Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Дипломная работа*
| Код |
563030 |
| Дата создания |
2020 |
| Страниц |
55
|
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 5 ноября в 12:00 [мск] Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
|
Содержание
СОДЕРЖАНИЕ
Обозначения и сокращения 4
Введение 5
1 Разновидность наноструктур ZnS 7
1.1Нульмерные наноструктуры 7
1.2 Одномерные наноструктуры 11
1.3 Двумерные наноструктуры 13
2 Кристаллографические формы ZnS 15
3 Способы получения наноструктур ZnS 17
4 Моделирование наноструктур ZnS методом DFTB 30
5 Экспериментальная часть 32
6 Моделирование открытых нанотрубок ZnS 33
7 Моделирование закрытых нанотрубок ZnS 43
Заключение 51
Список использованных источников 52
Введение
ВВЕДЕНИЕ
Наноструктуры являются новым классом материалов, представляющий собой элементы, размеры которых варьируются в диапазоне 1 – 100 нм и име-ющих один из самых больших потенциалов для повышения производительности и расширенных возможностей продуктов в ряде отраслей промышленности. Наноструктуры можно разделить на нульмерные (0D) кластеры и наночастицы, одномерные (1D) волоконные, двумерные (2D) плёночные и многослойные, трехмерные (3D) поликристаллические на основе их форм [1].
Существует множество новых возможностей, которые могут быть реализованы путем уменьшения размеров существующих материалов в наномасштабный размер, или путем создания новых типов наноструктур. Наиболее яркий пример – микроэлектроника, где с уменьшением размеров частей интегральных микросхем повышается мощность и уменьшается энергопотребление.
Сульфид цинка является одним из первых обнаруженных в природе по-лупроводниковых соединений. Его атомная структура и химические свойства сопоставимы с более популярным оксидным соединением ZnO. Однако некоторые свойства, характерные для соединения ZnS, являются уникальными по сравнению с соединением ZnO. Например, ZnS имеет ширину запрещенной зоны 3.72 эВ и 3.77 эВ для разных модификаций, тогда как ZnO – 3.2 эВ и 3.4 эВ и энергию экситона 49 мэВ по сравнению с энергией экситона ZnO – 60 мэВ [2].
Наноструктуры сульфида цинка являются перспективными для развития и внедрения или уже применяются в полевых транзисторах, оптических датчиках УФ-излучений, микролазерах на гетеропереходах и квантовых точках, химических датчиках и датчиках газов, биосенсорах, наномеханических генераторах энергии и катализаторах.
Широкий спектр применения наночастиц ZnS объясняется его способно-стью образовывать разнообразные структуры такие как сфероиды, квантовые точки, нити, стержни, ленты, спирали, кольца, тетраподы, пирамиды и т. д. В зависимости от методики, могут быть получены в газовой фазе, в коллоидных жидкостях, адсорбированными на подложке, а также инкапсулированными в твердотельных материалах [2].
Одним из основных мотивов в изучении наноструктур ZnS является раз-работка фундаментального понимания поведения материала в наномасштабе, так как свойства и структура наночастиц часто весьма отличаются от микроча-стиц и зависят также от размера и формы.
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследо-вание свойств наноструктур ZnS объемно-центрированной гексагональной конфигураций. Задачами, требующими решения являются:
– построение наноструктур ZnS;
– структурные свойства наноструктур ZnS;
– электронные и электромагнитные свойства наноструктур ZnS.
– расчётная плотность наноструктур ZnS
?
Фрагмент работы для ознакомления
Добрый день! Уважаемые студенты, Вашему вниманию представляется дипломная работа на тему: «МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ НАНОСТРУКТУР СУЛЬФИДА ЦИНКА»
Оригинальность работы 82%
Выпускная квалификационная работа 56 с., 32 рис., 8 табл., 41 источник.
ОДНОМЕРНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ, НАНОТРУБКИ, СУЛЬФИД ЦИНКА, КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЭЛЕКТРОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ГЕОМЕТРИЯ НАНОСТРУКТУР
Целью работы являлось исследование свойств (геометрия, энергии и эн-тальпии образования, расчетная плотность, электронные характеристики, ди-польный момент) модельных наноструктур сульфида цинка.
Для осуществления поставленной задачи было использовано программ-ное обеспечение HyperChem, позволяющее прогнозировать структурные, электронные и энергетические свойства веществ и отдельных молекул, а также оптимизировать геометрию структур.
В ходе работы был обнаружен ряд закономерностей в изменении струк-турных и электронных свойств нанотрубок сульфида цинка.
Было обнаружено, что одномерные трубчатые наноструктуры ZnS имеют два вида кристаллографического строения и два вида слоевых соединений. Также были проанализированы электронные и электромагнитные характеристики одномерных наноструктур ZnS и их изменение от увеличения размеров наноструктур. Полученные данные свидетельствуют о том, что одномерные наноструктуры ZnS имеют большую перспективу применения в области наноэлектроники и наносенсорики.
Список литературы
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Buzea C. Nanomaterials and Nanoparticles: Sources and Toxicity / C. Buzea, K.Robbie. – O.: Department of Physics, Queen's University at Kingston, 2015. – 200 c.
2 Davidson W. X-ray diffraction evidence for ZnS formation in zinc activated rubber vulcanizates / W. Davidson // Physical Review. – 2018. – Vol. 194. – № 12. – P. 117–118.
3 Fang X. Inorganic semiconductor nanostructures and their field-emission
Applications / X. Fang, Y. Bando, D. Golberg // Journal of Materials Chemistry. – 2007. – Vol. 18. – № 2. – P. 509–510.
4 Akerman M. Nanocrystal targeting in vivo / M. Akerman, P. Laakkonen. – A.: Department of Bioengineering, University of California at San Diego, 2002. – 126 c.
5 Debasis B. One dimensional nanostructured materials / B. Debasis, S. Seal. – Progress in Materials Science. – 2007. – Vol. 22. – № 4. – P. 706–709.
6 Ashton M. Topology-Scaling Identification of Layered Solids and Stable Exfoliated 2D Materials / M. Ashton, J. Paul // Physical Review. – 2017. – Vol. 118. – №6. – P. 1–2.
7 Xu S. Assembly of micro/nanomaterials into complex, three-dimensional architectures by compressive buckling / S. Xu, Y. Zheng // Materials Science. – 2015. – Vol. 347. – № 1. – P. 154–159.
8 Choi H. Renal clearance of quantum dots / H. Choi, W. Liu // Nature Bio-technology. – 2007. – Vol. 10. – № 8. – P. 1165–1169.
9 Li Y. Ligand-Controlling Synthesis and Ordered Assembly of ZnS Nanorods and Nanodots / Y. Li, X. Li // Journal of Physical Chemistry. – 2004. Vol. 108. – № 41. – P. 16005–16006.
10 Allan G. Frequency-Dependent Spontaneous Emission Rate from CdSe and CdTe Nanocrystals: Influence of Dark States / G. Allan, C. Delerue // Physical Review. – 2005. – Vol. 95. – № 5. – P. 1–4.
11 Xie R. Synthesis and Characterization of Highly Luminescent CdSe-Core CdS/ZnCdS/ZnS Multishell Nanocrystals / R. Xie, U. Kolb // Journal of the Ameri-can Chemical Society. – 2005. – Vol. 127. – № 1. – P. 7480–7488.
12 Greenemeier L. New Electronics Promise Wireless at Warp Speed / L. Greenemeier // Scientific American. – 2008. – Vol. 92. – № 9. – P. 46–48.
13 Lafave J. Correspondences between the classical electrostatic Thomson problem and atomic electronic structure // The Journal of Electrostatics. – 2013. – Vol. 71. – № 7. – P. 1029–1035.
