چکیدهدر این رساله ما به کمک روش بسط خوشه ای برخی از خصوصیت های ترمودینامبکی سیال هلیم III را در یک بعد، در دمای معین محاسبه کرده ایم. پتانسیل لنارد-جونز را به عنوان پتانسیل بر همکنش بین اتم های هلیم III در نظر گرفته ایم. در ابتدا انرژی تک جسمی، دو جسمی و آنتروپی سیستم را محاسبه کرده ایم و بعد به کمک این ها برخی از خواص ترمودینامیکی سیستم از جمله : انرژی آزاد، معادله حالت و ظرفیت گرمایی را به دست آورده ایم.فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول....................1 مقدمه........................21-1) نانو فناوری و کاربرد های آن............21-2) انواع نانو مواد........31-3) کاربرد های نانو فنّاوری..............41-3-1) کاربرد نانو فناوری در پزشکی.............................................................................41-3-2) کاربرد نانو فناوری در کشاورزی..........................................................................51-3-3) کاربرد نانو فناوری در خودرو سازی.....................................................................51-4) هدف ما در این پایان نامه.......................................................................................6فصل دوم......................................................................................................................8 نانو لوله های کربنی و خواص آن ها...........................................................................92-1) نانو لوله های کربنی...............................................................................................92-2) خواص نانو لوله های کربنی..................................................................................102-2-1) خواص مکانیکی..............................................................................................102-2-2) خواص حرارتی................................................................................................10عنوان صفحه2-2-3) خاصیت ذخیره سازی نانولوله های کربنی......................................................11فصل سوم................................................................................................................12 آشنایی با هلیم و ویژگی های آن..........................................................................133-1) آشنایی با هلیم.................................................................................................133-2) کاربرد های هلیم................................................................................................153-3) هلیم در نانو لوله کربنی......................................................................................163-4) قطره هلیم..................................................................................................................................17فصل چهارم..............................................................................................................19 روش بسط خوشه ای برای محاسبه خصوصیّاتترمودینامیکی سیستم مورد نظر ............................................................................204-1) روش بسط خوشه ای..........................................................................................204-2) محاسبه انرژی سیستم به کمک بسط خوشه ای...................................................21فصل پنجم................................................................................................................29 محاسبه خواص ترمودینامیکی سیال هلیم III تزریق شده در یک نانو لوله در دمای معین..........................................................305-1) مقدمه...............................................................................................................305-2) محاسبه سهم انرژی خوشه تک جسمی (E1) .....................................................30عنوان صفحه 5-3) محاسبه سهم انرژی خوشه دو جسمی (E2) ...................................................33فصل ششم............................................................................................................36 نتایج محاسبات...................................................................................................376-1) انرژی تک جسمی سیستم (E1) ....................................................................376-2) انرژی دو جسمی سیستم (E2) ......................................................................386-3) انرژی کل سیستم (E) ..................................................................................396-4) آنتروپی سیستم.............................................................................................406-5) انرژی