Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Անագի երկօքսիդի մակերևույթի վրա գազերի ադսորբցիայի հետազոտումը խտության ֆունկցիոնալ տեսությամբ

Զաքարյան, Հայկ Աշոտի (2017) Անագի երկօքսիդի մակերևույթի վրա գազերի ադսորբցիայի հետազոտումը խտության ֆունկցիոնալ տեսությամբ. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (4Mb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (713Kb) | Preview

      Abstract

      Տեխնոլոգիապես արագ զարգացող աշխարհում օր օրի ավելի պահանջված է դառնում ստեղծել ավելի ճշգրիտ և արագագործ սարքեր։ Այս պահանջարկը վերաբերվում է նաև սենսորային տեխնոլոգիաներին։ Սենսորները կատարելագործելու համար անհրաժեշտ է լավացնել զգայունությունը, ընտրողունակությունը, ընկալման ժամանակը և այլն։ Սակայն սենսորների պարամետրերի կատարելագործումը բարդ խնդիր է, և երբեմն այն պահանջում է նոր նյութերի հայտնագործում, ինչպես նաև գազերի գրանցման ժամանակ տեղի ունեցող երևույթների, ընդհուպ մինչև ատոմային չափերում տեղի ունեցող պրոցեսների, տեսական մոդելավորում և բացատրում։ Խտության ֆունկցիոնալ տեսությունը (ԽՖՏ) ստեղծելու համար Վ. Կոնին 1998թ. շնորհվել է Նոբելյան մրցանակ: ԽՖՏ-ն օգտագործվում է ատոմային չափային համակարգերում տեղի ունեցող պրոցեսները նկարագրելու և հետազոտելու համար։ Նրա միջոցով կարելի է տեսականորեն մոդելավորել թե ինչպես է գազի մոլեկուլը փոխազդում կիսահաղորդչային զգայուն նյութի հետ, մասնավորապես, հաշվել լիցքերի փոխանակումը, որով կարելի է կանխագուշակել տվյալ նյութով պատրաստված սենսորի զգայունության աճը կամ նվազումը։ ԽՖՏ֊ի միջոցով մոդելավորումը հնարավորություն է տալիս տեսական հաշվարկներ կատարելով կանխագուշակել սենսորի զգայունությունը, ինչը և արդիականացնում է տեսական մոդելավորման հետազոտությունը։ Սենսորի պարամետրերի վրա մեծ ազդեցություն ունի զգայուն նյութի մակերևույթի կառուցվածքը, ինչպես մակրոչափային, այնպես էլ միկրոչափային կառուցվածքը։ Ակտիվ նյութի կառուցվածքը կարող է փոխվել և խառնուրդների ազդեցության տակ և մակերևույթի տարբեր ուղղություններում, օրինակ՝ (110), (100), (101), (001)։ Փորձնական հետազոտությունով շատ դժվար և երկարատև է որոշել մակերևույթի կառուցվածքի ազդեցությունը սենսորի պարամետրերի վրա, հետևաբար, շատ արդիական խնդիր է տեսականորեն կանխագուշակել նոր կառուցվածքները և նրանց ազդեցությունը սենսորի պարամետրերի վրա։ Այս խնդիրը կարող է լուծվել օգտագործելով խտության ֆունկցիոնալ տեսությունը։ Խտության ֆունկցիոնալ տեսության միջոցով հաշվարկներ կատարելու համար ստեղծվել են բազմաթիվ համակարգչային ծրագրեր: Մեր կատարած հաշվարկները կատարվել են VASP (Vienna ab initio Simulation Package) ծրագրային փաթեթով, որի հիմնական առավելությունը նրա արագագործությունն է: Սակայն միայն ԽՖՏ-ի հաշվարկ կատարելը բավարար չէ, որպեսզի կանխագուշակելւ մակերևույթների կառուցվածքը, քանի որ հնարավոր կառուցվածքների քանակը հասնում է աստղաբաշկանան թվերի` նույնիսկ 10 ատոմների դեպքում: Այս մեծ քանակությամբ հնարավոր կառուցվածքներից ամենակայունը արագ գտնելու համար օգտագործվել է USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography) ծրագրը, որը աշխատում է էվոլուցիոն ալգորիթմով: Կատարելով է ԽՖՏ-ի և USPEX –ի հաշվարկներ, հնարավոր եղավ լուծել վերը նշված արդիական խնդիրները` տեսականորեն ուսումնասիրել ադսորբցիայի պրոցեսը, կանխագուշակել սենսորների զգայուն նյութերի մակերևույթային կառուցվածքները, նրանց ազդեցությունը սենսորների պարամետրերի վրա: Ниже приведены основные выводы из результатов исследований. В результате адсорбции молекулы СО на (110) и (100) поверхности полупроводника диоксида олова, образовывается молекула CO2, что соответствует механизму Марсаван Кревелена. Этот процесс был проверен экспериментальными и теоретическими работами и доказывает правильность наших расчетов. Адсорбция на (101) поверхности не подчиняется механизму Марсаван Кревелена, так как молекула СО взоимодействуя с поверхностю связывается с ней и