالصی درخارج نانولوله قرار دارد بحث بر انگیز است. در آلایش در خارج از نانولوله اتم¬های ناخالصی می¬توانند به عنوان جاذب اضافی عمل کرده و بنابراین میزان کل جذب هیدروژن را افزایش دهند. به طور کلی جذب با میزان پوشش کامل موجب کاهش انرژی پیوند نسبت به نانولوله¬های خالص هیدروژن نشانی شده می¬شود. جذب فیزیکی مولکولی هیدروژن در داخل و خارجی نانولوله¬های باریک، نقطه¬ی تعادلی و میزان انرژی بستگی یک تک مولکول به عنوان تابعی از نوع نانولوله، شعاع نانولوله و وضعیت قرارگیری مولکول هیدروژن نسبت به نانولوله نیز مورد مطالعه قرار گرفت. محاسبات نشان می¬دهد که میزان انرژی بستگی در مورد جذب داخلی حدود دو برابر بیشتر از جذب خارجی است. شبیه سازی جذب فیزیکی مولکول هیدروژن در نانولوله های کربنی چند دیواره خالص در دمای اتاق با استفاده از روش دینامیک مولکولی نشان می¬دهد که نانولوله¬های چند دیواره در مجموع درصد وزنی جذب کمتری نسبت به نانولوله-های تک دیواره دارند، بنابراین نانولوله¬های تک دیواره سیستم¬های مناسب¬تری برای ذخیره سازی هیدروژن به نظر می¬رسند.