پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی

در  پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی از ميدان نيرويي بين اتمها و انرژي کرنش و پتانسيل موجود جهت شبيه سازي رفتار نيرو هاي بين اتمي استفاده شده و به بررسي و آناليز رفتار نانولوله هاي کربني از چند ديدگاه  مختلف مي پردازيم، و مدل هاي تدوين شده را به شرح زير ارائه مي نمائيم: مدل انرژي- معادل,مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS, مدل اجزاء محدود بوسيله کد عددي تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB.

مواد پيشرفته:

همانطور كه در بالا اشاره گرديد، نانولوله ها به واسطه داشتن مدول يانگ بالايشان به عنوان مواد پيشرفته، مفيد بوده و اهميت زيادي دارند. ارزش ليف كربني قبلاً در مواد كامپوزيتي به اثبات رسيده است و نانولوله هاي كربني يقيناً همانند الياف كربني در بازار، بسيار اميدواركننده خواهند بود، زيرا به طور استثنايي نسبت طول به قطر بالايي دارند و در عبور تنش بسيار برجسته عمل نموده و  از  اين لحاظ جالب توجه مي‌باشند. ليفهاي نانولوله  هم اكنون توليد شده‌اند و اگرچه استحكام ضعيفي دارند وليكن برخلاف الياف گرافيتي قديمي خواص انعطاف پذيري خوبي دارند. الياف كربن لازم است در دماهاي بالايي كه صفحات گرافيتي منظم شده و به خط قرار مي‌گيرند، تهيه شوند اما الياف نانولوله  را مي‌توان در درجه حرارت اتاق  از  محلول كلوئيدي به دست آورد نانولوله هاي تك ديواره به طرز برگشت پذيري تغيير شكل مي‌دهند وقتي كه به طور الكتروشيميايي باردار گردند. در نتيجه خواص الكترونيكي نانولوله هاي تك ديواره را مي‌توان براي توليد حركت مكانيكي  از  انرژي الكتريكي مورد استفاده قرار داد. حساسيت فوق العاده زياد خواص الكترونيكي نانولوله  به حضور مقادير بسيار ناچيز  از  يك عنصر، همچنين توانايي آن را به طور بالقوه به عنوان حسگرهاي گازي ونيز به عنوان انواع ديگري  از  حسگرها افزايش مي‌دهد. در زير برخي كاربردهاي آنها در ساختار مواد ذکر شده است:

  • پارچه : الياف ضدآب و ضد پارگي
  • لباس رزم : MIT بر روي لباس‌هاي رزمي‌اي كار مي‌كند كه در آنها از  الياف فوق العاده قوي نانولوله‌هاي كربني استفاده شده است.
  • بتن : آنها باعث افزايش مقاومت بتن و جلوگيري از  نفوذ ترك‌ها مي‌گردند.
  • پلي اتيلن : با افزودن نانولوله به پلي اتيلن قابليت كشساني آن تا 30% افزايش مي‌يابد.
  • وسايل ورزشي : راكت‌هاي تنيس سبك‌تر و قوي‌تر، اجزاي دوچرخه، توپ و چوب گلف و چوب بيسبال.
  • بالا برنده يا آسانسورهاي فضايي : در صورتي كه بتوان به مقاومت كششي حدود GPa 70 دست يافت. اين سيستم به جاي راكت‌ها، براي حمل بار و سرنشين به ايستگاه‌هاي فضايي بكار خواهد رفت. البته بايد توجه داشت كه اكسيژن تك اتمي در بالاي جو باعث خوردگي نانولوله‌ي كربني مي‌شود. بنابراين، بايد سطح نانو آسانسور فضايي ساخته شده از  نانولوله‌هاي كربني را با مواد مناسبي پوشش داد. معمولاً در كاربردهاي ديگر چنين پوشش‌دهي لازم نيست.

