دانلود پایان نامه درمورد شبیه سازی، نرم افزار، تحقیقات بنیادی

چون پروتئین های ضد میکروب تمایل زیادی به اتصال به رشته های باکتریایی مهم را دارند می توان استفاده پزشکی آنها را نیز مد نظر قرار داد و نکته دیگر اینکه انواع مختلفی از آنها را می توان در طبیعت پیدا کرد.
در فصل اول این پایان نامه به بررسی ویژگی های گرافن، ساختار، تاریخچه، روش های تولید، خواص و کاربردهای گرافن پرداخته شده است.
3.Tersoff
در فصل دوم ویژگی های اسید آمینه ها که ساختار پروتئین ها را تشکیل می دهند را بررسی خواهیم کرد و در ادامه به توضیح چند مدل از آب که در شبیه سازی می توان استفاده کرد خواهیم پرداخت.
در فصل سوم به دینامیک مولکولی خواهیم پرداخت شبیه سازی دینامیک مولکولی روشی مناسب برای مدل سازی میکروسکوپی در مقیاس اتمی و مولکولی فراهم می کند.
در فصل چهارم نرم افزار ها و پتانسیل هایی را که استفاده کرده ایم، را توضیح خواهیم داد. در اینجا ابتدا پتانسیل ترسوف و لنارد-جونز [8] و میدان نیروی چارم 27 را توضیح می دهیم و بعد نرم افزار لمپس را که برای شبیه سازی دینامیک مولکولی هست و سپس نرم افزار پکمول را که برای ایجاد پیکربندی اولیه کاربرد دارد را توضیح می دهیم.
در فصل پنجم به توضیح شبیه سازی و نتایج آن می پردازیم. روش هایی را که استفاده کرده ایم را خواهیم گفت و سپس نتایج حاصل از شبیه سازی را توضیح می دهیم. فاصله متوسط پروتئین از گرافن، انرژی واندروالسی برهمکنشی بین گرافن و پروتئین بر حسب زمان، آبدوستی و آبگریزی اسیدهای آمینه پروتئین، شعاع ژیراسیون پروتئین بر حسب زمان و مساحتی که پروتئین بیشترین زمان را روی گرافن می گذارد از جمله کمیت هایی هستند که محاسبه شده اند و در نهایت به نتیجه گیری از این شبیه سازی ها خواهیم پرداخت.
فصل اول :
گرافن
1-1- مقدمه:
گرافن نام یکی از آلوتروپ‌های کربن است.در گرافیت (یکی دیگر از آلوتروپ‌های کربن)، هر کدام از اتم‌های چهار ظرفیتی کربن، با سه پیوند کووالانسی به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌اند و یک شبکه گسترده را تشکیل داده‌اند. این لایه خود بر روی لایه‌ای کاملاً مشابه قرار گرفته‌ است و به این ترتیب، چهارمین الکترون ظرفیت نیز یک پیوند شیمیایی داده‌ است، اما این پیوند این الکترون چهارم، از نوع پیوند واندروالسی است که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایه‌های گرافیت به راحتی بر روی هم سر می‌خورند و می‌توانند در نوک مداد به کار بروند. گرافن ماده‌ای است که در آن تنها یکی از این لایه‌های گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترون پیوندی کربن، به عنوان الکترون آزاد باقی مانده ‌است. هر چند نخستین بار در سال 1947 فیلیپ والاس درباره ی گرافن نوشت و سپس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفته بود اما قضیه‌ای به نام قضیه ی مرمین- واگنر در مکانیک آماری و نظریه ی میدان‌های کوانتومی وجود داشت که ساخت یک ماده ی دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار می‌دانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، آندره گایم و کنستانتین نووسلف، از دانشگاه منچستر موفق به ساخت این ماده شده و نشان دادند که قضیه ی مرمین- واگنر نمی‌تواند کاملاً درست باشد. جایزه ی نوبل فیزیک ۲۰۱۰ نیز به خاطر ساخت ماده‌ای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت[9].
