مهندسی شیمی

داملود پایان نامه ارشد : بررسی اثرات استخلاف آلکیل بر خواص ساختاری و الکترونی پلی تیوفن با بهره گرفتن از روش های آغازین و نظریه تابع چگالی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی

عنوان : بررسی اثرات استخلاف آلکیل بر خواص ساختاری و الکترونی پلی تیوفن با بهره گرفتن از روش های آغازین و نظریه تابع چگالی

دانشگاه صنعتی شاهرود

پایان­ نامه کارشناسی ارشد

دانشکده شیمی

گروه شیمی فیزیک

 

بررسی اثرات استخلاف آلکیل بر خواص ساختاری و الکترونی پلی­تیوفن با بهره گرفتن از روش­های آغازین و نظریه تابع چگالی

استاد راهنما:

دکتر حسین نیکوفرد

 

استاد مشاور:

دکتر زهرا کلانتر

 

پایان نامه ارشد جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

شهریور 1389

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

 

امروزه پلیمر­ها با قابلیت­های فراوان و کاربرد گسترده­ای که دارند بسیاری از جنبه­ های زندگی ما را پوشش داده­اند. یك دسته از این مواد، پلیمر­های رسانا هستند. در دهه­های اخیر تحقیقات وسیعی در کشف قابلیت­های جدید این پلیمر­ها، بهینه کردن خواص و کاربرد­های نوین آن­ها صورت گرفته است. در این پایان نامه به پلی­تیوفن که یکی از پلیمر­های رسانا­ست توجه کرده­ایم و اثرات استخلاف آلکیل بر خواص ساختاری و الکترونی این پلیمر بررسی شده است. بررسی­های خود را با بهره گرفتن از روش­های آغازین و نظریه تابعی چگالی انجام داده­ایم. ساختار كلیه مونومر­ها و الیگومر­های مورد مطالعه توسط مجموعه پایه   6 -31G** بهینه گردید. نتایج محاسبات روی مونومر­ها نشان داده است که با اتصال آلکیل به تیوفن، طول پیوند­ها تغییر می­ کند اما با افزایش طول استخلاف آلکیل تغییری در هندسه مولکول ایجاد نمی­شود. همچنین در اثر استخلاف تساوی بار در موقعیت­های α و ´α و همچنین β و ´β حلقه مونومر از بین می­رود و چگالی بار در موقعیت­های نزدیک به استخلاف کاهش و در موقعیت­های دورتر افزایش می­یابد. بررسی شکاف انرژی در مونومر­ها نشان داده است که با اتصال گروه آلکیل به تیوفن، شکاف انرژی کوچک می­شود و با افزایش طول استخلاف این شکاف کوچک­تر می­شود اما برای آلکیل­های بزرگ­تر از پروپیل تغییر چندانی در شکاف انرژی به وجود نمی­آید. لذا استخلاف­های متیل، اتیل و پروپیل برای بررسی الیگومر­ها انتخاب شده ­اند. ما با مطالعاتی که روی ساختار  الیگومرهای 3- آلکیل تیوفن انجام داده­ایم، پیکربندی HT – HT را برای محاسبات الیگومر­ها انتخاب کردیم. محاسبات انجام گرفته روی الیگومر­های خنثی و رادیکال کاتیون نشان داد که  الیگومر­های رادیکال کاتیون ویژگی­های بسیار بهتری دارند. سیستم مزدوج در آن­ها همگن است و پیچش ندارد که این لازمه رسانایی در یک پلیمر مزدوج است. همچنین مطالعات روی شکاف انرژی نشان داد که با افزایش طول زنجیر الیگومر شکاف کوچکتر می­شود. بررسی نتایج بدست آمده نشان می­دهد كه با وجود اختلافاتی که در روند شکاف انرژی در الیگومر­های کوچک­تر دیده می­شود با بزرگ­تر شدن طول زنجیر پلیمری و سیستم مزدوج، این تفاوت­ها کمتر می­شود و به نظر می­رسد برای الیگومر های طویل­تر نوع استخلاف آلكیل اثر چندانی بر شکاف انرژی ندارد. همچنین مطالعات روی پتانسیل یونش الیگومر­های 3- آلكیل تیوفن نشان از کاهش پتانسیل یونش با افزایش طول زنجیر دارد.

