شکل (۴‑۱۵) تغییرات جریان نرمالیزهشده نسبت به ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۱۰،۰) با .
در شکل (۴‑۱۵) نمودار تغییرات جریان نسبت به ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (۱۰،۰) برای نشان داده شده است. در این حالت اُفت جریانی در شکل مشاهده نمی شود و تنها تفاوت این حالت با نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (۱۲،۰)، کاهش دامنه جریان عبوری از درون نانولوله کربنی است.
نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (۱۰۰،۰)
در این بخش ضریب مشخصه نانولوله کربنی را افزایش میدهیم و به (۱۰۰،۰) میرسانیم تا تاثیر افزایش ضریب مشخصه که تعیین کننده شعاع نانولوله کربنی نیز هست را بر جریان عبوری از نانولوله کربنی بررسی کنیم.
شکل (۴‑۱۶) تغییرات جریان نرمالیزهشده نسبت به ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۱۰۰،۰) با .
شکل (۴‑۱۶) جریان عبوری از نانولوله کربنی با ضریب مشخصه (۱۰۰،۰) با در نظرگرفتن را نشان میدهد. روند تغییرات جریان در این حالت مشابه جریان عبوری از نانولولههای کربنی با ضریب مشخصههای (۱۲،۰) و (۱۰،۰) است، با این تفاوت که برای این حالت دامنه جریان بسیار بیشتر شده است.
با تغییر ωBτ و رساندن آن به ۱ شاهد اُفت جریان خواهیم بود. شکل (۴‑۱۷) جریان عبوری از نانولوله کربنی با ضریب مشخصه (۱۰۰،۰) را در شرایطی نشان میدهد که ωBτ را برابر ۱ در نظر گرفتهایم. تفاوت این حالت با نانولولههای کربنی با ضریب مشخصههای کوچکتر افزایش بیشتر دامنه جریان است.
در شکل (۴‑۱۸) تغییرات جریان عبوری از نانولوله کربنی نسبت به میدان DC اعمالی کاملا خطی است و هیچگونه اُفت جریانی دیده نمی شود. در این شکل در نظرگرفته شده است. میدان DC اعمالی در دو سر نانولوله کربنی، E0، و میدان AC اعمالی بهآن به صورت بیان می شود.
شکل (۴‑۱۷) تغییرات جریان نرمالیزهشده نسبت به ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۱۰۰،۰) با .
شکل (۴‑۱۸) تغییرات جریان نرمالیزهشده نسبت به ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۱۰۰،۰) با .
نتیجه گیری
در این بخش با بهره گرفتن از معادله بولتزمن و با بهره گیری از تقریبهایی که در فصل دوم بیان شد توانستیم جریان عبوری از نانولولههای کربنی را برحسب میدانDC اعمالی به دو سر نانولوله کربنی بهدست آوریم. همانطور که در شکلها مشاهده شد با کاهش به ۱/۰، اُفت جریان کاملا از بین رفت و رسانایی تفاضلی مثبت شد، ولی با افزایش دادن بسامد زاویهای شاهد اُفت جریان بودیم و توانستیم نواحی با رسانایی تفاضلی منفی را مشاهده کنیم. با توجه بهشکلهای بهدست آمده برای نانولولههای کربنی با ضریب مشخصههای مختلف بهاین نتیجه رسیدیم که با افزایش ضریب مشخصه که بیانگر شعاع نانولوله کربنی نیز است، دامنه جریان عبوری افزایش پیدا خواهد کرد.
شبیهسازی ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولولههای کربنی
دیباچه
با توجه بهمباحث گفته شده در فصل سوم، میدانیم امپدانس نانولوله کربنی در حد ۶ کیلواهم است و برای به کارگیری نانولوله کربنی در دنیای مقیاس بزرگ که امپدانس آن ۵۰ اهم است، بازتاب انرژی بسیار زیادی را به دلیل عدم تطبیق امپدانس خواهیم داشت. بههمین دلیل در این فصل سعی میکنیم ساختاری را شبیهسازی کنیم که این عدم تطبیق امپدانس را کاهش داده و مشکل بازتاب انرژی ورودی به نانولوله کربنی را به کمترین مقدار برساند.
