نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• حسین حسن بوذری ¹
• لاله فرهنگ متین ²
• رسول ملک فر ²
• عزیزاله شفیع خانی ³

¹ 1. دانشکده‌ی علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال، صندوق پستی: 1651153311، تهران ـ ایران

² 2. دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، صندوق پستی: 175-14115، تهران ـ ایران

³ 3. گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه الزهراء، صندوق پستی: 1993893973، تهران ـ ایران

چکیده

با توجه به کاربردهای فراوان و مختلف نانولوله­های کربنی آلاییده به بور، ارتعاشات مولکولی مرتبط با عنصر بور در نانو لوله­ی کربنی آلاییده به بور به سه روش تجربی، محاسباتی و شبیه­سازی شناسایی شد. در بررسی تجربی، طیف رامان نانولوله­ی­ کربنی خالص و آلاییده به بور ثبت و مدهای حساس به رامان به ارتعاشات خاص ذیربط نسبت داده شد. در روش محاسباتی، بسامدهای ارتعاشی C-C و  C-B(زنجیره کربنی خالص و آلاییده به بور) با مدل نوسان­گر هماهنگ ساده، شبیه­سازی و جابه­جایی بسامد ارتعاشی به بسامدهای کوچک­تر مشاهده شد. در نهایت با روش
شبیه­سازی، بسامدهای ارتعاشی مولکول‌های کربن- کربن و کربن- بور با استفاده از نرم­افزار گاوسی مورد مطالعه قرار گرفت. بسامد مد ارتعاشی D وقتی بور کم­تر از 3 درصد باشد به مقدار  به بسامدهای کوچک­تر جابه­جا می­شود (1336 cm^-1 ® 1328 cm^-1). آلاییدگی نانولوله­ی کربنی با درصدهای بین 4 تا 10 درصد بور، بسامد مد­های ارتعاشی را به مقدار  به عددهای موج بالاتر جابه­جا می­کند (1328 cm^-1® 1346 cm^-1). رابطه­ی  (نسبت ترکیبات کربنی بی­شکل و مواد غیرکربنی در ساختار گرافیتی نمونه) با میزان آلاییدگی نانولوله­ی کربنی با بور افزایش می­یابد(5_/1®75_/0). نتایج تغییرات شدت و بسامدهای مد­های ارتعاشی D و G با دقت قابل قبولی با روش­های تجربی، محاسباتی و شبیه­سازی مورد تأیید  قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

• طیف رامان
• نانولوله‌ی کربنی
• بور
• آلاییدن

20.1001.1.17351871.1397.39.2.4.1

عنوان مقاله [English]

Investigation of Raman Spectra of B-Doped Carbon Nanotubes by Experimental, Computational and Simulation ‎Methods

نویسندگان [English]

• H H. Bouzari ¹
• L F. Matin ²
• R Malekfar ²
• A Shafiekhani ³

چکیده [English]

In this paper due to the abundant and also different applications of carbon nanotubes doped with boron, molecular vibrations related to boron element were identified and investigated in B-doped carbon nanotubes by experimental, computational and simulation ‎methods. In the experimental approach, Raman spectra of MWCNTs and B- doped MWCNTs were recorded and the Raman active modes assigned to the relevant specific vibrations. In the computational approach, the vibrational frequencies of C-C and C-B (pure carbon chains and doped with boron) oscillators were simulated using simple harmonic oscillator model and shift of vibrational frequencies toward lower wavenumbers was observed. Finally, by software simulation approach, vibrational frequencies of carbon-carbon and carbon-boron were investigated using the Gaussian software. The D- band intensity increased as the boron concentration reached to 3% while the center of the peak downshifted by 8 cm^-1 (1336 cm^-1 ® 1328 cm^-1). Doping of carbon nanotubes with the boron concentration in the range of 4 to 10% upshifted the D- band central position by 18 cm^-1 (1328 cm^-1® 1346 cm^-1). The I_D-I_G ratio (the intensity of the disorder D mode divided by the intensity of the graphite G mode) was increased by B-doping of carbon nanotubes (0.75®1.5). In conclusion, the results of the present article reveals that the intensity and frequency variations of D and G modes in the pure and the B doped MWCNT structures were approved with acceptable accuracy by the experimental, computational and simulation methods.

کلیدواژه‌ها [English]

• Raman Spectroscopy
• Carbon Nanotubes
• Boron
• Doping