کلمات کلیدی: پلیمر­های رسانا، آلکیل­تیوفن، اثرات استخلاف، روش­های آغازین، نظریه تابعی چگالی، خواص الكترونی

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………. 1

فصل دوم : پلیمرهای رسانا

2-1-تعریف ……………………………………………………………………………………………………………………………………………5

2-2-تاریخچه ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

2-3-تقویت پلیمرهای رسانا ……………………………………………………………………………………………………………….. 8

2 -3-1- مفهوم تقویت ……………………………………………………………………………………………………………………. 8

2-3-2- ماهیت مواد تقویت کننده …………………………………………………………………………………………………. 9

2-3-3- تقویت شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………… 9

2-3-4- تقویت الکتروشیمیایی ……………………………………………………………………………………………………. 11

2-3-5- برگشت پذیری ………………………………………………………………………………………………………………….11

2-4-روش­های تهیه پلیمر­های رسانا…………………………………………………………………………………………………. 12

2-4-1- پلیمر شدن شیمیایی ……………………………………………………………………………………………………… 12

2-4-2- پلیمر شدن الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………13

2-5 رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………………………………. 14

2-5-1- نظریه نوار ………………………………………………………………………………………………………………………… 16

2-5-2- مکانیزم رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………. 19

2-6-كاربردها ………………………………………………………………………………………………………………………………………20

2-6-1- باتری­های با قابلیت شارژ مجدد ……………………………………………………………………………………… 21

2-6-2- وسایل الکتروکرومیک …………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-3- کاربرد­های پزشکی ………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-4-حسگر­ها ……………………………………………………………………………………………………………………………. 21

2-6-5- الکترود­های پلیمری ………………………………………………………………………………………………………… 21

2-6-6- انواع مواد هوشمند ………………………………………………………………………………………………………….. 22

2-7-معایب ومزایا ……………………………………………………………………………………………………………………………….22

فصل سوم : پلی(آلکیل­تیوفن)

3-1-تیوفن ………………………………………………………………………………………………………………………………………….24

3-2-پلی­تیوفن …………………………………………………………………………………………………………………………………….25

3-3- پیکربندی پلی­آلکیل­تیوفن­ها …………………………………………………………………………………………………… 25

3-4-مكانیزم الكتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………………………………..27

3-4-1- روش شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………….27

3-4-1-1- روش مک­کالو………………………………………………………………………………………………………………. 28

3-4-1-2- روش ریک……………………………………………………………………………………………………………………..28

3-4-1-3- روش پلیمر شدن اکسایشی ……………………………………………………………………………………….. 29

3-4-2- روش الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………………..30

3-4- 2- 1- مکانیزم الکتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………….. 31

3- 4- 2- 2- اثر عوامل مختلف بر الکتروپلیمرشدن تیوفن ……………………………………………………….33

فصل چهارم: روش­های محاسباتی

4-1 –شیمی محاسباتی ……………………………………………………………………………………………………………………. 36

4-2-روش­های آغازین ………………………………………………………………………………………………………………………. 37

تقریب بورن اوپنهایمر ……………………………………………………………………………………………………………………….. 37

تقریب LCAO  …………………………………………………………………………………………………………………………………..38

تقریب هارتری – فاک ……………………………………………………………………………………………………………………….. 38

روش میدان خود سازگار ………………………………………………………………………………………………………………….. 38

برهم­کنش آرایشی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 40

افزودن توابع قطبش پذیر ………………………………………………………………………………………………………………….. 49

افزودن توابع پخشی …………………………………………………………………………………………………………………………… 50

4–3 نظریه تابعی چگالی …………………………………………………………………………………………………………………. 41

4-4-مجموعه پایه …………………………………………………………………………………………………………………………….. 45

4-5- نرم­افزار­ها …………………………………………………………………………………………………………………………………. 50

4-5-1- هایپرکم …………………………………………………………………………………………………………………………… 51

4-5-2- گوس­ویو ………………………………………………………………………………………………………………………….. 51

4-5-3- گوسین ………………………………………………………………………………………………………………………………52

فصل پنجم : محاسبات و نتایج

5-1-بهینه سازی هندسه مولکول­ها …………………………………………………………………………………………………. 54

5-2-محاسبات مونومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………… 56

5-3- محاسبات الیگومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………. 60

5-3-1- محاسبات ساختاری..……………….……………………………………………………………………………………..62

5-3-2- محاسبات چگالی بار الکتریکی و چگالی اسپین ………………………………………………………………69

5-3-3- محاسبات الکترونی ……………………………………………………………………………………………………………70

فصل ششم: بحث و نتیجه­گیری

6-1- بررسی مونومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 74

6-2-بررسی الیگومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 81

6-2-1- آنالیز ساختاری…………………………………………………………………………………………………………………..83

6-2-2- توزیع بار و چگالی اسپین…………………………………………………………………………………………………..90

6-2-3- خواص الکترونی………………………………………………………………………………………………………………….93

آینده­نگری ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 99

منابع …………………………………………………………………………………………………………………………………………………101

 

