نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسنده
دانشیار، گروه نیمه‌هادی‌ها، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
چکیده
خواص فیزیکی، شیمیایی و الکترونی نانومخروط های بورنیترید با نانومخروط های کربنی متفاوت است، به‌طوری که نانومخروط های بورنیترید دارای سه نوع پیوند کووالانسی در نانومخروط های بورنیترید (N-B، B-B و N-N) هستند، درحالی‌که نانومخروط های کربنی فقط یک نوع پیوند کووالانسی C-C دارند. ازآنجاکه خواص ساختاری نانومخروط ها با زاویه رأس مخروط ارتباط بسیاری دارد، پژوهش‌های بسیاری درباره ویژگی‌های الکترونی و ساختاری نانومخروط های بورنیترید، در اندازه‌های گوناگون (ارتفاع و زاویه رأس)، با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی انجام شده است. محاسباتی درخصوص نانومخروط های بورنیترید با ارتفاع مخروط 1 تا 5 آنگستروم برای زاویه رأس 60 درجه، 3 تا 7 آنگستروم برای زاویه رأس 120 درجه و 4 تا 8 آنگستروم برای زاویه رأس 180 و 240 درجه انجام شده است. در این پژوهش، همچنین، چگالی حالت‌ها، پارامترهای کوانتومی، تجزیه‌و‌تحلیل مرتبه پیوند، طول پیوند، قطبش‌پذیری، قطبش‌پذیری آنیزوتروپی، ممان دوقطبی و فرکانس‌ها بررسی شده‌‌اند. با استفاده از نتایج به‌دست‌آمده، بهترین ساختار براساس ارتفاع و زاویه رأس تخمین‌زده شده است تا از آن در محاسبات بعدی استفاده شود. امید است که نتایج این طرح در کارهای تجربی و طراحی نانومخروط ها به‌منظور جذب گازها، داروها و غیره راه گشا باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
The Effect of Height and Disclination Angle of Boron Nitride Nanocones on Electronic and Structural Properties: DFT
نویسنده [English]
- Fahimeh Shojaie
Associate Professor, Semiconductors Group, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده [English]
Compared with carbon nanocones, Boron Nitride Nanocones (BNNCs) are characterized by different physical, chemical, and electronic properties. Since BNNCs are in three types of covalent bonds (B-N), B-B, and (N-N), carbon nanocones contain only C-C bonds. Given that the structural properties of nano cones depend on the disclination angle of the cone, the current study aims to discuss the electronic and structural properties of boron nitride nanocones in different sizes (height and disclination angle) using Density Functional Theory (DFT) calculations. To this end, the relevant calculations were done for boron nitride nanocones with the cone heights of 1 to 5 angstroms at the disclination angle of 60°, 3 to 7 angstroms at the disclination angle of 120°, and 4 to 8 angstroms at the disclination angles of 180 and 240°. In this work, the density of states, quantum parameters, analysis of bond order, bond length, polarizability, anisotropic polarization, dipole moment, atomic charges, and frequencies were calculated using the DFT. According to the results, the best structure was identified based on the height and disclination angles to be further used in the next calculations. It is hoped that the results of this project can be useful in expanding the experimental works and effective in the design of nanocones as well in order to absorb gases, drugs, etc.
کلیدواژه‌ها [English]
- Boron Nitride Nanocones
- Density Functional Theory
- Height and Disclination Angles
- Density of States
- Anisotropic Polarization
- Adisa, O. O., Cox, B. J., & Hill, J. M. (2011). Open carbon nanocones as candidates for gas storage. The Journal of Physical Chemistry C, 115(50), 24528-24533. https://doi.org/10.1021/jp2069094
- Arjmandi, M., Pourafshari Chenar, M., Peyravi, M., Jahanshahi, M., Arjmandi, A., & Shokuhi Rad, A. (2018). Interpreting the CO2 adsorption on functionalized organic group of IRMOF-1: A B3LYP DFT based study. International Journal of Engineering, 31(9), 1473-1479. https://www.ije.ir/article_73300.html
- Baei, M. T., Peyghan, A. A., & Bagheri, Z. (2013). Carbon nanocone as an ammonia sensor: DFT studies. Structural Chemistry, 24, 1099-1103. https://doi.org/10.1007/s11224-012-0139-314
- Becke, A. D. (1992). Density‐functional thermochemistry. I. The effect of the exchange‐only gradient correction. The Journal of Chemical Physics, 96(3), 2155-2160. https://doi.org/10.1063/1.464913
- Doroudi, Z., & Jalali Sarvestani, M. R. (2020). Boron nitride nanocone as an adsorbent and senor for Ampicillin: A Computational Study. Chemical Review and Letters, 3(3), 110-116. https://doi.org/10.22034/crl.2020.233274.1061
