Mohammed Mohammed Esmail Alezzi2022-05-182022-05-184504https://drepo.sdl.edu.sa/handle/20.500.14154/3059في هذه الرسالة العلمية تم توظيف طرق حسابية فيزيائية في ثلاث دراسات مختلفة لغرض تصميم مركبات نانومترية جديدة كي تستخدم في صناعة أجهزة استشعار بعض الغازات ذات الأهمية البيئية والاقتصادية. كل الطرق الحسابية المستخدمة هي طرق تابعة لميكانيكا الكم. تم استخدام الطرق الحسابية لدراسة ثلاث مركبات نانومترية جديدة من أجل فحص إمكانية استخدمها في أجهزة استشعار الغازات. الدراسة الأولى تتضمن بحث عمليات التصاق جزيئات ثاني أكسيد الكربون على سطح الجرافين والكربون نانو تيوب, مع وبدون إضافة ذرات الحديد باستخدام نظرية ال self-consistent-charge density-functional tight-binding والتي يرمز لها بالاختصار (SCC-DFTB). وقد أظهرت الدراسة المقارنة حساسية الكربون نانوتيوب ac-CNT-Fe المطعم بذرات الحديد تجاه عدة غازات وهي الأكسجين و النيتروجين والهيدروجين وبخار الماء و أول أكسيد الكربون بالإضافة لثاني أكسيد الكربون أن المادة النانومترية المركبة الجديدة حساسة وانتقائية فقط تجاه أول وثاني أكسيد الكربون بالإضافة لبخار الماء. أما الدراسة الثانية فقد تضمنت بحث قدرة أشرطة الجرافين graphene nanoribbons (GNR) على استشعار غاز ثاني أكسيد الكربون. في هذه الدراسة استخدمنا density functional theory بالإضافة ل nonequilibrium Green’s function formalism لبحث تغير خصائص أشرطة الجرافين المطعمة بالحديد بعد تعرضها لالتصاق غاز ثاني أكسيد الكربون على سطحها. تم إضافة ذرة الحديد لشريط الجرافين بطريقتين: إما على السطح بالاتصاق (aFe-graphene) أو بطريقة تعويضية بعد إزالة ذرة كربون وإبدالها بذرة الحديد (sFe-graphene) . وقد وجدنا - كما هو معلوم - أن التطعيم بذرات المعادن يعمل على إضعاف التوصيل الإلكتروني للجرافين نتيجة تمركز الإلكترونات بالقرب من الشوائب المضافة للجرافين. وجدنا أيضا أن إضافة الحديد على سطح أشرطة الجرافين يضعف التوصيل الإلكتروني أكثر مما يحدث في حالة إضافة الحديد بالإبدال. على العكس من ذلك , فإن غاز ثاني أكسيد الكربون له القدرة على تغيير خصائص أشرطة الجرافين المدعمة بالحديد بطريقة الإبدال بمقدار كبير في حالة المقارنة مع ال (aFe-graphene) . و يجدر الإشارة بإن الجرافين بدون إضافات لا يستطيع استشعار غاز ثاني أكسيد الكربون. ونريد التنويه بإن نتائج دراستنا الثانية من الممكن توظيفها في تطوير أجهزة استشعار قائمة على مادة الجرافين. أما دراستنا الثالثة فقد هدفت لبحث التصاق غاز الهيدروجين على مادة الزنك أكسيد النانومترية ذات الدرجة الثانية ZnO-2d باستخدام نظرية ال (SCC-DFTB) . في هذه الدراسة بحثنا النشاط الكيميائي لخمسة مواقع التصاق على سطح ال ZnO-2d وهي (أ) فوق ذرة الزنك (ب) فوق ذرة الأكسجين (ج) فوق الرابطة (د) في المواقع الجوفاء بالإضافة ل (هـ) مواقع ذرات الأكسجين الشاغرة. أظهرت نتائجنا أن الالتصاق الكيميائي يحصل فقط في حالة وضع جزيئات الهيدروجين فوق ذرات الأكسجين. في هذه الحالة فإن جزيئات الهيدروجين تتحلل إلى ذرتين منفصلتين. أما الدور الذي تعلبها مواقع الأكسجين الشاغرة فهو إضافة electronic states جديدة تعمل على زيادة كثافة الناقلات السالبة مما يؤدي تشكيل degenerate n-type ZnO . بما أن دراستنا الثالثة أظهرت تحسن في التوصيل الكهربي وزيادة في قدرته على التفريق بين عدد جزئيات الهيدروجين الملتصق على السطح فإن نستطيع القول بإنZnO-2d مادة مناسبة للاستخدام في أجهزة استشعار الهيدروجين.enThesis