شبیهسازی ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولوله کربنی
با توجه بهساختار پیشنهادی در فصل سوم بهبررسی امواج عبوری از درون این ساختار میپردازیم. این ساختار متشکل از موجبر همصفحه است که توسط کابل هممحور تغذیه می شود. در موجبرهای همصفحه، مانند شکل (۵‑۱)، هر دو رسانا که در دو طرف قرار دارند توسط کابل هممحور زمین میشوند و تنها رسانای میانی عبوردهنده سیگنال است.
جنس رساناهای کناری و رسانای میانی و زمین که در زیرِ لایه عایق قرار گرفته است، رسانای خوب[۶۴] فرض می شود و زیرلایه مورد نظر برای شبیهسازی توسط نرم افزار CST[65] سیلیکون گزینش شده است که دارای امپدانس ذاتی بالایی است. H ضخامت زیرلایه، S فاصله رساناهای کناری از رسانای میانی است و L طول رساناهای کناری و میانی است [۱۲]. دو نوع موجبر همصفحه وجود دارد که یکی دارای زمین در زیرِ لایه عایق مطابق شکل (۵‑۱) و دیگری بدون زمین است.
شکل (۵‑۱) ساختار موجبر همصفحه برای بررسی عبور موج از درون نانولوله کربنی [۱۴].
ساختاری که در این فصل برای اندازه گیری پاسخ بسامد بالای نانولولههای کربنی شبیهسازی نمودیم از نوع اول است که دارای زمین در زیر لایه عایقش است. روشهای مختلفی برای تغذیه این ساختار وجود دارد که از روش تغذیه با کابل هممحور استفاده نمودهایم. سیگنالهای ورودیAC از طریق کابل هممحور بهرسانای میانی فرستاده می شود.
شکل (۵‑۲) ساختار پیشنهادی برای بررسی تطبیق امپدانس نانولوله کربنی.
با توجه بهشکل (۵‑۲) که نشاندهنده ساختار پیشنهادی فصل سوم است، مشاهده میکنیم که در مسیر عبور سیگنال (رسانای میانی) شکافی قرار دارد که محل قرارگیری نانولولههای کربنی است، تصویر بزرگشده این ناحیه در شکل (۵‑۳)، نحوه قرارگیری نانولوله کربنی را بهحالت معلق بین دو رسانا نشان میدهد. برای بررسی دقیقترِ ویژگی انتقال امواج از درون نانولوله کربنی، بهتر است که تنها یک نانولوله کربنی را در شکاف قرار دهیم.
شکل (۵‑۳) نحوه قرارگیری نانولوله کربنی (مسیر آبیرنگ) درون ساختار پیشنهادشده با بزرگنمایی محل قرار گیری نانولوله کربنی درون شکافِ شکل (۵‑۲).
بهدو دلیل کم کردن عرض شکاف مفید خواهد بود:
-
- محدود کردن تعداد نانولولههای کربنی که در شکاف قرار میگیرد.
-
- افزایش امپدانس مشخصه موجبر همصفحه و بنابراین کاهش عدم تطبیق امپدانس که بین موجبر همصفحه و نانولوله کربنی وجود دارد [۱].
همانطور که در شکل (۵‑۲) دیده می شود، دو رسانای کناری در ساختار موجبر همصفحه به کمک واسطهایی[۶۶] از جنس رسانای خوب بهزمین متصل شده اند. شکل (۵‑۴) نحوه زمین کردن رسانای کناری را نشان میدهد. در شکل (۵‑۴) صفحه بالا، رسانای کناری است که توسط استوانههایی از جنس رسانای خوب به صفحه پایین که زمین است متصل شده اند، مشابه همین ساختار را در رسانای کناری دیگر که در شکل (۵‑۲) مشاهده می شود خواهیم داشت. همانطور که در فصل سوم گفته شد، رساناهای کناری را زمین می کنند تا در شرایطیکه پتانسیل رسانای میانی متغیر است، مدهای زوج پاشنده کمتری تحریک شود. شکل (۵‑۵) تاثیر خطوط پاشنده مد زوج و فرد را برروی رسانای میانی نمایش میدهد.
شکل (۵‑۴) نحوه زمین کردن رسانای کناری در موجبر همصفحه.
(الف) | (ب) |