Ατομιστικές προσομοιώσεις δισκόμορφων υγρών κρυστάλλων νανογραφενίου

Κωνσταντινόπουλος, Στέφανος; Konstantinopoulos, Stefanos

dc.contributor.author	Κωνσταντινόπουλος, Στέφανος	el
dc.contributor.author	Konstantinopoulos, Stefanos	en
dc.date.accessioned	2015-11-27T11:45:38Z
dc.date.available	2015-11-27T11:45:38Z
dc.date.issued	2015-11-27
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41690
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10025
dc.rights	Default License
dc.subject	Molecular dynamics	en
dc.subject	Nanographene	en
dc.subject	Superphenalene	en
dc.subject	Disk-like	en
dc.title	Ατομιστικές προσομοιώσεις δισκόμορφων υγρών κρυστάλλων νανογραφενίου	el
dc.title	Atomistic simulations of disk-like liquid crystals of nanographene	en
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Ατομιστικές προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής δισκόμορφων υγρών κρυαστάλλων υπερφαινυλενίου υποκατεστημένο με γραμμικό δωδεκάνιο	el
heal.secondaryTitle	Molecular dynamics simulations of alkyl-substituted superphenalene crystals	en
heal.classification	Υπολογιστική επιστήμη υλικών	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-14
heal.abstract	Discotic polyaromatic molecules, similar to nanometric graphene flakes, constitute an interesting class of materials for organic electronic applications such as LEDs, FETs and solar cells. Superphenalene (C96H24) is a discotic triangular molecule consisting of 96 carbon atoms, having the ability to accept around its periphery a variety of side chains. In this thesis, molecular crystals comprised of superphenalene molecules grafted with six dodecane (C12H25) side chains are examined by means of Molecular Dynamics (MD) simulations. Structural, dynamical and mechanical properties are examined by analyzing MD trajectories generated using the LAMMPS MD simulation software. State-of-theart integration algorithms and temperature and pressure control techniques have been utilized, alongside with sophisticated mesh-based techniques for handling long range interactions. As far as the potential energy surface of the systems is concerned, well validated force fields have been employed, which reproduce physical properties in good agreement with experimental findings. A series of initial configurations corresponding to various molecular symmetries have been created and equilibrated and specific rejection protocols have been applied in order to choose the most realistic initial configuration for further studies. One major issue concerning MD simulations is whether the system under study has reached thermodynamic equilibrium or not. Two complementary methods that examine if the system has equilibrated are used: the statistical inefficiency method according to Allen and Tildesley and the autocorrelation method according to Straatsma, Berendsen and Stam. Complete structural characterizations have been carried out for all systems, focusing on the calculation of theoretical X-Ray Diffraction spectra which can be directly compared to available experimental data. Mechanical properties are also investigated, focusing on the elastic moduli of the materials computed via the volume fluctuation theory at equilibrium. Finally, the thermal motion of the molecular cores and the side chains is examined by means of dynamical studies and the manifestation of liquid crystalline behavior is probed via molecular mean square displacement calculations	en
heal.abstract	Οι δισκόµορφοι αρωµατικοί υδρογονάνθρακες µοιάζουν σε µοριακό επίπεδο µε νιφάδες γραφενίου νανοµετρικών διαστάσεων και αποτελούν µια πολλά υποσχόµενη κατηγορία υλικών που µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως ενεργά µέσα για µοριακές ηλεκτρονικές διατάξεις, όπως οργανικά LED, FET και φωτοβολταϊκά κελιά. Το υπερφαινυλένιο (C96H24) είναι ένα δισκόµορφο µόριο που αποτελείται από 96 άτοµα άνθρακα, που σχηµατίζουν 34 βενζολικούς δακτυλίους. Το µόριο παρουσιάζει τριγωνική συµµετρία και τη χαρακτηριστική ιδιότητα να επιδέχεται πλευρικούς υποκαταστάτες σε έξι σηµεία της περιφέρειάς του. Στην παρούσα διπλωµατική εργασία εξετάζονται µέσω προσοµοιώσεων Μοριακής ∆υναµικής (MD) µοριακοί κρύσταλλοι µε βάση το υπερφαινυλένιο, υποκατεστηµένο µε γραµµικές αλυσίδες δωδεκανίου (C12H25). ∆οµικές, µηχανικές και δυναµικές ιδιότητες υπολογίζονται από τροχιές Μοριακής ∆υναµικής σε θερµοδυναµική ισορροπία, που προκύπτουν από την εφαρµογή του λογισµικού προσοµοιώσεων LAMMPS. Η ολοκλήρωση των εξισώσεων κίνησης και ο έλεγχος της θερµοκρασίας και της πίεσης υλοποιείται µε τη χρήση σύγχρονων αλγορίθµων αιχµής, σε συνδυασµό µε εξελιγµένες τεχνικές υπολογισµών στον αντίστροφο χώρο για την ποσοτικοποίηση των αλληλεπιδράσεων µακράς εµβέλειας. Για την ποσοτικοποίηση των αλληλεπιδράσεων χρησιµοποιούνται εδραιωµένα πεδία δυνάµεων από τη βιβλιογραφία που αναπαράγουν ικανοποιητικά τα διαθέσιµα πειραµατικά δεδοµένα. Μια σειρά από αρχικές απεικονίσεις διαφορετικών γεωµετριών αναφορικά µε τη διευθέτηση των δίσκων εντός των κιόνων και τον προσανατολισµό των πλευρικών αλυσίδων παρήχθησαν και εξισορροπήθηκαν. Ένα βασικό ζήτηµα στις προσοµοιώσεις Μοριακής ∆υναµικής είναι κατά πόσο το υπό εξέταση σύστηµα έχει φθάσει σε θερµοδυναµική ισορροπία. Για την εξακρίβωση της υπόθεσης αυτής, χρησιµοποιούνται δύο συµπληρωµατικές µέθοδοι: η µέθοδος της στατιστικής ανεπάρκειας (statistical inefficiency) κατά Allen και Tildesley και η µέθοδος της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης κατά Straatsma, Berendsen και Stam. Ο δοµικός χαρακτηρισµός επιτεύχθηκε µε τη χρήση διαφόρων µεθόδων, εστιάζοντας στον υπολογισµό θεωρητικών φασµάτων περίθλασης ακτίνων Χ (XRD). Όσον αφορά στις µηχανικές ιδιότητες, υπολογίστηκε το µέτρο ελαστικότητας όγκου 3 βάσει της θεωρίας των διακυµάνσεων του όγκου σε θερµοδυναµική ισορροπία. Τέλος πραγµατοποιήθηκε ανάλυση των δυναµικών ιδιοτήτων του συστήµατος εξετάζοντας την κινητικότητα των µοριακών πυρήνων και των πλευρικών αλυσίδων και την εµφάνιση υγροκρυσταλλικής συµπεριφοράς µέσω υπολογισµών της µοριακής µέσης τετραγωνικής µετατόπισης.	el
heal.advisorName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Τσέτσερης, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	92 σ.
heal.fullTextAvailability	true