не образует CO2. Адсорбция на (001) поверхности тоже не подчиняется механизму Марса-ван Кревелена. При ML=0.5 СО остается связанным с поверхностю и передает 2 электрона. При ML=1 только одна молекула СО может связаться с поверхностью, а другая остается на росстоянии 2.7Å от нее. Поверхности (101) и (001) могут быть более чувствительным материалом, так как реактивность к СО выше. Для молекул водяных паров энергетически более выгоднее диссоциироваться, чем адсорбироваться как целая молекула. Это утверждение имеет место для всех поверхностей. Исспользуя теорию функционала плотности, было найдено самая стабильная структура при разных внешних условиях. Для каждой поверхности была расчитана диаграмма стабильности. Для вакансии кислорода энергетически более выгоднее, чтобы она возникла в близи легированного атома кобальта на том же октаэдре. При легировании 12.5 и 18.75 % атомных процентов порядочность атомов в ячейке уменьшается, что и является основной причиной ухудшения параметров сенсоров. При разных внешних условиях структура поверхности полупроводника диоксида олова меняется. В случае низкого химпотенциала количество вакансии на поверхности увеличивается. При легировании 3.125 %, поверхность становится более чувствительной к водороду, чем нелегированная поверхность. The main results of the dissertation are the following: As the result of the CO adsorption on the (110) and (100) surfaces of tin dioxide, the CO2 molecule forms, which is in accordance with the Mars-van Krevelen mechanism. This process is also observed in experimental and theoretical works and claims the correctness of our results. The adsorption process on the (101) surface is not following the Mars-van Krevelen mechanism, because of CO molecule binds with surface and does not form the CO2 molecule. The adsorption process on the (001) surface is not following the Mars-van Krevelen mechanism, too. In the case of ML=0.5, CO molecule stays bound with surface and gives 2 electrons. In the case of ML=1, only one molecule binds with the surface, and the second one does not exchange any electron with the surface, remaining at the 2.7Å distance from it. (101) and (001) can be more sensitive surfaces in the sensor devices, because of their reactivity to CO gas is higher than on the (110) and (100) surfaces. For water molecules in gas phase, it is favorable to dissociate during adsorption than adsorb as the whole molecule. This statement is true for all surface orientations. The most stable adsorption structures were found in the different environmental conditions. Stability diagram was calculated for each surface, orientation. It is energetically favorable for oxygen vacancy to occur at the nearest place to cobalt atom. The vacancy forms on the same octahedral.The structure order of tin dioxide cell is decreased in the case of 12.5 and 18.75% (in atomic percents) cobalt doping. In the different environment conditions, surface structure changes. The number of oxygen vacancies is increased. The surface is more sensitive to hydrogen molecule, in the case of 3.125 % cobalt doping, than in the undoped case.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Исследование адсорбции газов на поверхности диоксида олова с помощью теории функционала плотности. Investigation of gas adsorption on the tin dioxide surface using density functional theory.
      Uncontrolled Keywords: Закарян Айк Ашотович, Zakaryan Hayk Ashot
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 22 Nov 2017 18:31
      Last Modified: 23 Nov 2017 16:12
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/5997

      Actions (login required)

      View Item