عامل فوق رانشي در طراحي هواپيما يا سفينه فضايي كه لازم است تا به كمك آن اين وسايل وارد جو سياره شوند عبارت است  از  نسبت وزن به توان سازه. ساخت هواپيماها يا سفينه‌هاي فضايي كوچكتر و سبكتر كه هوا يا فضا را تحمل مي‌كنند هزينه كمتري دارد. مواد ساخته شده  از  نانولوله‌هاي كربني مي‌توانند به طور ريشه‌اي و پايه‌اي و به طرز اساسي جرم ساختاري را كاهش دهند، قطعه الكترونيك مورد استفاده را ريزتر و كوچكتر بسازند و مصرف انرژي را نيز كم كنند. استفاده  از  مواد اتمي بسيار دقيق و اجزاي مورد استفاده در آنها بايستي اجزاي ديگر را نيز كوچكتر سازند. حفاظت گرمايي فضاپيماها براي ورود مجدد و مكرر به درون جو سيارات و به منظور انجام وظايف ديگر كه مستلزم درجه حرارتهاي بالا مي‌باشند قطعي و ضروري است. نانولوله هاي كربني نظير گرافيت بايستي بتوانند درجه حرارتهاي بالا را بخوبي تحمل كنند.همان طور كه قبلاً  اشاره شد نانولوله هاي كربني، مدول يانگ برابر با حداقل يك تراپاسكال (1012 پاسكال) دارند كه همچنين عامل بسيار مهمي بوده و به آنها در تحمل كرنشها يا فشارهاي هوانوردي  از  جمله فشارهاي مربوط به ورود مجدد به جو سيارات كمك شاياني مي‌كند.  تني چند از محققين بر روي امكان ساخت يك آسانسور فضايي تحقيقات گسترده‌اي را آغاز  كرده‌اند كه شامل كشيدن سيمي قطور  از  سطح زمين به درون فضا يا مركز جرمي در يك ارتفاع نزديك به زمين به طوري كه تحت فشار به عقب برنگردد. اين سيم به يك ماهواره فضايي يا قمر مصنوعي متصل خواهد شد.اشياء، كالاها و مردم مي‌توانند در طول اين سيم به طرف بالا و پايين جابجا شوند. نيروي گرانش يا ثقل زمين آنها را به سمت زمين خواهد كشيد اما منابع انرژي ديگري لازم است آنها را به سمت بالا هل دهد و بفرستد. اما به راستي چه اتفاقي مي‌افتد اگر سيم پاره شود؟ هزاران كيلومتر  از  سيم به طرف زمين سقوط مي‌كند و خسارت جدي را به دنبال خواهد داشت. نقطه با بيشترين تنش و كشش در ارتفاعي كه سرعت زاويه‌اي سيم و ماهواره نسبت به زمين بزرگتر است، به وجود مي‌آيد، بنابراين بايستي اين سيم در آن نقطه بيشترين ضخامت ممكن را داشته باشد و همان طور كه به زمين مي‌رسد نازک و نازکتر شود. عوامل باريك كننده واقعاً اندازه‌گيري شده‌اند و براي فولاد در نقطه اوج و قله نوك تيز آن در فضا، ضخامت بايستي 10000 برابر نسبت به پايه سيم بيشتر باشد و به عبارت ديگر ضخامت در نقطه اوج با بيشترين تنش و كشش بايستي ده هزار برابر عريض‌تر و پهن‌تر باشد. با در نظر گرفتن اينكه، پايه سيم بايد به اندازه كافي قوي باشد تا ساختار سيم را پشتيباني كند و آن را استحكام بخشد، مشخص و آشكار است كه فولاد براي چنين كاربردي كاملاً بدون استفاده خواهد بود. در هر حال الماس شكننده است. نانولوله هاي كربني استحكام كششي كاملاً شبيه به الماس دارند. اما كلافهايي  از  اين رشته‌ها با شعاعهاي در مقياس نانو و همچنين شبكه چهاروجهي الماس تقريباً نبايستي تركها را در طول سيم منتشر سازند. در نتيجه، اگر ما بتوانيم براين مشكل بزرگ در حال گسترش غلبه كنيم، يك كابل نانوتكنولوژي ملكولي قادر خواهد بود تا تقريباً سيستمهاي نانولوله  كربني كاملي را به طول تقريبي هفتاد هزار كيلومتر پديد آورد و بدين ترتيب نخستين مسئله جدي سيستم حمل و نقل فضايي كه قادر خواهد بود تا واقعاً مقادير زيادي از جرم را جهت چرخش در فضا منتقل سازد، مي‌تواند حل شود. گفتن اين موضوع كه پيمودن اين راه طولاني محال است، كتمان حقيقت خواهد بود. 

