Skip to main content
SUPERVISOR
Mojtaba Alaei,Mehdi Ranjbar,Seyed Javad Hashemifar
مجتبی اعلائی (استاد راهنما) مهدی رنجبر (استاد مشاور) سید جواد هاشمی فر (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammad Mahdi Davari Esfahani
محمدمهدی داوری اصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Determination of Optical Properties of Tungsten Trioxide Clusters and Deviation of Incorporation of Hydrogen on Optical Properties with Time Dependent Density Functional Theory
: Time Dependent Density Functional Theory as a powerful tool for obtaining optical spectra of diversity of molecular systems is gaining day-to-day popularity for the aim of simulation . Recently , there is a great concern among scientists on employing this tool for simulation of optical spectra of atomic and molecular systems . Since obtained optical spectra of this method has a great agreement with experimental result , most of developers are encouraged to have this type of calculation in their packages . Different studies demonstrated that Tungsten Trioxide shows a great change in its properties in the presence of the first row elements of periodic table such as Hydrogen , Sodium and so forth . The most momentous change within these various alteration is optical properties . In accordance with its great usage in industry , it is an on-the-table subject that has been used in making smart-windows (windows with changeable traarency) , mirrors with changeable reflection and so forth . In this study , first , the most stable structures of tungsten trioxide clusters have been obtained by checking the relative stability of different clusters with different criteria by employing Time Dependent Density Functional Theory and taking advantages of some computational packages like : Octopus , Quantum-Espresso and FHI-aims . Then by exploiting OCTOPUS package , optical absorption spectra of the clusters have been studied . It has been found that optical properties of Tungsten Oxides clusters are size dependent . In this package there are two different method for determining optical properties which both have some flaw and flair . Moreover , Since the burden of calculation was heavy and for coming sure about our results , we started to investigate these properties with the new Liouville-Lanczos method (perturbative method) which is recently written in Quantum-Espresso . All these three methods showed a great consensus that is rewarding . In addition , optical gap of clusters have been obtained and its behaviour has been reviewed as a function of size . As it is mentioned before , alteration of optical properties in presence of Hydrogen is well known , therefore , we started to incorporate our clusters with H . First , it was essential to find the best position for Hydrogen , thus different position have been verified by determining its adsorption energy . As it is anticipated the best position for Hydrogen in (WO_3)_n , 1 lt;5 is terminal Oxygen and for (WO_3)_6 is bridge Oxygen . The corollary was a red shift in optical spectra and all of optical gap have been largely decreased . Before adding Hydrogen , the spectra did not have any peak in visible span , that it means our clusters are traarent but after incorporation of Hydrogen in these clusters , there appeared some absorption peaks in visible span which means the traarency is gone and our materials are opaque now . In general , clusters' color have changed to blue but still the color of them is size dependent and by varying size there is an infinitesimal change in their color . In all of the clusters , the 6 th one is completely different from smaller clusters and rather resemble the bulk by having some bulk-like properties that make this cluster due of importance .
نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان در حال بدست آوردن محبوبیت رو به فزون به عنوان یک روش قدرتمند برای شبیه سازی عددی طیف های اپتیکی در سیستم های مولکولی متنوع به کار می‌رود. اخیرا توجه دانشمندان به بهره‌گیری از این نظریه در شبیه‌سازی‌ طیف‌های اپتیکی اتمی و مولکولی معطوف شده و به علت دقت نسبتا خوب نتایج حاصله از آن، اکثر نویسندگان بسته‌های محاسباتی را بر آن داشته تا محاسبات مبتنی بر این معادلات را در بسته‌های خود قرار دهند. تحقیقات مختلف نشان داده که تنگستن اکساید در حضور عناصر گروه اول جدول تناوبی از جمله هیدروژن و سدیم و ... تغییر خواص به همراه داشته و از جمله‌ی مهمترین این تغییرات می‌توان به تغییر خواص اپتیکی اشاره نمود. از آنجایی که تغییر خواص اپتیکی مواد در صنعت جایگاه ویژه‌ای داشته، می‌توان به کاربردهای کلیدی این ماده در ساخت پنجره‌های هوشمند (پنجره‌هایی با میزان عبور متغیر)، آیینه‌های با میزان بازتاب متغیر و ... اشاره نمود. در این تحقیق با استفاده از رهیافت نظریه‌ی تابعی چگالی وابسته به زمان و بهره‌گیری از بسته‌های محاسباتی مبتنی بر این نظریه از جمله اختاپوس، کوانتوم-اسپرسو و FHI-aims ابتدا به بررسی ساختارهای پایدار نانوخوشه‌های اکسید تنگستن پرداخته و پایداری نسبی آنها به کمک چند معیار بررسی شدند. سپس با بهره‌گیری از بسته‌ی محاسباتی اختاپوس به بررسی طیف جذب اپتیکی این نانوخوشه‌ها پرداخته و نشان دادیم که رفتار اپتیکی این ساختارها وابسته به ابعاد می‌باشند. در این بسته دو روش متفاوت برای بررسی خواص اپتیکی وجود دارد که هر کدام مزایا و معایبی دارند. سپس به دلیل سنگین بودن محاسبات و برای اطمینان از صحت نتایج، از محاسبات وابسته به زمان اختلالی و روش لیوویل-لنکشوز که اخیرا در بسته‌ی محاسباتی کوانتوم-اسپرسو نوشته شده استفاده نمودیم و نشان دادیم نتایج حاصله از این سه روش همخوانی خیلی خوبی با هم داشتند و در ادامه به بررسی گاف اپتیکی نانوخوشه‌ها پرداخته و تغییر رفتار گاف به ازای تغییر ابعاد بررسی شدند. همانطور که گفته شد تغیییر خواص اپتیکی این ماده قابل توجه بوده از این رو این تغییرات به ازای عنصر هیدروژن بررسی شدند. برای بررسی اثر ترکیب هیدروژن ابتدا باید تمام جایگاه‌های ممکن برای جذب این اتم را بررسی کرد و ساختار پایدارتر یا به عبارتی ساختاری که انرژی جذب هیدروژن بیشینه است را انتخاب نماییم؛ مشاهده شد گاف اپتیکی پس از ترکیب برای همه‌ی ساختارها کاهش یافته و در طیف جذب شیفتی به سمت قرمز پدیدار شد. نداشتن جذب در ناحیه‌ی مرئی طیف حاکی از شفاف بودن ماده داشته که پس از ترکیب هیدروژن پیک‌های جذب در این ناحیه ایجاد شده و بدین معنی که ماده کدر شده و تغییر خواص مورد انتظار را به همراه دارد. در حالت کلی رنگ نانوخوشه‌ها به سمت آبی شیفت پیدا کرده ولی همچنان رنگ آنها با افزایش ابعاد تغییر محسوسی دارند. در تمامی این ساختارها، ساختار ششم تفاوت بسیار زیادی با ساختارهای دیگر و شباهت قابل توجهی با انبوهه‌ی ماده دارد که اهمیت این نانوخوشه‌ را دوچندان می‌کند. کلمات کلیدی : نظریه‌ی تابعی چگالی وابسته به زمان، تنگستن اکساید، خواص اپتیکی، طیف جذب اکسید فلزات واسطه، انتشارگر زمانی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی