بررسی نانوساختارهای کربنی

شیمی
دانلود پایان نامه مهندسی شیمی بررسی نانوساختارهای کربنی چکیده: ترکیبات کربنی (ترکیبات آلی) گستردگی زیادی داشته و از اهمیت بسزایی برخوردارند. ترکیبات آلی در دو گروه آلیفاتیک و آروماتیک قرار می گیرند. این ترکیبات می توانند زنجیره ای، حلقوی و یا دربرگیرنده ساختارهای سه بعدی باشند. کربن می تواند هیبرید های متنوع را در این ترکیبات دارا باشد. خصوصیات متنوع (نانو) ساختارهای کربنی مستقیما با هیبرید اتم های کربن مرتبط است. به جز کربن و هیدروژن، اتم هایی همچون اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، هالوژن ها و ... نیز در ساختار ترکیبات آلی مشارکت می کنند. گروه های عاملی بخش هایی از مولکول آلی با آرایش اتمی مشخص اند که ویژگی ها و واکنش پذیری ترکیب را رقم می زنند.این پایان نامه که از 6 گفتار تشکیل شده است به بررسی نانوساختارهای کربنی بصورت کامل میپردازد. کلمات کلیدی: گرافن ترکیبات آلی ترکیبات کربنی صورتهای کربن نانوفیبرهای کربنی مقدمه: کربن (C) را می توان یک عنصر استثنائی در جدول تناوبی دانست. شیمی گسترده ترکیبات کربنی تا به آن حد است که یکی از گرایش های رشته شیمی با عنوان شیمی آلی (Organic Chemistry) به طور کامل به بررسی ترکیبات این عنصر از جدول تناوبی می پردازد. پیوند کوالانسی هر اتم کربن با انواع دیگر اتم ها یا اتم های کربن دیگر، ساختارهای نامحدود و بسیار متنوع را ایجاد می نماید. از جهت دیگر بسیاری از ترکیباتی که در طبیعت طی روش های طبیعی سنتز ساخته می شوند نیز از خانواده ترکیبات آلی (کربنی) اند. گستره وسیعی از ترکیبات شامل ترکیبات متنوع نفتی تا مواد دارویی و بسپارهای آلی (Polymers) زیر مجموعه ترکیبات کربن قرار می گیرند. در نانوفناوری نیز، ترکیبات کربنی دسته مهم و مشخصی را به خود اختصاص می دهند که با عنوان نانوساختارهای کربنی (Carbon Nanostructures) خوانده می شوند. نانوساختارهای کربنی خصوصیات فیزیکی-شیمیایی منحصر به فردی از خود نشان می دهند و نقش گسترده ای در زمینه فناوری های نوین و پیشرفته دارند. مطالعه شیمی پایه ترکیبات کربنی (شیمی آلی) می تواند راهگشای درک بسیاری از خصوصیات نانوساختارهای کربنی و همچنین اصلاح (Modification) ساختاری آنان باشد. فهرست مطالب گفتار1 :شیمی ترکیبات کربن 1 1- مقدمه 1 شکل 1- اوربیتال های مولکولی هیبریدی اتم های کربن در آلکان (sp3)، آلکن (sp2) و آلکین (sp) 3 شکل 2 - ساختار صفحات گرافیتی، 4 شکل 3 - حدواسط های کربنی واکنش پذیر 5 شکل 5- برخی ترکیبات آلیفاتیک حلقوی 7 شکل 6- برخی ترکیبات هتروسیکل آروماتیک 7 شکل 7- تعدادی از گروه های عاملی مهم 9 گفتار 2 :معرفی انواع صورت‌های کربن (1) 10 1- مقدمه: انواع گونه های کربن 10 شکل 1- انواع فرم های کربنی،A) فولرن)، B) نانولوله های کربنی، C) گرافن و D) گرافیت. 11 2-1-گرافیت 11 3-1- گرافیت پیرولیتی با نظم بسیار بالا 12 شکل 2-ساختار HOPEG و [3] 13 4-1- الماس (Diamond) 13 شکل 3- ساختار الماس ایده آل [2]. 14 1-4-1- الماس واره(Diamondoid) 14 شکل 5- مدل شماتیک برای ترکیبات بین لایه ای گرافیت [2]. 16 شکل 6- ملکول C60 نشان می دهد باندهای یگانه (a5) و دوگانه (a6) و [2]. 17 نانوالیاف کربنی (Carbon Nano-Fibers-CNFs) 18 گفتار 3 :معرفی انواع صورت‌های کربن (2) 24 1-1- کربن آمورف (Amorphous Carbon) 24 شکل 1- مدل Jenkins-Kawamura کربن شیشه ای. La و Lb طول های ابعاد افقی و عمودی گرافیتی نسبت به محور c گرافیت [1]. 26 شکل 2- وابستگی دمایی هدایت الکتریکی نمونه های کربن شیشه ای گرما دیده در دماهای مختلف [5]. 27 1-3 کربن سیاه (Carbon black) 27 شکل 3- عکس و تصویر میکروسکوپ نوری از کربن سیاه 29 5-1- کربن فعال شده (Activated carbon) 30 1-1-5-1- فرایند فعال سازی حرارتی 30 شکل 5- فرایند فعال سازی حرارتی برای تولید کربن فعال شده 31 6-1- کربن مایع (Liquid carbon) 32 گفتار 4 :گرافن پایه ساختارهای مهم کربنی (1) 33 1- مقدمه: ساختارهای کربنی 34 شکل 1- برش دادن دیواره‏ی نانولوله های کربنی در راستای طول نانولوله [2]. 35 2 – گرافن 35 شکل 2- فرمهای مختلف کربن گرافیتی [10]. 36 شکل 3- ساختار اتمی صفحه گرافن: در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند [1]. 37 3 - تاریخچه ی کشف گرافن 37 شکل 4- ترکیبات بین لایه ای گرافیت (graphite intercalation compounds) و [16]. 38 شکل 5-الف) سوسپانسیون ساخته شده به وسیله ی برودی و ب) تصویر از تکه ی خیلی نازکی از گرافیت اکسید کاهش یافته در سال 1962 [20]. 39 شکل 6- الف) نانومداد (Nanopencil) ب) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از گرافن ضخیم [8]. 41 شکل 7- الف) یک کلوخه از گرافیت، ب) چسب و ج) یک ترانزیستور گرافن [9]. 41 گفتار 5:گرافن پایه ساختارهای مهم کربنی (2) 45 1- مقدمه: روش های ساخت انواع مختلف گرافن 45 - خصوصیات گرافن 47 تعیین خصوصیات گرافن 49 4- کاربردهای گرافن 51 شکل 2- کاربردهای مختلف گرافن [42،41] 53 گفتار 6 :معرفی نانوفیبرهای کربنی 58 1- مقدمه 58 شکل 1- ساختار کربن نانوفیبرهای نوع ( CSNF =Cup-stacked Carbon Nanofiber) و[2]. 59 2-تاریخچه 59 3- روش های سنتز 60 شکل 2 - تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نانوفیبر کربنی[6] . 60 شکل 3- مقاومت الکتریکی حجمی یک کامپوزیت ساخته شده از نانوفیبر کربنی به عنوان تابعی از وزن نانوفیبر استفاده شده [15]. 63 شکل 4- مروری بر خواص مکانیکی مواد کامپوزیت مبتنی بر نانوفیبر کربنی[15]. 64 منابـــــع : 64