بخش هایی از پایان نامه
بخش هایی از پایان نامه

 كاربردهاي الكتريكي و مغناطيسيالكترونيك:

ظريف سازي و ريزسازي پيوسته اجزاي سيليكوني و كنترل ظريف خواص الكتروني در مقياسهاي كوچكتر، مسائل سخت، انجام ناپذير و بهبود ناپذيري را خيلي زود، به دنبال خواهد داشت. در نتيجه، صنعت الكترونيك شروع به جستجوي جايگزينهايي مناسب و قابل كار كردن نموده است و نانولوله ها يكي  از  آنها مي‌باشند. براي آزمايشهاي الكترونيك دقيق و ظريف، لوله‌هاي تك ديواره ويژه‌اي بايستي با سعي و كوشش زياد جداسازي شوند. وليكن بزودي، امكان ساخت مقادير بيشتري  از  آنها و توليد انبوه نانولوله هاي تك ديواره همانند و يكسان با آنها فراهم خواهد شد. به واقع،  از  طريق اتكاي به توانايي نانولوله هاي فلزي براي هدايت الكتريسيته، جريانهاي بالايي براي خروج حرارتي و غيرفعال سازي نانولوله هاي فلزي  از  مخلوطها در اثر سوزاندن مورد استفاده قرار گرفته است. موفقيتهايي نيز هم اكنون در كنترل طول نانولوله ها به دست آمده است. دانشمندان در تجمع نانولوله هاي ترانزيستوري به منظورهاي خاصي به نتيجه رسيده‌اند و حتي دو بخش ترانزيستوري در امتداد يك نانولوله  واحد ساخته‌اند.  از  طريق پوشش دادن يك نانولوله  واحد با سه الكترود مو ازي  از  جنس طلا و افزودن يك پليمر در حد فاصل الكترودها و اتمهاي پتاسيم به صورت ذرات پخش شده روي آنها در بالا، مدارها ساخته شده‌اند. اتمهاي پتاسيم الكترونها را به نانولوله  مي‌افزايند. نانولوله  در يك مدار كامپيوتري براي ايجاد يك مدار منطقي نيز به كار رفته است وسيله‌اي كه درست يا غلط را به صورتي كه محاسبات عددي دوتايي در يك كامپيوتر انجام مي‌شود، ثبت مي‌كند خوشبختانه لازم نيست كه همه كاربردهاي الكترونيكي  از  چنين ظرافتي برخوردار باشند. نشر ميدان، خاصيتي است كه بر پايه آن وسايل صوتي تصويري با قالب مسطح، كار مي‌كنند. حتي مخلوطهايي  از  نانولوله هاي چند ديواره در نشر ميدان خوب مي‌باشند و بخوبي عمل مي‌كنند، به طوري كه آنها تحت تأثير يك ميدان الكتريكي  از  خود الكترونها را منتشر مي‌سازند. ميليونها نانولوله  كه فقط در زير صفحه مرتب و منظم شده‌اند، مي‌توانند هر نشانگر (پيكسل) را پديد آورند و چندين شركت در سرتاسر دنيا سعي مي‌كنند تا  از  نانولوله ها در وسايل تصويري با قالب مسطح بهره‌برداري كنند. پژوهشگران زيادي در سامسونگ در سوون، كره جنوبي پيش سازه‌اي دارند كه به نيمي  از  توان وسايل تصويري كنوني كه بر پايه بلورهاي مايع مي‌باشند، نياز  دارد و به نظر مي‌رسد كه نانولوله ها نوعاً شرط طول عمر 10000 ساعت كه براي اجزاء و قطعات الكترونيكي نياز  است، محقق مي‌سازند. در زير برخي كاربردهاي الكتريكي و مغناطيسي نامبرده شده است:

نانوسيم‌هاي شيميايي :

نانولوله‌هاي كربني مي‌توانند در ساخت نانو سيم‌هاي مواد شيميايي ديگر مثل طلا و اكسيد روي بكار روند. سپس اين نانو سيم‌ها را مي‌توان در قالب ريزي مواد شيميايي ديگر نظير نيتريد گاليم استفاده كرد كه مي‌توانند خواص بسيار متفاوتي نسبت به نانولوله هاي کربني را از  خود نشان دهند. براي مثال نانولوله‌هاي گاليم نايترايد آب دوست‌اند در حالي كه نانولوله هاي کربني آب گريزند، و در مواردي  از  شيمي زيستي كه نانولوله هاي کربني قابل استفاده نيست مي‌توان  از  آنها استفاده كرد.

مدارات كامپيوتري :

يك نانولوله كه از  اتصال دو نانولوله غيرهم اندازه به دست آمده باشد مي‌تواند به عنوان ديود عمل كند، و اين يعني امكان ساخت مدارات الكترونيكي تمام نانولوله‌اي. همچنين نانولوله هاي کربني به خاطر هدايت حرارتي خوبش مي‌تواند در خارج ساختن حرارت تراشه‌هاي كامپيوتري بكار رود.

لايه‌هاي هادي :

در سال 2005 در مقاله‌اي در مجله‌ي Science به اين امر اشاره شد كه ساخت نوارهاي محكم و نامرئي از  نانولوله‌هاي كربني يك روش عملي است. بعلاوه، شركت ها در حال توسعه‌ي نوارهاي هادي و نامرئي نانولوله‌ي كربني براي جايگزيني با ITO در LCDها، صفحات لمسي، و ادوات فوتوولتائيك است. لايه‌هاي نانولوله‌ي كربني به مراتب  از  ITO با دوام‌تر و محكم‌ترند و براي صفحات لمسي و نمايشگرهاي انعطاف پذير با ضريب اطمينان بالا ايده‌آل هستند. نانولوله‌هاي كربني، همچنين براي استفاده در نمايشگر كامپيوتر، تلفن همراه و PDAها مناسب به نظر مي‌رسند.

بخشی از پایان نامه
بخشی از پایان نامه

جاروبك موتورهاي الكتريكي :

نانولوله‌هاي كربني هادي، براي چندين سال است كه در جاروبك موتورهاي الكتريكي استفاده مي‌شوند. آنها جايگزين كربن سياه كه حاوي فلورن‌هاي ناخالصي كروي كربن است، شده‌اند. نانولوله‌ها در امتداد شبكه‌ي پلاستيكي جاروبك كش مي‌آيند و باعث بهبود خواص گرمايي و هدايتي مي‌شوند. جاروبك‌هاي موتور نانوكامپوزيتي، بهتر روغن كاري مي‌شوند، خنك‌تر كار مي‌كنند (هم به خاطر روغن كاري بهتر و هم به خاطر انتقال حرارت بهتر)، شكنندگي كمتري دارند، قوي‌ترند و با دقت قابل قالب‌گيري هستند. از  آنجايي كه جاروبك‌ها يك نقطه‌ي حساس بروز عيب در موتورها هستند، و احتياج به مواد زيادي ندارند،  از  اولين كاربردهاي نانولوله‌هاي كربني بودند كه به صورت اقتصادي درآمدند.

