فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال نهم شماره 1 (بهار 1398)
  • سال نهم شماره 1 (بهار 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/01/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدعلی میرزازاده، مصطفی اسلامی*، کامیار حسینی، مجید سماوات صفحات 5-12
    در این مقاله، معادله (2+1) بعدی کادومتسف پتویاشولی نوع ب توصیف کننده پایداری سولیتون ها در محیط غیرخطی با پراکندگی ضعیف مطالعه می شود. بدین منظور، ابتدا با در نظر گرفتن صورت دوخطی هیروتا و به کارگیری روش برهم نهی خطی، جواب موجی استخراج و سپس با رهیافت ژو و مانکیور کمپلکسیتون گانه مثبت معادله (2+1) بعدی کادومتسف پتویاشولی نوع ب حاصل می شود. در نهایت، رفتار دینامیکی و مشخصه های فیزیکی کمپلکسیتون گانه مثبت با ارائه نمودارهای دوبعدی و سه بعدی بررسی و تحلیل می شود. باور داریم که مطالعه حاضر گام مفیدی در ارائه نتایج جدید در خصوص جواب های معادله (2+1) بعدی کادومتسف پتویاشولی نوع ب برداشته است.
    کلیدواژگان: معادله (2+1) بعدی کادومتسف پتویاشولی نوع ب، صورت دوخطی هیروتا، روش برهم نهی خطی، جواب N موجی، کمپلکسیتون N گانه مثبت
  • الهام شیردل، محمدعلی منصوری بیرجندی* صفحات 13-25

    ضخامت لایه نقاط کوانتومی و نیمه رسانای شفاف با شکاف بزرگ، میزان ناخالصی لایه نقاط کوانتومیو نوع فلز آند از جمله عوامل تاثیرگذار بر بازده سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی ناهمجنس (HQDSC) می باشند. در این مقاله با استفاده از نرم افزار کامسول نسخه 4/5، ابتدا سلولی شامل یک لایه از نقاط کوانتومی سولفید سرب (PbS) پوشیده از لیگاندهای کوتاه و یک لایه نیمه رسانای اکسید روی (ZnO) و آندی از جنس طلا شبیه سازی شد و بازده تبدیل توان (PCE) 2.62 درصد برای پیوند شاتکی و 7.95 درصد برای پیوند اهمی میان لایه نقاط کوانتومی و فلز آند به دست آمد. سپس، میزان ناخالصی لایه PbS با چگالی (cm-3) 1015 و 1016 و 1017 بررسی شد که بیشترین بازده به میزان 7.95 درصد با انتخاب چگالی ناخالصی  cm-31016، در حالت پیوند اهمی به دست آمد. بررسی تاثیر تغییر ضخامت لایه نقاط کوانتومی از 50 نانومتر تا 100 نانومتر نشان داد که بهبود بازده از مقدار 2.1 درصد به 2.91 درصد در حالت پیوند شاتکی و از مقدار 7 درصد به 8.12 درصد در حالت پیوند اهمی می شود، که به دلیل افزایش طول ناحیه تهی و در نتیجه افزایش میدان در محل پیوند است. با بررسی تاثیر تغییر ضخامت لایه نیمه رسانای ZnO از مقدار 70 نانومتر تا 150 نانومتر، کاهش بازده از 9.4 درصد به 6 درصد رسید که ناشی از محدودیت طول نفوذ اکسیتون ها و جذب و بازترکیب آن ها، پیش از رسیدن به اتصال های فلزی آند و کاتد است.