- Golberg, D., Bando, Y., Kurashima, K., & Sato, T. (2001). Synthesis and characterization of ropes made of BN multiwalled nanotubes. Scripta Materialia, 44(8-9), 1561-1565. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(01)00724-2
- Hsieh, J.-Y., Chen, C., Chen, J.-L., Chen, C.-I., & Hwang, C.-C. (2009). The nanoindentation of a copper substrate by single-walled carbon nanocone tips: a molecular dynamics study. Nanotechnology, 20(9), 095709. https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/9/095709
- Ignaczak, A., & Gomes, J. N. (1996). Interaction of halide ions with copper: the DFT approach. Chemical Physics Letters, 257(5-6), 609-615. https://doi.org/10.1016/0009-2614(96)00603-3
- Kalantarian, M. M. (2019). Theoretical Evaluation of Behaviours and Properties of LiFePO4 as Li-ion Battery Cathode Material: a DFT Study. Journal of Advanced Materials and Technologies, 8(1), 45-53. https://doi.org/10.30501/jamt.2019.88927
- Krungleviciute, V., Calbi, M. M., Wagner, J. A., Migone, A. D., Yudasaka, M., & Iijima, S. (2008). Probing the structure of carbon nanohorn aggregates by adsorbing gases of different sizes. The Journal of Physical Chemistry C, 112(15), 5742-5746. https://doi.org/10.1021/jp710524q
- Liao, M.-L. (2012). A study on hydrogen adsorption behaviors of open-tip carbon nanocones. Journal of Nanoparticle Research, 14(4), 837. https://doi.org/10.1007/s11051-012-0837-1
- Lijima, S., Ichihashi, T., & Ando, Y. (1992). Pentagons, heptagons and negative curvature in graphite microtubule growth. Nature, 356(6372), 776-778. https://doi.org/10.1038/356776a0
- López, N., & Illas, F. (1998). Ab initio modeling of the metal− support interface: the interaction of Ni, Pd, and Pt on MgO (100). The Journal of Physical Chemistry B, 102(8), 1430-1436. https://doi.org/10.1021/jp972626q
- Lu, T., & Chen, F. (2012a). Atomic dipole moment corrected Hirshfeld population method. Journal of Theoretical and Computational Chemistry, 11(01), 163-183. https://doi.org/10.1142/S0219633612500113
- Lu, T., & Chen, F. (2012b). Multiwfn: A multifunctional wavefunction analyzer. Journal of computational chemistry, 33(5), 580-592. https://doi.org/10.1002/jcc.22885
- Machado, M., Mota, R., & Piquini, P. (2003). Electronic properties of BN nanocones under electric fields. Microelectronics journal, 34(5-8), 545-547. https://doi.org/10.1016/S0026-2692(03)00044-2
- Majidi, R., & Tabrizi, K. G. (2010). Study of neon adsorption on carbon nanocones using molecular dynamics simulation. Physica B: Condensed Matter, 405(8), 2144-2148. https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.01.122
- Mayer, I. (1983). Charge, bond order and valence in the AB initio SCF theory. Chemical Physics Letters, 97(3), 270-274. https://doi.org/10.1016/0009-2614(83)80005-0
- Mayer, I., & Salvador, P. (2004). Overlap populations, bond orders and valences for ‘fuzzy’atoms. Chemical Physics Letters, 383(3-4), 368-375. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2003.11.048
- Mirzaei, M., Yousefi, M., & Meskinfam, M. (2012). Chemical shielding properties for BN, BP, AlN, and AlP nanocones: DFT studies. Superlattices and Microstructures, 51(6), 809-813. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2012.03.028
- Saadh, M., Amin, A., Farhadiyan, S., Sadeghi, M., Shahrtash, S., Maaliw III, R., Hanaf, A. S., Kiasari, B. A., Da'i, M., & Mirzaei, M. (2023). Sensing functions of an iron-doped boron nitride nanocone towards acetaminophen and its thio/thiol analogs: A DFT outlook. Diamond and Related Materials, 133, 109749. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.109749
- Sripirom, J., Noor, S., Köhler, U., & Schulte, A. (2011). Easily made and handled carbon nanocones for scanning tunneling microscopy and electroanalysis. Carbon, 49(7), 2402-2412. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.02.007
- Yu, S.-S., & Zheng, W.-T. (2010). Effect of N/B doping on the electronic and field emission properties for carbon nanotubes, carbon nanocones, and graphene nanoribbons. Nanoscale, 2(7), 1069-1082. https://doi.org/10.1039/C0NR00002G
- Zhi, C., Bando, Y., Tang, C., & Golberg, D. (2005). Electronic structure of boron nitride cone-shaped nanostructures.
Physical Review B, 72(24), 245419. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.245419
)