مقاله رایگان با موضوع پایان نامه و شیمیایی

دانلود پایان نامه
  • 1-9-5- در میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)
    همانند میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)، یک پرتوی الکترونی به نمونه می تابد. در نتیجه بعضی قسمت ها نظیر تفنگ الکترونی، عدسی های متمرکز کننده و سیستم خلآ، درهر دو دستگاه مشابه است. اما روش تشکیل تصویر و نحو بزرگنمایی کاملاً متفاوت است. علاوه بر این، TEM اصولاً برای مطالعه ساختار نمونه های حجیم در سطح یا نزدیکی سطح، استفاده می شود(توپولوژی). درک این نوع تصویر بسیار آسانتر از تصویر الکترون عبوری است. در این پایان نامه از این روش برای کارهای آزمایشگاهی استفاده شده است.
    1-10- گرافن(Graphene)
    صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن تشکیل می شوند. صفحات گرافن به عنوان یکی از آلوتروپهای کربن در یک شبکه شش وجهی(لانه زنبوری) با فاصله پیوند کربن-کربن در گرافن حدود 142/0 نانومتر است. صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن در شبکه های شش وجهی تشکیل می شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه می باشد. در این حالت اتم های کربن در وضعیتی قرار می گیرند که شبکه ای از شش ضلعی های منظم را ایجاد می کنند. البته این ایده آل ترین حالت یک صفحه ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه ای تغییر می کند که در آن پنج ضلعی ها و هفت ضلعی هایی نیز ایجاد می شود. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد(اوربیتال p عمود بر صفحه). این پیوند مکان مناسبی برای قرار گیری برخی گروه های عاملی و هم چنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن کووالانسی بوده و بسیار محکم است.
    بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آنهاست(برهم کنشهای – بین سطوح). این پیوند بسیار ضعیت است. بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند.
    در ابعاد نانومتر، چند پارامتر مهم وجود دارد که تأثیر بسیاری بر خواص مواد می گذارد. ازجمله پارامترهای مهم اندازه و شکل فیزیکی نانو مواد و نحوه پیوندهای بین اتمی میان آنها می باشد.
    در مورد نانو لوله های کربنی، پارامترهایی مانند طول، قطر، نحوه ی چینش اتم ها در ساختار نانو لوله، تعداد دیواره ها، نقص های ساختاری و گروه های عاملی موجود بر روی نانو لوله، از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که در تعیین خواص آنها نقش دارند. یک نانو لوله، همانطور که از نامش بر می آید، یک استوانه ی تو خالی با قطری در حد نانو متر است. طول هر نانو لوله می تواند از چند نانومتر تا چند میکرو متر باشد. اگر یک نانو لوله‌ی تک دیواره را در نظر بگیریم، با برش دادن دیواره ی آن در راستای طول نانو لوله، یک صفحه از اتم های کربن به نام گرافن به دست می آید. شکل(1-3)[18].
    شکل(1-3) برش دادن دیواره‏ی نانولوله های کربنی در راستای طول نانولوله[19].
    گرافن ورقه ای دو بعدی(2D) از اتم های کربن می باشد که اتم ها با هیبرید sp2 به هم متصل شده اند[23،20].گرافن جدیدترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد، که شامل فولرن به عنوان نانو ماده ی صفر بعدی(0D)، نانو لوله های کربنی به عنوان نانو مادهی یک بعدی(1D) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی(3D) می باشد.شکل(1-4)]24،23].
    شکل(1-4) ساختار اتمی صفحه گرافن در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند[18].
    گرافن تک لایه، ساختار زیر بنایی برای ساخت ساختارهای کربنی می باشد که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده های سه بعدی گرافیت را تشکیل می دهند. بر همکنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصله بین صفحه ای 335/0 نانو متر می باشد. شکل(1-5) اگر تک لایه گرافنی حول محوری لوله شود، نانو لوله کربنی شبه یک بعدی و اگر به صورت کروی پیچانده شود فلورن شبه صفر بعدی را شکل می دهد(شکل1-5)]25[.
    شکل(1-5) فرمهای مختلف کربن گرافیتی[26].
    در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال از نوع p در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه های عاملی و همچنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن در صفحه کووالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار می رود که نانو لوله های کربنی نیز استحکام زیادی داشته باشند. گرافیت نیز که یک ماده پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار گرفتن لایه های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می شود. همانطور که می دانیم، گرافیت بسیار نرم است. آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آنهاست. از آنجا که این پیوندها نسبت به پیوندهای کوالانسی بسیار ضعیف می باشند بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گرافیت(نوک مواد سیاه) نرم است]18[. لایه های گرافن از 3 تا 10 لایه را به نام گرافن کم لایه) (Few Layer Graphene و بین 10 تا 30 لایه را به نام گرافن چند لایه، گرافن ضخیمThick) (Graphene و یا نانو بلورهای نازک گرافینی می نامند]28،27[. خصوصیت بارز این لایه ها این است که از فضای بین آنها بعنوان trap استفاده می شود(شکل1-6).
    شکل(1-6) ترکیبات بین لایه ای گرافیت(graphite intercalation compounds)[29].
    همانطور که قبلاً گفته شد گرافن تک لایه به عنوان یک ورقه دو بعدی از اتم های کربن که به صورت شبکه ای شش ضلعی کنار هم قرار گرفته اند تعریف شده است[30] گرافن دارای هیبرید sp2 می باشد و اتم های کربن سه پیوند قوی کووالانسی() در صفحه تشکیل می دهد که ساختار شش ضلعی را تشکیل می دهند و همچنین دارای یک اوربیتال عمود بر صفحه می باشند که تشکیل پیوندهای خارج از صفحه را می‌دهند. این پیوندها می توانند بر همکنشی بین لایه های مختلف گرافن را در گرافن چند لایه کنترل کنند[30].
    1-11- کاربردهای گرافن
    انواع مختلف گرافن شامل یک لایه، دو لایه، چند لایه، دارای کاربردهای بالقوه در زمینه های مختلف می باشند الکترون ها در گرافن نسبتاً آزادانه حرکت می کنند. همچنین گرافن می‌تواند به یک تک مولکول گاز واکنش نشان بدهد و در نتیجه برای ساخت ماده ردیاب در حسگرها از جذابیت زیادی برخودار است[31]. بنابراین گرافن می توانند کاربردهای مختلفی داشته باشد[32].
    1-12- ساختار الکترونی گرافن
    ساختار الکترونی گرافن بدین صورت است که در سطح آن اتم های کربن دارای اوربیتال هیبریدی sp2 بوده و با سه اتم مجاور پیوند محکم کووالانسی یگانه برقرار می کند. اما الکترون چهارم باقیمانده دارای اوربیتال های عمود بر سطح بوده که بالا به پائین سطح دو لپ داشته و هیبریداسیون این بخش های فضایی از تمامی سطح گرافین عبور می کنند[33].
    وقتی که به شکل گرافن نگاه می کنیم در می یابیم که گرافن با ساختاری مثل قفس سیمی، بلوک سازنده ی همه موارد گرافیتی و در واقع همه‌ی ساختارهای کربنی در مقیاس نانو است(شکل1-6).
    گرافیت، فولرین و نانو لوله ها در نظم ساختار اولیه کاملاً مشابه گرافن هستند. شرایط مرزی گرافن براساس نظم کربن ها در لبه به صورت زیکزاگ، آرمیچیر و زیگزاگ-آرمچیرمشخص می شود.
    شکل(1-6) ساختارهای گرافیتی کربن[34].
    این نوشته در مقالات و پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.