مطالعه ي اثر آلايش عناصر B،N، P، S و فلزات واسطه بر ظرفيت كوانتومي ابرخازن‌هاي برپايه ي نانولوله ي كربني (6 و 6) و (16 و 16) به روش محاسبات مكانيك كوانتومي

كارشناسي ارشد

چكيده ابرخازن‌ها دسته نسبتاً جديدي از وسيله‌هاي ذخيره انرژي الكتريكي محسوب مي‌شود. اين وسيله‌ها داراي مزاياي فراواني همچون، توان ويژه بالا، طول عمر چرخه‌اي زياد، عملكرد در گستره¬ي دمايي وسيع و .... هستند. در مقابل انرژي ويژه آن‌ها نسبت به باتري‌ها كمتر مي‌باشد. در همين راستا تحقيقات گسترده‌اي در حوزه¬يابرخازن‌ها، در جهت افزايش ظرفيت ويژه ابرخازن‌ها صورت مي‌پذيرد. يكي از مواد كربني براي ساخت الكترود ابرخازن‌ها، نانولوله‌هاي كربني هستند؛كه به‌دليل داشتن ظرفيت ابرخازني بالاتر نسبت به الكترودهاي ديگر برپايه¬ي كربن، بيش‌تر مورد توجه قرار گرفته‌اند. ظرفيت كل ابرخازن‌هاينانولوله¬ي كربني به ظرفيت الكترود يا همان ظرفيت كوانتومي (CQ) و ظرفيت لايه¬ي دوگانه¬ي الكتريكي (CEDL) كه بصورت سري در كنار يكديگر قرار گرفته‌اند، بستگي دارد. كم بودن ظرفيت كوانتومينانولوله‌هاي كربني عامل محدود كننده در استفاده از ابرخازن‌ها بشمار مي‌رود؛ دليل اين محدوديت كم بودن تعداد حالت‌هاي در دسترس اطراف سطح فرمي گزارش شده است. جهت افزايش ظرفيت كوانتومي، بايد ساختار الكتروني را به نفع افزايش تعداد حالت‌هاي در دسترس در اطراف سطح فرمي، تغيير داد. تغيير ساختار الكتروني را مي‌توان با استفاده ازوارد كردن آلايش، ايجاد نقص و عامل دار كردننانو لوله كربني، ايجاد كرد. در اين پايان‌نامه، با استفاده از محاسبات DFT به بررسي تغييرات ظرفيت كوانتومي الكترودهاي براساس نانولوله¬ي كربني آلايش يافته با بور، نيتروژن، فسفر، گوگرد و فلزات واسطه پرداخته شده است. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه آلايش نانولوله¬ي كربني با هترواتم‌هاي ذكر شده بدليل تغييراتي كه در ساختار الكتروني ايجاد مي‌كنند، باعث بهبود ظرفيت كوانتومي از طريق ايجاد حالت‌هاي الكتروني جديد در اطراف سطح فرمي مي‌شوند. واژه‌هايكليدي:ابرخازن، ظرفيت كوانتومي، DFT، آلايش، سطح فرمي

198958

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر محمد صفي رحماني فر

شيمي فيزيك

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل