عنوان پایان‌نامه
بررسی نظری و تجربی گسیل میدانی نانو ساختارهای چند طبقه ای
- دانشجو
- مسعود قاسمی
- رشته تحصیلی
- علوم و فناوری نانو - نانو فیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55810;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 4905
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۱
- چکیده
- در این تحقیق، عامل تقویت میدان برای نانولوله های دی اکسید تیتانیوم خالص، نانولوله های دی اکسید تیتانیوم آلاییده با کربن و نانوساختار چند طبقه از دو دیدگاه نظری و تجربی مورد بررسی قرار گرفت. نانوساختار چند طبقه در این متن به آرایه ای از نانولوله های کربنی که بر روی نانولوله های دی اکسید تیتانیوم رشد داده شده اند اطلاق می شود. به منظور استخراج روابط نظری برای عامل تقویت میدان در ساختار های مختلف از روش بار تصویری برای حل معادله لاپلاس در همسایگی نانولوله ها استفاده شده است. برای کاستن از پیچیدگی های مسئله تمام نانولوله ها با کره ها و حلقه های شناور جایگزین شده اند و وابستگی عامل تقویت میدان به شرایط هندسی نانولوله ها مانند شعاع، طول، فاصله نانولوله ها از یکدیگر و تعداد نانولوله های رشد داده شده بر روی نانولوله پایه بررسی شد. نسبت فاصله نانولوله ها از یکدیگر به طول آنها یکی از پارامترهای کلیدی در بهینه سازی مقدار عامل تقویت میدان می باشد. این نسبت برای نانولوله های دی اکسید تیتانیوم و نانولوله های کربنی برابر 1 و در نانوساختارهای چند طبقه برابر 5/1 می باشد. در قسمت دوم این پایان نامه، رشد نانوساختارهای مختلف، مقایسه چگالی جریان گسیل میدانی از این نانوساختارها با یکدیگر، مقایسه تجربی و نظری عامل تقویت میدان برای این ساختارها و به دست آوردن ضرایب تصحیح برای داده های نظری انجام شد. نانولوله های دی اکسید تیتانیوم به روش آندی کردن بر روی زیر لایه تیتانیومی رشد داده شدند. ملاحظاتی مانند غلظت محلول آندی کننده، فاصله بین کاتد و آند و ولتاژ آندی کردن منجر به رشد نانولوله هایی با طول و شعاع مناسب شدند. در قدم بعدی نانولوله های کربنی بر روی لایه ای از نانولوله دی اکسید تیتانیوم رشد داده شدند. داده های به دست آمده از آزمایشها به وضوح بیانگر این موضوع است که نانوساختارهای چند طبقه دارای خواص گسیلندگی بهتری نسبت به نانولوله های کربنی، نانولوله های دی اکسید تیتانیوم خالص و آلاییده به کربن می باشند. مقدار نظری عامل تقویت میدان برای نانولوله های دی اکسید تیتانیوم خالص و آلاییده شده با ضریب 81/5 به داده های تجربی مربوط می شود. همچنین مقدار این ضریب برای نانوساختار های چند طبقه برابر 74/1 می باشد که نشان دهنده توافق خوب مدل پیشنهادی با داده های تجربی می باشد. کلید واژه: گسیل میدانی، عامل تقویت میدان، نانو ساختارهای چند طبقه، نانولوله کربنی، نانولوله دی اکسید تیتانیوم
- Abstract
- In this project, field enhancement factor for pure TiO2 nanotubes, TiO2 nanotubes doped with carbon and multistage nanostructures were investigated. Here, by multistage nanostructure we mean carbon nanotubes grown on TiO2 nanostructures (i.e. nanotubes, nanopores, etc.). We derived field enhancement factor equation for different structure by using image charge for solving Laplace equation in the vicinity of carbon nanotube. For simplifying the problem, we used sphere instead of carbon nanotube and we derived the field enhancement factor and investigated its dependence on nanotubes geometry such as radii, length, their distance from each other and the number of carbon nanotubes which were grown on top of other kind of nanotube. Ratio of the nanotubes distance to their height is one of the most important factors for field enhancement factor optimization. We showed that this ratio is 1 for CNT and carbon doped TiO2, and is 1.5 for multistage nanostructures. Another part of this project is devoted to the growth of different nanostructures, comparison of their current density, theoretical and experimental comparison of the field enhancement factor. We have grown TiO2 nanotubes by Anodization method. The nanotubes length and radii had been affected by parameters like solution concentration that we used for Anodization, cathode-anode plates distance and the voltage we used. Subsequently, carbon nanotubes were grown on TiO2 nanotubes. The obtained Results clearly revealed that multistage nanostructures have better emissivity properties in comparison with carbon nanotubes and carbon doped TiO2 nanotubes. We observed that the field enhancement factor that we derived from theoretical approach differs from experimental result by a factor of 5.81 and this ratio was 1.74 for multistage nanostructures.