    کلیدواژگان: پیوند ناهمجنس، سلول خورشیدی، نقاط کوانتومی، اکسید روی، سولفید سرب
  • محمد حسنی*، رعد چگل صفحات 27-41
    در این مقاله با استفاده از نظریه تابعی چگالی، تاثیر میدان الکتریکی خارجی را در خواص الکترونی و اپتیکی گرافین دولایه و بورون نیترید دولایه و دولایه گرافین/بورون نیترید با چینش AB بررسی کرده ایم. بررسی ما نشان می دهد که ساختار الکترونی تمام این ساختارها در حضور میدان الکتریکی تغییر کرده، گاف انرژی آنان از این طریق کنترل پذیر می شود. با اعمال میدان الکتریکی بر ساختار گرافین دولایه، رابطه پاشندگی انرژی آن تغییر نموده و شکل سهموی نوارها در نقطه K به شکل جدیدی موسوم به «کلاه مکزیکی» تغییر می یابد. حضور میدان الکتریکی Ang/V1 موجب افزایش گاف انرژی این ساختار و نهایتا رسیدن آن به مقدار eV 28/0 می شود. با این حال، اعمال میدان و افزایش شدت آن باعث کاهش گاف انرژی بورون نیترید دولایه شده، به نحوی که در حضور میدانی با شدت  V/Ang3.5 دچار کاهش 88 درصدی شده و به حدودا eV 53/0 می رسد. نهایتا گذار نیم رسانا فلز را برای این ساختار در حضور میدان های قوی تر شاهد هستیم. گاف انرژی دولایه گرافین/بورون نیترید نسبت به گرافین دولایه بر اثر اعمال میدان با شدت کمتری افزایش یافته، همچنین نوارها شکل سهموی خود را در نقطه K حفظ می کنند. در نهایت تاثیر میدان الکتریکی در نمودارهای اپتیکی این ساختارها بررسی شده است. اعمال میدان الکتریکی خارجی بر این سه ساختار موجب تغییر در شدت و محل قله های نمودارهای اپتیکی می شود. در بررسی این موضوع، صرفا تابشی با قطبش متعامد را به کار گرفته ایم. به عنوان پیامد حضور میدان الکتریکی خارجی، افزایش تابع دی الکتریک استاتیک برای هر سه ساختار مشاهده می شود. همچنین مشاهده می شود که اعمال میدان الکتریکی بر رفتار پلاسمونی سیستم ها نیز اثر گذار است.
    کلیدواژگان: گرافن، بورون نیترید، میدان الکتریکی، تنظیم گاف، تابع دی الکتریک
  • غلامرضا فیاض*، سامان کاظم زاده، سپیده سادات ذاکری صفحات 43-57
    تیغه توربین های گازی، شفت توربین ها و پروانه های کمپرسورها، اغلب به دلیل فرسایش یا خوردگی آسیب می بیند. با استفاده از روش پوشش کاری لیزری و به منظور بازسازی و  بهبود خواص ضد فرسایشی قطعات حساس، یک لایه پوشش بر روی مواد پایه قرار داده می شود. در این مقاله، مدل سه بعدی فرآیند LSFF برای آلیاژ Inconel 625 مخلوط با نانو پودر CeO2 بر روی فولاد AISI 4140 بررسی شده است. با استفاده از نرم افزار COMSOL Multiphysics و روش المان محدود (FEM)، معادله انتقال حرارت، معادله مش متحرک و تانسور تنش به صورت عددی حل می شود. هندسه ناحیه مذاب با استفاده از مش بندی متحرک و بر اساس ماژول لاگرانژی اویلری (ALE) به دست می آید و همچنین تاثیر پیش گرمایش و افزودن نانو پودر CeO2  در توزیع دما و میدان های تنش به صورت عددی بررسی می شود. رفتار زمانی شاخص های کلیدی فرآیند مانند دمای بیشینه و تنش بیشینه و نسبت متناظر آن ها مطالعه شده و وابستگی ارتفاع پوشش به سرعت روبش لیزر برای لایه های اول و دوم و سوم  بررسی و ارائه می شود.
    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، پوشش کاری لیزری، پره کمپرسور، نانو پودر CeO2، فولاد AISI 4140
  • سیدرضا غضنفری، حسین مختاری* صفحات 59-69

    در این مقاله به بررسی تاثیر اختلال آیزینگ در مدل کیتائف بر روی یک شبکه کاگومه پرداختیم و شرایط گذار فاز سیستم از فاز توپولوژیک به فاز منظم را مورد مطالعه قرار دادیم. مدل کیتائف بر روی یک شبکه کاگومه یک شبکه اسپین کوانتومی است که دارای نظم توپولوژیک است و مطالعه این سیستم از نظر قابلیت استفاده آن در ساخت حافظه های کوانتومی حائز اهمیت است. جهت مطالعه میزان مقاومت در مقابل اختلال خارجی، شبکه کاگومه را بر روی یک چنبره قرار داده و سپس در حضور اختلال آیزینگ xx تغییر فاز در این سیستم را مورد مطالعه قرار دادیم. برای حل این مسئله از روش بسط مرتبه بالای سری ها با عنوان تبدیلات یکانی پیوسته اختلالی استفاده نمودیم. نتایج حاصل نشان دهنده این است که مسئله در حضور اختلال آیزینگ xx به مدل آیزینگ در میدان عرضی بر روی شبکه دوگان مثلثی نگاشته می شود و گذار فاز مرتبه دوم از فاز توپولوژیک به فاز z_2 با تقارن شکسته شده در سیستم اتفاق می افتد. در این مقاله تاثیر اختلال آیزینگ را در مدل کیتائف بر روی یک شبکه کاگومه بررسی کردیم و شرایط گذار فاز سیستم را از فاز توپولوژیک به فاز منظم مطالعه کردیم. مدل کیتائف بر روی یک شبکه کاگومه یک شبکه اسپین کوانتومی است که نظم توپولوژیک دارد و مطالعه این سیستم از نظر قابلیت استفاده آن در ساخت حافظه های کوانتومی حائز اهمیت است. جهت مطالعه میزان مقاومت در مقابل اختلال خارجی، شبکه کاگومه را بر روی یک چنبره قرار داده و سپس در حضور اختلال آیزینگ  تغییر فاز را در این سیستم را مطالعه کردیم. برای حل این مسئله از روش بسط مرتبه بالای سری ها با عنوان تبدیلات یکانی پیوسته اختلالی استفاده کردیم. نتایج حاصل نشان د�%