14 Wang Z. Facile Synthesis of Superparamagnetic Fluorescent Fe3O4/ZnS Hollow Nanospheres / Z. Wang, L. Wu // The Journal of the American Chemical Society. – 2009. – Vol. 131. – № 12. – P. 11276–11277.
15 Green M. Semiconductor quantum dots and free radical induced DNA / M. Green, E. Howman // Chemical Communications. – 2005. – Vol. 12. – № 10. – P. 121–123.
16 Achermann M. Energy-transfer pumping of semiconductor nanocrystals using an epitaxial quantum well / M. Achermann, S. Kos // Nature. – 2004. – Vol. 10. – № 16. – P. 642–645.
17 Beane G. Energy Transfer Between Quantum Dots and Conjugated Dye Molecules / G. Beane, K. Boldt // Journal of Physical Chemistry. – 2014. – Vol. 1. - № 1. – P. 1–27.
18 Fang X. ZnS nanostructures: From synthesis to applications / X. Fang, T. Zhai // Progress in Materials Science. – 2011. – Vol. 56. – № 2. – P. 188–189.
19 Shi L. Shape-Selective Synthesis and Optical Properties of Highly Ordered One-Dimensional ZnS Nanostructures / L. Shi, Y. Xu // Crystal growth and design. – 2009. – Vol. 9. – № 5. – P. 2214–2219.
20 Mohr M. Effects of a ZnS-shell on the structural and electronic properties of CdSe-nanorods / M. Mohr, C. Thomsen // Physica Status Solidi. – 2010. – Vol. 4. – № 10. – P. 16–18.
21 Moore D. Growth of anisotropic one-dimensional ZnS nanostructures / D. Moore, Z. Wang // Journal of Materials Chemistry. – 2006. – Vol. 3. – №5. – P. 12–16.
22 Miquel J. Graphene-Based Nano-Antennas for Electromagnetic Nanocom-munications in the Terahertz Band / J. Miquel, I.F. Akyildiz // Journal of Electrostatics. – 2013. – Vol. 70. – № 2. – P. 429–431.
23 Zhang C. Synthesis of Nitrogen-Doped Graphene Using Embedded Carbon and Nitrogen Sources / C. Zhang, L. Fu // Advanced Materials. – 2011. – Vol. 23. – № 9. – 1020–1024.
24 Wells A. The lanthanides and actinides / A. Wells // Structural inorganic chemistry. – 1984. – Vol. 5. – № 6. – P. 1248–1273.
25 Fang X. ZnS nanostructures: From synthesis to applications / X. Fang, T. Zhai // Progress in Materials Science. – 2011. – Vol. 7. – № 9. – P. 175–278.
26 Thottoli A. K. Effect of trisodium citrate concentration on the particle growth of ZnS nanoparticles / A. K. Thottoli, A. Kaliani, A. Unni // Journal Of Nanostructure in Chemistry. – 2013. – Vol. 11. – № 4. – P. 4–5.
27 Daeso K. Zigzag Zinc Blende ZnS Nanowires: Large Scale Synthesis and Their Structure Evolution Induced by Electron Irradiation / K. Daeso, S. Paresh // Nano Research. – 2011. – Vol. 8. – № 2. – P. 6–8.
28 Catalytic growth of clusters of wurtzite ZnS nanorods through co-deposition of ZnS and Zn on Au film / J. Changqing , C. Yingchun, Z. Xin et al. //
CrystEngComm. – Vol. 5. – 2013. – № 6. – P. 8–9.
29 Geng B. Y. Size-dependent optical and electrochemical band gaps of ZnS nanorods fabricated through single molecule precursor route / B. Y. Geng, X. W. Liu, J. Z. Ma // Applied Physics Letters. – 2011. – Vol. 90. – № 12. – P. 64–67.
30 Pengfei H. A New Simple Route to ZnS Quantized Particles with Tunable Size and Shape, and Size/Shape-Dependent Optical Properties / H. Pengfei, C. Yali, L. Yanyan // Advances in Materials Physics and Chemistry. – 2013. – Vol. 3. – № 16. – P. 10–18.