1-2- معرفی گرافن:
گرافن ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی می‌باشد(شکل 1-1). گرافن به علت داشتن خواص فوق العاده در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک پذیری حامل‌های بار، رسانندگی اپتیکی[10] و خواص مکانیکی[11] به ماده‌ای منحصر بفرد تبدیل شده است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکان در نسل بعدی قطعه‌های فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده است و از این رو توجه کم سابقه‌ای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده است. طول پیوند کربن ـ کربن در گرافن در حدود142/0نانومتر است. ساختار زیر بنایی برای ساخت نانو ساختارهای کربنی، تک لایه گرافن است که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل می‌دهند که بر هم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصله بین صفحه‌ای 335/0 نانومتر می‌باشد. اگر تک لایه گرافیتی حول محوری لوله شود نانو لوله کربنی شبه یک بعدی واگر به صورت کروی پیچانده شود فولرین شبه صفر بعدی را شکل می‌دهد. لایه‌های گرافنی از ۵ تا ۱۰ لایه را به نام گرافن کم لایه و بین ۲۰ تا ۳۰ لایه را به نام گرافن چند لایه، گرافن ضخیم و یا نانو بلورهای نازک گرافیتی، می‌نامند. گرافن خالص تک لایه ازخود خواص شبه فلزی نشان می‌دهد [12].درگرافن طیف حامل‌ها شبیه به طیف فرمیون‌های دیراک بدون جرم می‌باشد و به علاوه کوانتش ترازهای لاندائو، اثر کوانتومی هال صحیح وکسری، در این سامانه باعث شده است که توجه بسیاری از فیزیکدان‌ها از حوزه‌های مختلف فیزیک به آن جلب شود.
(شکل1-1):ساختار شبکه شش ضلعی گرافن
علاوه بر این‌ها خصوصیات سامانه‌های گرافن بطور مستقیم به تعداد لایه‌های گرافن موجود در سامانه مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال، گذردهی نوری برای گرافن تک لایه تقریباً برابر با ۹۷ درصد ومقاومت صفحه آن ۲/۲ می‌باشد وگذردهی نوری برای گرافن‌های دو لایه، سه لا یه و چهار لایه به ترتیب ۹۵، ۹۲ و ۸۹ درصد با مقاومت صفحه به ترتیب 100، ۷۰۰ و ۴۰۰ است که نشان دهنده آن است که با افزایش تعداد صفحات گرافن گذردهی نوری سامانه کم می‌شود.
خواص منحصر بفرد گرافن آن راکاندیدای بسیار مطلوبی برای طراحی نسل بعدی قطعه‌های الکترونیکی و نوری همچون ترانزیستورهای بالستیک، ساطع کننده‌های میدان، عناصر مدارهای مجتمع، الکترودهای رسانای شفاف و حسگرها قرار داده است. همچنین رسانندگی الکتریکی و گذردهی نوری بالای گرافن، آن را به عنوان کاندیدی مناسب برای الکترودهای رسانای شفاف، که مورد استفاده در صفحه‌های لمسی و نمایشگرهای بلوری مایع و سلول‌های فوتوالکتریک و به علاوه دیودهای آلی ساطع کننده نور4 معرفی می‌کند. بکار گیری بسیاری از این سامانه‌های اشاره شده منوط به داشتن تک لایه گرافنی پایدار بر روی زیر لایه مناسب با گاف انرژی قابل کنترل می‌باشند که این موضوع خود با چالش جدی روبروست.
4.OLED
1-3-تاریخچه کشف گرافن
اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال 1986 معرفی شد که از ترکیب کلمه ی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای5اشاره دارد ایجاد شد. این نام برای توصیف یک تک لایه از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت6مورد استفاده قرار گرفت (شکل 1-2) ترکیبات بین لایه ای گرافیت را نشان می دهد. هر چند که این مفهوم به طور تئوری نخستین بار در سال 1947 توسط فیلیپ والاس به عنوان یک نقطه شروع برای درک خواص الکترونیکی گرافیت سه بعدی مطرح شد[13]پس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفت اما قضیه‌ای به نام قضیه ی مرمین-واگنر درمکانیک آماری و نظریه ی میدان‌های کوانتومی (بر اساس علم فیزیک) وجود داشت که ساخت یک ماده ی دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار و صرفاً یک ماده نظری می‌دانست.
شکل (1-2): ترکیبات بین لایه ای گرافیت7
همین مسئله باعث شد با وجود اینکه این ماده توسط افرادی ساخته شده بود در طی سال ها همچنان
ناشناخته باقی بماند و تا سال 2004 هیچگونه توجهی به بررسی خصوصیات گرافن نشود.