    کلیدواژگان: گذار فاز، فاز توپولوژیک، شبکه کاگومه، اختلال آیزینگ، تبدیلات یکانی پیوسته اختلالی
  • مریم مریدپور*، علیرضا رازقی زاده، وحدت رفیعی صفحات 71-89

    در این مقاله اثر نسبت حجمی نانوذرات و دما بر ضریب هدایت حرارتی نانوسیال اکسید مس به صورت تجربی بررسی شد. بدین منظور، نانوذرات اکسید مس پس از تهیه، توسط آنالیزهای XRD  و  EDX و  SEM مشخصه یابی شدند. آنالیز XRD فاز نمونه و آنالیز EDX حضور عناصر مس و اکسیژن و SEM ابعاد نانومتری نمونه سنتزشده را تایید کرد. نانوذرات اکسید مس با ابعاد 50 نانومتر پس از تهیه، جهت سنتز نانوسیال اکسید مس استفاده شدند. نمونه های  نانوسیال اکسید مس به روش دومرحله ای و با استفاده از آب مقطر به عنوان سیال پایه در نسبت های حجمی مختلف (1٪ ، 2٪، 3٪) سنتز شدند. سپس در اولتراسونیک به مدت 30 دقیقه مخلوط شدند و نانوذرات به صورت همگن درون سیال پایه به حالت تعلیق در آمدند. سپس، pH تمامی نمونه ها اندازه گیری و کنترل شد. همچنین ضریب هدایت حرارتی نمونه های نانوسیال سنتزشده در محدوده دمایی 2351 درجه سلسیوس اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش دما و نسبت حجمی نانوذرات اکسید مس درون آب مقطر، در همه نمونه ها ضریب هدایت حرارتی افزایش یافت. نمونه دارای نسبت حجمی 3٪ بالاترین ضریب هدایت حرارتی و نقطه بهینه را در بین غلظت های موجود دارد، زیرا علاوه بر ضریب هدایت حرارتی خوب، pH خنثی نیز دارد. در ادامه، نتایج تجربی هدایت حرارتی نانوسیال اکسید مس آب با مقادیر به دست آمده از مدل های نظری مقایسه شد.

    کلیدواژگان: نسبت حجمی، نانوذرات، نانوسیال، اکسید مس، ضریب هدایت حرارتی
|
  • Mohammad Mirzazadeh, Mostafa Eslami *, Kamyar Hosseini, Majid Samavat Pages 5-12
    The (2+1)-dimensional B-type Kadomtsev–Petviashvili equation describing the stability of solitons in a nonlinear media with weak dispersion is studied. For this purpose, based on the Hirota bilinear form, the linear superposition principle, and Zhou and Manukure approach, N-wave and positive N-complexiton solutions of the model are extracted. Dynamical behavior and physical characteristics of positive 2-complexiton are analyzed by two and three-dimensional graphs. It is believed that the current study has taken a useful step in presenting new results about the solutions of (2+1)-dimensional B-type Kadomtsev–Petviashvili equation.
    Keywords: (2+1)-dimensional B-type Kadomtsev–Petviashvili equation, Hirota bilinear form, Linear superposition principle, N-wave solution, Positive N-complexiton
  • Elham Shirdel, Mohammad Ali Mansouri Birjandi * Pages 13-25

    Factors affecting on heterojunction quantum dot solar cell’s efficiency includethickness of wide band transparent semiconductor and quantum dot layers, doping level of quantum dots layer and the type of metal used as anode. This paper represents a simulation of a structure consisting of a layer of short ligand coated PbS quantum dots and a layer of ZnO semiconductor and gold anode using COMSOL Multiphysics v5.4 x64. The primary model had 2.62% efficiency for a cell with a Schottky contact between anode and quantum dot layer and 7.95% efficiency for a cell with an ohmic contact. A sweep in doping level of quantum dots layer for 1015, 1016 and 1017 cm-3 led to 7%, 7.95% and 5.2% for ohmic contact and 2.6%, 2.62% and 2.2% for schottky contact, respectively. A sweep in thickness of PbS quantum dot layer from 50nm to 100nm resulted in an advance in cell’s efficiency from 2.1% to 2.91% for a cell with a schottky contact and from 7% to 8.12% for a cell with an ohmic contact, as a conclusion to increasing the depletion region’s length, hence an increase in electric field in the junction area. In addition, ZnO layer’s thickness from 70nm to 150nm showed a decrease in efficiency from 9.4% to 6% due to limitation of exciton’s diffusion length. These excitons are recombined before being harvested by anode and cathode.