31 Xiong Q. Optical Properties of Rectangular Cross-sectional ZnS Nan-owires / Q. Xiong , G. Chen // Nano Letters. – 2014. – Vol. 4. – № 9. – P. 21–26.
32 Dasari A. Synthesis, Characterization of ZnS nanoparticles by Coprecipitation method using various capping agents – Photo catalytic activity and Kinetic study / A. Dasari, V. Maragoni // Journal of Applied Chemistry. – 2013. – Vol. 6. – № 3. – P. 13–15.
33 Liang C. Bandgap-graded ZnO/(CdS)1?x(ZnS)x coaxial nanowire arrays for semiconductor-sensitized solar cells / C. Liang, L. Luying // Materials Research Express. – 2014. – Vol. 5. – № 7. – P. 7–9. 63-
34 Nanda K. Energy Levels in Embedded Semiconductor Nanoparticles and Nanowires / K. Nanda, F. Kruis // Nano Letters. – 2011. – Vol. 1. – № 11– P. 34–38.
35 Guozhen S. Carbon-Coated Single-Crystalline Zinc Sulfide Nanowires / S. Guozhen, B. Yoshio, D. Golberg // Journal of Physical Chemistry. – 2014. – Vol. 5. – № 3. – P. 33–37.
36 Shan L. Silica-coated and annealed CdS nanowires with enhanced photoluminescence / L. Shan, L. Min, W. Jia-Hong // Nano Letters. – 2011. – Vol. 14. – № 2.– P. 11–12.
37 Pal S. Theoretical Study on the Structural, Energetic, and Optical Properties of ZnS Nanotube / S. Pal, B. Goswami // Journal of Chemical Physics. – 2006. – Vol. 111. – № 3. – P. 1556–1559.
38 Richard C. Modelling nano-clusters and nucleation / C. Richard, A. Cat-low // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2010. – Vol. 12. – № 4. – P 773–1008.
39 Alder B. Studies in Molecular Dynamics. I. General Method / B. Alder, T. Wainwright // Journal of Chemical Physics. – 2013. – Vol. 31. – № 6. – P. 459–456.
40 Dewar M. AM1: A New General Purpose Quantum Mechanical Molecular Model / M. Dewar, E. Zoebisch // Journal of the American Chemical Society. – 1985. – Vol. 107. – № 1. – P. 3902–3909.
41 Bruke L. On the tunnel effect / L. Bruke, Ranney T. // The Quarterly Jour-nal of Experimental Psychology. – 1989. – Vol. 4. – № 3. – P. 121–138.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты дипломной работы заключаются в следующем:
1 на основании анализа литературы были выявлены текущие области применения наноструктур ZnS, способы их получения и различные свойства;
2 подобраны наиболее подходящие для данных структур методы компьютерного моделирования с учётом возможных к использованию ресурсов вычислительной мощности;
3 были построены и оптимизированы одномерные наноструктуры ZnS разной длины и толщины;
4 были изучены расчётные электронные свойства, электромагнитные свойства, характеристики дипольного момента и плотности нанотрубок ZnS открытого и закрытого типа.
Установлено, что открытые наноструктуры ZnS имеют большую ?Eg и в некоторых случаях не имеют энергетически стабильной формы. Закрытые наноструктуры ZnS энергетически стабильны и имеют различный диапазон значений ?Eg. Квазиуглеродные наноструктуры ZnS имеют широкозонные по-лупроводниковые характеристики, гексагональные наноструктуры ZnS имеют узкозонные полупроводниковые характеристики.
Расчётная плотность открытых наноструктур ZnS меняется незначитель-но и имеет линейную зависимость от структурных характеристик. Закрытые наноструктуры ZnS имели другую зависимость, структуры определенного диаметра и наименьшей длины имели наибольший дипольный момент и при удлинении наноструктуры значения уменьшались.
Характеристики дипольного момента открытых и закрытых наноструктур ZnS увеличивались по линейной зависимости при увеличением размера наноструктур;
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.0046