فهرست شکل­ها

(2-1) الف: سیس-­پلی­استیلن، ب: ترانس- پلی­استیلن ………………………………………………………………………..7

(2-2) اثر غلظت تقویت کننده بر رسانایی پلیمر ……………………………………………………………………………….11

(2-3) مقایسه رسانایی مواد مختلف …………………………………………………………………………………………………..15

(2-4)رسانایی پلیمر­های رسانای مختلف با مس مقایسه شده است ………………………………………………… 16

(2-5) نوارهای انرژی در رسانا­ها، نیمه­رسانا­ها و نارسانا­ها ……………………………………………………………….. 17

(2-6) تغییرات زنجیر پلیمر در اثر تقویت ………………………………………………………………………………………….18

(2-7) در اثر تقویت شكاف نواری باریك­تر می­شود ……………………………………………………………………………19

(2-8) ایجاد نوارهای حد واسط در شكاف نواری پلیمر­ها ………………………………………………………………… 20

(3-1) انواع دیمر­های احتمالی ………………………………………………………………………………………………………….. 26

(3-2) انواع آرایش تری­مر­ها در تشکیل تری­(آلکیل­تیوفن)………………………………………………………………. 26

(3-3) مکانیزم تولید پلی(آلکیل­تیوفن)……………………………………………………………………………………………….28

(3-4) مکانیزم تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) ………………………………………………………………………………………………29

(3-5)مکانیزم روش پلیمر شدن اکسایشی در تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) …………………………………………… 30

(5-1) نمایش و نامگذاری ایزومر­های 3- بوتیل­تیوفن ……………………………………………………………………….54

(5-2) نمایش نامگذاری 3-آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..56

(5-3) نامگذاری شده هگزا آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..62

(5-4) نامگذاری پیوند­های تریمر 3-آلکیل­تیوفن………………………………………………………………………………..67

(6-1) نمایش طول پیوند­های استخلاف حلقه (R48) در مونومر­های3- آلکیل­تیوفن در سطحB3LYP/6-31G** ……………………………………………………………………………………………………………………75

(6-2) نمایش تغییرات بار الکتریکی در موقعیت اتم (´α) C3  و اتم (α) C2 رادیکال کاتیون­ مونومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح B3LYP/6-31G**.  ………………………………………………………………………………..77

(6-3) نمایش شکاف نواری مونومر­های 3-آلکیل تیوفن  در سطح HF/6-31G**…………………………78

(6-4) نمایش تغییرات پتانسیل یونش مونومر­های 3-آلکیل­تیوفن در سطح  B3LYP/6-31G**…79

(6-5) ساختار تریمر 3 – متیل تیوفن (الف) رادیکال کاتیون (ب) الیگومر خنثی……………………………81

(6-6) اندازه طول پیوند­های مزدوج در دیمر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….84

(6-7) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تریمر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….85

(6-8) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تترامر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….86

(6-9) اندازه طول پیوند­های مزدوج در پنتامر­های تیوفن ،3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….87

(6-10 ) اندازه طول پیوند­های مزدوج در هگزامر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….89

(6- 11) نمایش تغییرات بار الکتریکی اتم  C1 بر اساس افزایش طول زنجیر در الیگومر­های3 – آلکیل تیوفن ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………92

(6-12) نمایش تغییرات شکاف نواری الیگومرها برحسب افزایش طول زنجیر الیگومر در سطح B3LYP/6-31G**  ……………………………………………………………………………………………………………………………96

(6-13) نمایش تغییرات IP الیگومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح   B3LYP/6-31G** ……………..98

 

 

فهرست جداول

(4-1) نام، نوع و مخفف تعدادی از روش­های نظریه تابعی چگالی……………………………………………………..45

(5-1) مقایسه خواص ایزومر­های بوتیل­تیوفن……………………………………………………………………………………..55

(5-2) مقایسه خواص ایزومر­های بوتیل­تیوفن  …………………………………………………………………………………..55

(5-3) برخی از پارامتر­های ساختاری مونومر­ها در سطحB3LYP/6-31G**  ……………………………….. 57

جدول 5-4- بار الکتربکی (چگالی اسپین) 3- آلکیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**. ……….. 58

(5-5) انرژی­های اوربیتالی  و شکاف نواری در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………………… 59

(5-6) محاسبه انرژی الکترونی 3- آلکیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………..60

(5-7) محاسبه انرژی­های الکترونی سه ساختار متفاوت دیمر­های 3- متیل­تیوفن……………………………61

(5- 8) انرژی­های الکترونی دو ساختار متفاوت تریمر­های- آلکیل­تیوفن……………………………………………61

(5-9) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگوتیوفن­ها در سطحB3LYP/6-31G**………………..63

(5-10) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………64

(5-12) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**  …..65

(5-13) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ..66

(5-14) مقادیر زوایای دووجهی در الیگوتیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** ………………………………….67

(5-15) مقادیر زوایای دووجهی در الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح  B3LYP/6-31**…………………………68

(5-16) مقادیر زوایای دووجهی در الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** …………………………..68

(5-16) مقادیر زوایای دووجهی در الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** ………………………68

(5-17)مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………………69

(5-18) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو متیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …….69

(5-19) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو اتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………70

(5-20) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو پروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…..70

(5-21) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………71

(5-22) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو متیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………71

(5-23) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو اتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …………………….71

(5-24) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو پروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………….72

(5-25) انرژی الکترونی الیگوتیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…………………………………………………72

(5-26) انرژی الکترونی الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…………………………………………72

(5-27) انرژی الکترونی الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …………………………………………73

(5-28) انرژی الکترونی الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**……………………………………….73

(6-1) مقایسه شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای مونومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح B3LYP/6-31G**……………………………………………………………………………………………………………………………..77

(6-2) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگوتیوفن­ها در سطحB3LYP/6-31G** ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………94

(6-3) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………………………………………………………………………………………………………………………………………….94

(6-4) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………. 1

فصل دوم : پلیمرهای رسانا

2-1-تعریف ……………………………………………………………………………………………………………………………………………5

2-2-تاریخچه ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

2-3-تقویت پلیمرهای رسانا ……………………………………………………………………………………………………………….. 8

2 -3-1- مفهوم تقویت ……………………………………………………………………………………………………………………. 8

2-3-2- ماهیت مواد تقویت کننده …………………………………………………………………………………………………. 9

2-3-3- تقویت شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………… 9

2-3-4- تقویت الکتروشیمیایی ……………………………………………………………………………………………………. 11

2-3-5- برگشت پذیری ………………………………………………………………………………………………………………….11

2-4-روش­های تهیه پلیمر­های رسانا…………………………………………………………………………………………………. 12

2-4-1- پلیمر شدن شیمیایی ……………………………………………………………………………………………………… 12

2-4-2- پلیمر شدن الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………13

2-5 رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………………………………. 14

2-5-1- نظریه نوار ………………………………………………………………………………………………………………………… 16

2-5-2- مکانیزم رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………. 19

2-6-كاربردها ………………………………………………………………………………………………………………………………………20

2-6-1- باتری­های با قابلیت شارژ مجدد ……………………………………………………………………………………… 21

2-6-2- وسایل الکتروکرومیک …………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-3- کاربرد­های پزشکی ………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-4-حسگر­ها ……………………………………………………………………………………………………………………………. 21

2-6-5- الکترود­های پلیمری ………………………………………………………………………………………………………… 21

2-6-6- انواع مواد هوشمند ………………………………………………………………………………………………………….. 22

2-7-معایب ومزایا ……………………………………………………………………………………………………………………………….22

فصل سوم : پلی(آلکیل­تیوفن)

3-1-تیوفن ………………………………………………………………………………………………………………………………………….24

3-2-پلی­تیوفن …………………………………………………………………………………………………………………………………….25

3-3- پیکربندی پلی­آلکیل­تیوفن­ها …………………………………………………………………………………………………… 25

3-4-مكانیزم الكتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………………………………..27

3-4-1- روش شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………….27

3-4-1-1- روش مک­کالو………………………………………………………………………………………………………………. 28

3-4-1-2- روش ریک……………………………………………………………………………………………………………………..28

3-4-1-3- روش پلیمر شدن اکسایشی ……………………………………………………………………………………….. 29

3-4-2- روش الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………………..30

3-4- 2- 1- مکانیزم الکتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………….. 31

3- 4- 2- 2- اثر عوامل مختلف بر الکتروپلیمرشدن تیوفن ……………………………………………………….33

فصل چهارم: روش­های محاسباتی

4-1 –شیمی محاسباتی ……………………………………………………………………………………………………………………. 36

4-2-روش­های آغازین ………………………………………………………………………………………………………………………. 37

تقریب بورن اوپنهایمر ……………………………………………………………………………………………………………………….. 37

تقریب LCAO  …………………………………………………………………………………………………………………………………..38

تقریب هارتری – فاک ……………………………………………………………………………………………………………………….. 38

روش میدان خود سازگار ………………………………………………………………………………………………………………….. 38

برهم­کنش آرایشی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 40

افزودن توابع قطبش پذیر ………………………………………………………………………………………………………………….. 49

افزودن توابع پخشی …………………………………………………………………………………………………………………………… 50

4–3 نظریه تابعی چگالی …………………………………………………………………………………………………………………. 41

4-4-مجموعه پایه …………………………………………………………………………………………………………………………….. 45

4-5- نرم­افزار­ها …………………………………………………………………………………………………………………………………. 50

4-5-1- هایپرکم …………………………………………………………………………………………………………………………… 51

4-5-2- گوس­ویو ………………………………………………………………………………………………………………………….. 51

4-5-3- گوسین ………………………………………………………………………………………………………………………………52

فصل پنجم : محاسبات و نتایج

5-1-بهینه سازی هندسه مولکول­ها …………………………………………………………………………………………………. 54

5-2-محاسبات مونومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………… 56

5-3- محاسبات الیگومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………. 60

5-3-1- محاسبات ساختاری..……………….……………………………………………………………………………………..62

5-3-2- محاسبات چگالی بار الکتریکی و چگالی اسپین ………………………………………………………………69

5-3-3- محاسبات الکترونی ……………………………………………………………………………………………………………70

فصل ششم: بحث و نتیجه­گیری

6-1- بررسی مونومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 74

6-2-بررسی الیگومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 81

6-2-1- آنالیز ساختاری…………………………………………………………………………………………………………………..83

6-2-2- توزیع بار و چگالی اسپین…………………………………………………………………………………………………..90

6-2-3- خواص الکترونی………………………………………………………………………………………………………………….93

آینده­نگری ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 99

منابع …………………………………………………………………………………………………………………………………………………101

 

فهرست شکل­ها

(2-1) الف: سیس-­پلی­استیلن، ب: ترانس- پلی­استیلن ………………………………………………………………………..7

(2-2) اثر غلظت تقویت کننده بر رسانایی پلیمر ……………………………………………………………………………….11

(2-3) مقایسه رسانایی مواد مختلف …………………………………………………………………………………………………..15

(2-4)رسانایی پلیمر­های رسانای مختلف با مس مقایسه شده است ………………………………………………… 16

(2-5) نوارهای انرژی در رسانا­ها، نیمه­رسانا­ها و نارسانا­ها ……………………………………………………………….. 17

(2-6) تغییرات زنجیر پلیمر در اثر تقویت ………………………………………………………………………………………….18

(2-7) در اثر تقویت شكاف نواری باریك­تر می­شود ……………………………………………………………………………19

(2-8) ایجاد نوارهای حد واسط در شكاف نواری پلیمر­ها ………………………………………………………………… 20

(3-1) انواع دیمر­های احتمالی ………………………………………………………………………………………………………….. 26

(3-2) انواع آرایش تری­مر­ها در تشکیل تری­(آلکیل­تیوفن)………………………………………………………………. 26

(3-3) مکانیزم تولید پلی(آلکیل­تیوفن)……………………………………………………………………………………………….28

(3-4) مکانیزم تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) ………………………………………………………………………………………………29

(3-5)مکانیزم روش پلیمر شدن اکسایشی در تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) …………………………………………… 30

(5-1) نمایش و نامگذاری ایزومر­های 3- بوتیل­تیوفن ……………………………………………………………………….54

(5-2) نمایش نامگذاری 3-آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..56

(5-3) نامگذاری شده هگزا آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..62