    Keywords: Heterojunction, Solar cell, Quantum dot, ZnO, PbS
  • Mohammad Hasani *, Raad Chegel Pages 27-41
    In this study, we have investigated the effect of the external electric field on the electronic and optical properties of the AB stacked bilayer graphene, bilayer boron nitride and bilayer graphene/boron nitride utilizing the DFT. The results have shown that in the presence of the external electric field, the electronic properties of all structures have been changed and their energy gaps are tunable in this way. Exerting the electric field on the bilayer graphene structure, its energy dispersion relation is changed and the parabolic shape of the bands at the K-point is changed to a new form called the "Mexican Hat". The presence of an electric field of magnitude 1 V/Ang increases the energy band gap of this structure and ultimately reaches 0.28 eV. However, exerting field and increasing its intensity reduced the energy band gap of the boron nitride bilayer, such that in the presence of a field of intensity 3.5 V/Ang, the energy band gap decreases by 88% and reaching about 0.53 eV. Also, we see the semiconductor-metal transition for this structure in the presence of stronger fields. Due to exerting the field, the band gap of the graphene/boron nitride bilayer increased with less intensity and the bands maintains their parabolic shape in the K point. Finally, the effect of electric field on the optical diagrams of these structures is investigated. Applying the external electric field on these structures changes the magnitude and location of the optical diagram peaks. To investigate this, we have applied only the perpendicular polarization. As a consequence of the presence of an external electric field, an increase in the static dielectric function is visible for all three structures. It is also observed that the application of the electric field also affects the plasmonic behavior of the systems.
    Keywords: Graphene, Boron nitride, Electric field, Gap modulation, Dielectric function
  • Gholamreza Fayaz *, Saman Kazemzadeh, Sepideh Sadat Zakeri Pages 43-57
    Gas turbine blades, turbine shafts and centrifugal compressor impellers are often suffered by erosion and/or corrosion. By laser cladding technique, a coating layer can be deposited on the base material in order to rebuild, repair and improve anti-erosion or anti-corrosion properties of the sensitive machine parts. In this paper, a three-dimensional finite element modeling of the laser solid freeform fabrication (LSFF) process for nickel alloy 625 powder mixed with nano-CeO2 on AISI 4140 steel is examined. Using Comsol Multiphysics software and the finite element method (FEM), the heat transfer equation, moving mesh equation and stress tensor are numerically evaluated. The dynamic geometry of the molten zone is studied by a 3D moving mesh based on Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) module. The effects of preheating as well as addition of nano-CeO2 on temperature distribution and stress fields are investigated. Temporal behavior of the key characteristic features of the model and dependence of the clad height on the scanning velocity of the laser for the first, second and third layers are also studied.
    Keywords: Additive Manufacturing, Laser cladding, Compressor impeller, Nano-CeO2, AISI 4140
  • Maryam Moridpour *, Alireza Razeghizadeh, Vahdat Rafee Pages 71-89

    The effect of volume fraction and temperature on the thermal conductivity coefficient of nanofluid copper oxide was investigated. The synthesized copper oxide nanoparticles were characterized by XRD, EDX and SEM. XRD analysis of the samples established the phase, EDX analysis provided the presence of copper and oxygen elements and SEM analysis confirmed their nanometer sizes. Copper oxide nanoparticles with dimensions of 50nm were used to synthesize copper oxide nanofluids. Copper oxide nanofluid were synthesized by two step method using distilled water as a base fluid in various volume fractions (%1, %2, %3). Then, they were mixed in ultrasonic for 30min and the nanoparticles were suspended homogeneously in the base fluid. In this regard, the pH of all samples was measured and controlled. Also, the thermal conductivity coefficient of the synthesized nanofluid samples were measured at temperature range . The results of the research showed that with increasing temperature and volume fraction of copper oxide nanoparticles in distilled water, the thermal conductivity coefficient in all samples increased. A sample with concentration of %3 had the higher thermal conductivity coefficient and optimum point in the concentrations, because in addition to the high thermal conductivity, it had a neutral pH. Finally, the experimental results of thermal conductivity of copper oxide nanofluids were compared to the obtained values from theoretical models.

    Keywords: Volume Fraction, Nanoparticle, Nanofluid, Copper Oxide, Thermal Conductivity Coefficient