5- Polycyclic
Graphite Intercalation Compound- 6
graphite intercalation compounds-7
در طی سال ها تک لایه هایی از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت با میکروسکوپ الکترونی عبوری دیده شدند. ساختارهایی که در واقع اکسید گرافن (ورقه ی ازگرافن که با گروه های هیدروکسیل و اپوکسید پوشیده شده است) یا اکسید گرافن کاهش یافته8 بودند که با میکروسکوپ الکترونی عبوری ( اکسید گرافن توسط روئس و ووگت، 1948 و اکسید گرافن کاهش یافته توسط بوئم و هوفمن، دیده شدند. ساخت گرافن اکسید به سال 1859 بر می گردد. با قرار دادن گرافیت در اسیدهای قوی، ماده ای بدست آمد که در آن زمان کربونیک اسید نام گرفت [14]. برودی تصور می کرد که فرم جدیدی از کربن با وزن مولکولی 33 به نام گرافون کشف کرده است. ولی در واقع بعدها مشخص شد که او یک سوسپانسیون از بلورهای کوچک گرافن اکسیدساخته است (شکل 1-3- الف) [15] . در سال 1948، روئس و ووگت میکروسکوپ الکترونی عبوری را به کار بردند و بعد از خشک کردن یک قطره از سوسپانسیون گرافن اکسید بر روی گرید2، تکه هایی با ضخامت کمتر از چند نانومترمشاهده کردند [16] . در سال 1962 بوئم و هوفمن جستجوی زیادی برای پیدا کردن نازکترین قطعه از گرافن اکسید کاهش یافته انجام دادند و تعدادی تک لایه پیدا کردند (شکل 1-3- ب) [17] .
ولی این مشاهدات تا سال های 2009 الی 2010 توجه زیادی به خود معطوف نکرد. در واقع بوئم و هوفمن در تشخیص سال 1962 به کانتراست نسبی9استناد کرده بودند که روشی است که پایه ی تحقیقات دقیق امروز نمی باشد.
با این وجود، امروزه کار بوئم و هوفمن (1962) به عنوان اولین مشاهده ی ورقه های گرافن با میکروسکوپ الکترونی عبوری در نظرگرفته می شود. با شروع دهه ی 1970، گرافن تک لایه برای اولین بار بر روی سطح مواد دیگر با استفاده از روش رشد همبافته10تولید شد[18] . این گرافن ایجاد شده شامل یک شبکه شش ضلعی از اتم های کربن پیوند شده با هیبریدsp2 با ضخامت یک اتم بود. فیلم رشد یافته معمولاً با استفاده از روش های علمی سطح، تجزیه و تحلیل می شد که در واقع در ناحیه ی بزرگی متوسط گیری می شد و هیچگونه بحثی در مورد کیفیت و پیوستگی این لایه ها نمی شد.
8.Reduced Graphene Oxide
9.TEM
Epitaxial Growth10.
شکل(1-3-الف): سوسپانسیون ساخته شده به وسیله ی برودی و(1-3-ب): تصویر از تکه ی خیلی نازکی از گرافیت اکسید کاهش یافته در سال 1962 [19]
با این حال، در بعضی موارد انتقال بار قابل توجه از بستر به گرافن رشد یافته و در برخی موارد، هیبریداسیون بین اوربیتال d از اتم بستر و اوربیتال π از گرافن اتفاق می افتاد. این به طور قابل توجهی منجر به تغییر ساختار الکترونیکی گرافن رشد یافته می شد [20].
همچنین با شروع سال 1990 تلاش های بسیاری برای ایجاد فیلم های بسیار نازک از گرافیت با خراش دادن و یا مالش گرافیت در برابر یک سطح دیگر (ورقه شدن میکرومکانیکی) انجام شد اما در طول این سال ها (تا سال 2004) هیچ ماده ی کربنی نازک تر از 50 تا 100 لایه تولید نشد.
در سال 2000، کیم و همکارانش روش ورقه شدن میکرومکانیکی را تا حدی اصلاح کردند و یک مداد با تکنولوژی بالا11ایجاد کردند. آنها یک میکروکریستال از گرافیت را به بازوی تیرک یک میکروسکوپ نیروی اتمی12متصل کردند و نوک این میکروکریستال را در طول یک ویفر سیلیکون (شبیه به نوشتن با یک مداد) خراش دادند. با این روش ماده ای به ضخامت چند ده لایه ی اتمی بدست آمد و مواد بدست آمده در واقع گرافیت نازک بود، نه گرافن (شکل1-14) به این ترتیب کسی واقعاً انتظار نداشت که چنین ماده ای (گرافن) درطبیعت وجود داشته باشد این فرض بدبینانه تا سال 2004 باقی ماند.
11.Nanopencil
12.AFM
(شکل1-4- الف): نانومداد(شکل 1-4- ب):تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از گرافن ضخیم [21]
در سال 2004، یک گروه از فیزیکدانان از دانشگاه منچستر بریتانیا به رهبری آندره گایم و کنستانتین نووسلف تغییری در

مطلب مشابه :  دانلود پایان نامه ارشد با موضوعسلامت روانی، سلامت روان، سازگاری زناشویی