(5-4) نامگذاری پیوند­های تریمر 3-آلکیل­تیوفن………………………………………………………………………………..67

(6-1) نمایش طول پیوند­های استخلاف حلقه (R48) در مونومر­های3- آلکیل­تیوفن در سطحB3LYP/6-31G** ……………………………………………………………………………………………………………………75

(6-2) نمایش تغییرات بار الکتریکی در موقعیت اتم (´α) C3  و اتم (α) C2 رادیکال کاتیون­ مونومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح B3LYP/6-31G**.  ………………………………………………………………………………..77

(6-3) نمایش شکاف نواری مونومر­های 3-آلکیل تیوفن  در سطح HF/6-31G**…………………………78

(6-4) نمایش تغییرات پتانسیل یونش مونومر­های 3-آلکیل­تیوفن در سطح  B3LYP/6-31G**…79

(6-5) ساختار تریمر 3 – متیل تیوفن (الف) رادیکال کاتیون (ب) الیگومر خنثی……………………………81

(6-6) اندازه طول پیوند­های مزدوج در دیمر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….84

(6-7) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تریمر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….85

(6-8) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تترامر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….86

(6-9) اندازه طول پیوند­های مزدوج در پنتامر­های تیوفن ،3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….87

(6-10 ) اندازه طول پیوند­های مزدوج در هگزامر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….89

(6- 11) نمایش تغییرات بار الکتریکی اتم  C1 بر اساس افزایش طول زنجیر در الیگومر­های3 – آلکیل تیوفن ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………92

(6-12) نمایش تغییرات شکاف نواری الیگومرها برحسب افزایش طول زنجیر الیگومر در سطح B3LYP/6-31G**  ……………………………………………………………………………………………………………………………96

(6-13) نمایش تغییرات IP الیگومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح   B3LYP/6-31G** ……………..98

 

 

فهرست جداول

(4-1) نام، نوع و مخفف تعدادی از روش­های نظریه تابعی چگالی……………………………………………………..45

(5-1) مقایسه خواص ایزومر­های بوتیل­تیوفن……………………………………………………………………………………..55

(5-2) مقایسه خواص ایزومر­های بوتیل­تیوفن  …………………………………………………………………………………..55

(5-3) برخی از پارامتر­های ساختاری مونومر­ها در سطحB3LYP/6-31G**  ……………………………….. 57

جدول 5-4- بار الکتربکی (چگالی اسپین) 3- آلکیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**. ……….. 58

(5-5) انرژی­های اوربیتالی  و شکاف نواری در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………………… 59

(5-6) محاسبه انرژی الکترونی 3- آلکیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………..60

(5-7) محاسبه انرژی­های الکترونی سه ساختار متفاوت دیمر­های 3- متیل­تیوفن……………………………61

(5- 8) انرژی­های الکترونی دو ساختار متفاوت تریمر­های- آلکیل­تیوفن……………………………………………61

(5-9) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگوتیوفن­ها در سطحB3LYP/6-31G**………………..63

(5-10) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………64

(5-12) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**  …..65

(5-13) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ..66

(5-14) مقادیر زوایای دووجهی در الیگوتیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** ………………………………….67

(5-15) مقادیر زوایای دووجهی در الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح  B3LYP/6-31**…………………………68

(5-16) مقادیر زوایای دووجهی در الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** …………………………..68

(5-16) مقادیر زوایای دووجهی در الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** ………………………68

(5-17)مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………………69

(5-18) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو متیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …….69

(5-19) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو اتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………70

(5-20) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو پروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…..70

(5-21) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………71

(5-22) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو متیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………71

(5-23) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو اتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …………………….71

(5-24) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو پروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………….72

(5-25) انرژی الکترونی الیگوتیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…………………………………………………72

(5-26) انرژی الکترونی الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…………………………………………72

(5-27) انرژی الکترونی الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …………………………………………73

(5-28) انرژی الکترونی الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**……………………………………….73

(6-1) مقایسه شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای مونومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح B3LYP/6-31G**……………………………………………………………………………………………………………………………..77

(6-2) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگوتیوفن­ها در سطحB3LYP/6-31G** ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………94

(6-3) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………………………………………………………………………………………………………………………………………….94

(6-4) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

پلیمرها مولكولهای بزرگی هستند كه از واحدهای تكراری ساده تشكیل شده ­اند. این نام از یك نام یونانی به نام پلی[1] كه به معنی چند تا و مر[2] كه به معنی قسمت می باشد مشتق شده است. ماكرومولكول[3] مترادف با پلیمر می باشد پلیمرها از مولكول­های ساده­ای به نام مونومر[4] به معنی قسمت واحد ساخته شده ­اند. اگر تعداد كمی از مونومرها به هم متصل شوند پلیمری با وزن مولكولی كم حاصل شده كه الیگومر[5] (كلمه یونانی oligos  یعنی كم) نامیده می شود‌ [1].