آزاد سیستم..........................................................................................416-6) فشار سیستم..................................................................................................426-7) ظرفیت گرمایی سیستم..................................................................................43فصل هفتم............................................................................................................45 خلاصه و نتیجه گیری.........................................................................................46منابع.....................................................................................................................47فهرست شکل هاعنوان صفحهشکل 6-1 نمودار انرژی تک جسمی بر ذره (E1) .....................................................................37شکل 6-2 نمودار انرژی دو جسمی بر ذره (E2) ........................................................................38شکل 6-3 نمودار انرژی کل سیستم بر ذره (E) ........................................................................39شکل 6-4 نمودارآنتروپی سیستم بر ذره........................................................................................40شکل 6-5 نمودار انرژی آزاد سیستم بر ذره..................................................................................41شکل 6-6 نمودار فشار سیستم........................................................................................................42شکل 6-7 نمودار ظرفیت گرمایی سیستم.....................................................................................43 مقدمه 1-1) نانو فناوری و کاربرد های آن موادی که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، نانو[1] مواد خوانده می‌شوند. نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری (سطوح اتمی و مولکولی) و استفاده از خواص آن ها می باشد. این فناوری بر مبنای چینش تک تک اتم ها، مولکول ها و ترکیبات (در ابعاد نانو) به گونه ای است که خاصیت فیزیکی ویژه ای را برای آن رقم بزند. البته اعمال این تغییرات در این مواد مستلزم درک صحیحی از این فناوری می باشد ]1[.شاید بتوان گفت اولین کسی که به ابعادی در این حد توجه داشته ریچارد فاینمن[2]، دارنده جایزه نوبل بوده است. وی در سال 1959 طی یک سخنرانی تحت عنوان "فضای زیادی در پایین وجود دارد" مهم بودن این فناوری را متذکر شد]2[.اصطلاح نانو فناوری اولین بار توسط نوریو تانیگوچی[3] در سال 1974 معرفی گردید .اولین مشکلی که از توسعه این تکنولوژی جلوگیری می کرد این بود که هنوز دستگاهی ساخته نشده بود که بتواند ابعاد در حد نانو متر را ببیند، اما در سال 1981 این مشکل با ساخت میکروسکوپ تونل زنی روبشی [4]STM مرتفع گردید، محققین توانستند به کمک آن در ابعاد نانو تصویر برداری کنند و همین منجر به دریافت جایزه نوبل فیزیک توسط تانیگوچی در سال 1986 شد ]3[.تفاوت اساسی فناوری نانو با دیگر فناوری ها در ابعاد مواد و ساختار هایی است که مورد استفاده قرار می گیرند. در این ابعاد خصوصیات مواد از جمله، مقاومت الکتریکی و گرمایی، استحکام در برابر شکنندگی و خوردگی و ... تغییر می کند. استفاده از اين فناوري در كليه علوم پزشكي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الكترونيك، كامپوترهاي كوانتومي و غيره باعث شده كه تحقيقات در زمينه نانو بهعنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی ها، شیشه ها، سرامیک ها و پلیمرها در ابعاد نانو می توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می تواند در ترکیبات بی شکل(آمورف)، کریستال ها، مواد آلیو غیرآلی نیز نقش پر رنگی ایفا کند.اولین پایه تشکیل دهنده نانو مواد، نانو ذره است. منظور از نانو ذره، جسمی با ابعاد نانو متر در سه بعد می باشد که می تواند به صورت های مختلفی از جمله نانو مواد سرامیکی، فلزی وغیره وجود داشته باشد.دومین پایه تشکیل دهنده نانو مواد، نانو کپسول ها می باشند. نانو کپسول ها محفظه هایی هستند که قطر آنها از مرتبه نانو متر بوده و می توان مقدار محدودی نانو ذره در آنها نگاه داشت.عنصر پایه ای دیگر، نانو لوله کربنی می باشد که در سال 1991 کشف شد] 4[. برای تولید نانو لوله کربنی روش های متفاوتی وجود دارد. یکی از این روش ها آن است که صفحه و یا صفحات گرافیتی را لوله کرده تا به شکل یک استوانه دربیاید.نانو لوله ها در اندازه ها و اشکال متفاوتی وجود دارند و می توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند. 1-2) انواع نانو مواد: 1) نانو مواد صفر بعدیبه نانو موادی اطلاق می شود که هر سه بعد آن ها از 100 نانو متر کمتر باشد (مانند نانو ذرات و نانو پودر ها).2) نانو مواد یک بعدیبه نانو موادی گفته می شود که فقط دو بعد آن ها از 100 نانو متر کمتر باشد (مانند نانو نوار ها، نانو سیم ها، نانو لوله ها، نانو تسمه ها). [1]nano[2] Richard Feynman[3]Taniguchi[4]Scanning Tunneling Microscope