بررسی و مدل سازی خواص نانولوله های کربنی و کاربردهای آن
بررسی و مدل سازی خواص نانولوله های کربنی و کاربردهای آن
در این پروژه به مبحث فناوری نانو و خواص نانولوله های کربنی و کاربردهای این فناوری بزرگ پرداخته است.نانو فناوری عبارت ازآفرینش مواد، قطعات و سیستم های مفید با کنترل آنها در مقیاس طولی نانو متر و بهره برداری از خصوصیات و پدیده های جدید حاصله در آن مقیاس می باشد. به عبارت دیگر فناوری نانو، ایجاد چیدمانی دلخواه از اتم ها و مولکول ها و تولید مواد جدید با خواص مطلوب است. فناوری نانو، نقطه تلاقی اصول مهندسی، فیزیک، زیست شناسی، پزشکی و شیمی است و به عنوان ابزاری برای کاربرد این علوم و غنی سازی آنها در جهت ساخت عناصر کاملاً جدید عمل می کند.
در ابن پروژه اثبات میشود خواص مکانیکی و رفتار شگفت انگیز نانو لوله های کربنی باعث جذب روز افزون جامعه مهندسی مکانیک به سمت خود می شود. در این تحقیق به بررسی و آنالیز رفتار نانولوله های کربنیاز چند دیدگاه مختلف پرداختیم، و مدل های تدوین شده به شرح زیر ارائه شدند:
مدل انرژی- معادل
مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS
مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB
در اولین مدلسازی بر اساس یک رابطه بین مکانیک مولکولی و مکانیک جامدات، یک مدل انرژی-معادل برای مطالعه خواص مکانیکی نانولوله های کربنی تک دیواره به کار گرفته شد. مدول یانگ و مدول برشی برای نانو لوله های کربنی تک دیواره، وهمچنین نسبت پواسون با توجه به تعریف آن، به دست آمدند. از روابط به دست آمده، مشاهده می شود که خواص مکانیکی نانولوله های کربنی به شدت به ضخامت دیواره وابسته است.
همچنین مشاهده می شود که در نانولوله های کربنی تک دیواره با قطر کم، مدول یانگ، برشی و نسبت پواسون، به شدت به قطر وابسته است. مدول یانگ و برشی برای هر دو نوع نانولوله تک دیواره صندلی راحتی و زیگزاگ، با افزایش قطر افزایش می یابد، و نسبت پواسون بر عکس برای هر دو نوع نانولوله کربنی با افزایش قطر کاهش می یابد.
از طرف دیگر در این بخش، خصوصیات محیطی یک نانولوله کربنی تک دیواره تحت فشار داخلی، با استفاده از مدل تعادل-انرژی مورد مطالعه قرار گرفت و روابط آن نیز به دست آمد. نتایج حاصل شده نشان می دهند که خصوصیات صفحه ای یک نانولوله کربنی تک دیواره در جهت های محوری و محیطی با یکدیگر یکسان بوده و رفتار آنها در برابر تغییرات قطر و ضخامت دیواره نیز مشابه می باشد.
در مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS و نرم افزار matlab، به نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود که در آن نانولوله کربنی به عنوان یک ساختار قاب فضایی مدلسازی شده، پرداختیم.
نتایج حاصل از پروژه مدل سازی خواص نانولوله های کربنی و کاربردهای آن :
در مدلسازی و آنالیز نانو لوله های کربنی دیده شده است که خصوصیات محیطی نانولوله های تک دیواره با خصوصیات محوری آن یکسان می باشد، از این خاصیت می توان برای تعیین تغییر شکل وسختی شعاعی استفاده نمود.
همچنین در مدلسازی و شبیه سازی نانولوله های کربنی می توان رفتار اندرکنش های پیوندی (کوالانس) و اندر کنش های غیر پیوندی (واندوالس) را به صورت غیرخطی برای آنالیز رفتار نانولوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به کار گرفت، تا بتوان درک بهتری از خصوصیات این ماده شگفت انگیز پیدا کرد. چه بسا با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی برای این پیوندها، بتوان به سیر وقوع عیوب و شکست در حین بارگذاری های مختلف بر روی نانولوله های کربنی پی برد، زیرا وجود این معایب یکی از مشکلات موجود در کاربرد نانولوله های کربنی به عنوان فیبر های تقویت کننده در مواد مرکب می باشد.
همچنین می توان با استفاده از روش اجزاء محدود و محاسبه ماتریس سختی برای یک حلقه شش ضلعی کربن در حالت سه بعدی با استفاده از المان های سه بعدی، و تعمیم و روی هم گذاری آن ها و محاسبه ماتریس سختی کل برای یک نانو لوله کربنی، شبیه سازی بهتری را از نانولوله های کربنی به دست آورد. تمامی این پیشنهادات می توانند به عنوان فعالیت های آینده به منظور رسیدن به درک کاملتر و بهتر از رفتار این ماده نانو ساختار به صورت منحصر بفرد یا در تعامل با مواد دیگر مورد استفاده قرار گیرد.