پلیمرها انواع زیاد و كاربردهای بسیار گسترده­ای دارند و بسیاری از جنبه های زندگی ما را پوشش داده­اند. از این رو علم پلیمر به صورت یك علم جذاب درآمده است و محققان فراوانی در  سرتا­سر جهان در مورد روش های تولید ساده­تر  اقتصادی­تر و تولید پلیمرهای جدیدتر با خواص بهتر و كاربردهای به روزتر و بهینه­تر در تلاش هستند. دسته­ای از این گروه مواد، پلیمرهای مزدوج[6] هستند. یك پلیمر مزدوج در زنجیر خود پیوند­های یگانه و دوگانه متناوب دارد و در حقیقت از یك مونومر غیراشباع پدید آمده است. تا حدود 40 سال پیش كسی تصور نمی­كرد كه یك پلیمر یا پلاستیك بتواند رسانای جریان الكتریسته باشد و اساساً پلیمرها جزء مواد نارسانا یا عایق[7] اند و حتی به عنوان پوشش های عایق الکتریکی كاربرد دارند. اما از اوایل دهه­ی هفتاد میلادی كه پلیمرهای مزدوج تولید شدند، این تصورات تغییر كرد. پلیمرهای مزدوج می­توانند رسانا باشند و الكترون­ها را در طول زنجیر خود جا به جا كنند. این كشف شگفت انگیز شاخه جدیدی را در دانش پلیمر به نام پلیمرهای رسانای الكتریكی[8] ایجاد كرده است كه توجه دانشمندان زیادی را به خود جلب كرده است.

اگر چه رسانایی پلیمرهای مزدوج در حد فلزاتی چون نقره، مس و حتی آهن نیست، اما تلفیقی از خواص فلزی (رسانایی) و پلیمری، این مواد را هم از فلزات و هم از پلیمرها متمایز و ممتاز كرده است. در حقیقت هر چند این مواد به عنوان پلیمرهای رسانا شناخته می­شوند  اما تنها خاصیت رسانایی آنها نیست كه آنها را مورد توجه قرار داده است. به عنوان مثال گفته می­شود كه هزینه محافظت از خوردگی پل گلدن گیت[9] در سانفرانسیسكو سالانه 27 میلیارد دلار است. چنین      هزینه­ های گزافی توجه به روش­های نوین، کم­هزینه و كارآمد­تر به جای روش­های سنتی محافظت از خوردگی را بیشتر كرده است. یكی از این روش­ها پوشش دهی فولاد با پلی مرهای رسانا برای بهبود مقاومت به خوردگی است[2]. پلیمرهای مزدوج مجموعه ­ای از خواص الكتریكی، خصوصیات پلیمری نظیر  انعطاف پذیری، چگالی كم، بهبود پذیری آسان ساختار و خواص نوری و دیگر ویژگی­های جالب توجه را دارا هستند[3]. چنین ویژگی­هایی است كه محققان را بر آن داشته است كه در جهت رفع برخی عیوب این مواد نظیر حلالیت كم و… و یا بهبود خواص مفید آنها تلاش گسترده­ای انجام دهند. امروزه به دلیل آن که پلیمرهای مزدوج رسانایی قابل ملاحظه­ای دارند به آنها فلزات آلی[10] یا فلزات سنتزی[11] گفته می­شود  و نقش آن­ها در صنایع، پزشكی و سایر امور زندگی غیر قابل انكار است. اهمیت این مواد تا اندازه­ای است كه به آنها مواد قرن بیست و یكم گفته می­شود[4].

[1] Poly

[2] mer

[3] macromolecule

[4] monomer

[5] Oligomer

[6] Conjugated Polymers

[7] Insulator

[8] Electrically Conductive Polymers

[9] Golden Gate Bridge

[10] Organic Metals

[11] Synthetic Metals

تعداد صفحه : 140

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.