كاربرد در مدارات الكتريكي:

نانولوله‌هاي كربني خواص زيادي دارند. از ابعاد منحصر به فرد گرفته تا مكانيزم غيرعادي هدايت جريان الکتريکی كه آنها را به اجزاي ايده‌آلي براي مدارات الكتريكي تبديل مي‌كند. البته هنوز روش قابل اطميناني براي فرار دادن نانولوله‌هاي كربني در مدارات وجود ندارد.اصلي‌ترين مانعي كه بايد پشت سر گذاشته شود تا نانولوله‌هاي كربني بتوانند جايگاه برجسته‌اي در مدارات پيدا كنند به دشواري‌هاي ساخت بستگي دارد. ساخت مدارات الكتريكي با نانولوله‌هاي كربني با فرآيند مرسوم ساخت مدارات مجتمع تفاوت بسيار دارد. ساخت مدارات مجتمع  از  يك ويفر شروع مي‌شود و مدارات ريز تراشه‌ها به صورت يكپارچه و مجتمع بر روي آن ساخته مي‌شوند. نانولوله‌هاي كربني اساساً با ويفر متفاوتند، و هنوز نمي‌توان مدارات نانولوله‌اي را در مقياس وسيع توليد كرد.گاهي اوقات محققين به وسيله‌ي نوك يك ميكروسكوپ نيروي اتمي، نانولوله‌ها را در يك فرآيند سخت و وقت گير  از  هم جدا كرده و دست كاري مي‌كنند. شايد در اين خصوص، بيشترين اميد به رويش نانولوله‌هاي كربني به روش رشد بخار شيميايي بر روي يك ويفر در محل‌هاي طرح ريزي شده با كاتاليست باشد. كاتاليست به عنوان جايگاه رشد عمل مي‌كند و به طراح اجازه مي‌دهد تا نانولوله را در محل مورد نظرش بكارد. با اعمال يك ميدان الكتريكي در حين رشد، مي‌توان جهت رشد نانولوله‌ها را هدايت كرد، نانولوله‌ها ميل دارند در راستاي خطوط ميدان  از  قطب منفي به طرف قطب مثبت رشد يابند. يك روش ديگر خود آراييدن ترانزيستورهاي نانولوله‌اي، استفاده  از  روش‌هاي شيميايي يا بيولوژيكي و استفاده  از  يك محلول در تعيين محل قرارگيري نانولوله بر روي زير لايه مي‌باشد.حتي اگر بتوانيم محل كاشت نانولوله را دقيقاً تعيين كنيم، باز  مشكلي باقي مي‌ماند كه تا به امروز مهندسين نتوانسته‌اند نوع نانولوله‌اي توليد شده (فلزي يا نيمه هادي، تك ديواره يا چند ديواره) را كنترل كنند. براي ميسر شدن مدارات مقرون به صرفه‌ي نانولوله‌اي، يافتن راه حلي براي مسائل فوق، ضروري است.

نانو جستجوگرها و نانوحسگرها:

به دليل انعطاف پذيري نانولوله هاي کربني مي توان  از  آنها در وسايل جستجوگر استفاده نمود. همچنين  از  آنجا که نوک نانولوله هاي چند ديواره، رسانا هستند، مي توان  از  آنها در ابزارهاي AFM و STM استفاده نمودعلت استفاده از نانولوله ها در اين ابزارها، افزايش دقت در مقايسه با نوک هاي سيليکوني متداول و يا نوک هاي فلزي مي باشد.  از  طرفي نوک هاي نانولوله در برابر پستي و بلنديهاي سطوح دچار سايش نخواهد شد که اين  مسأله به الاستيسته بالاي نانولوله هاي کربني مربوط مي شود. ارتعاشات ناخواسته نانولوله ها با توجه به طول زياد آنها يک  مسأله اساسي خواهد بود. بنابراين يافتن روشهايي جهت توليد کنترل شده نانولوله هاي کوتاهتر مي تواند در بهبود ارتعاشات ناخواسته نانولوله ها مؤثر واقع شود. در اين قسمت يک روش با قابليت کنترل بالا براي کار با نانولوله هاي کربني راشرح خواهيم داد. اولين کار مهمي که بايد انجام شود فراهم کردن يک رشته منظم  از  نانولوله ها مي باشد که به اين رشته در اصطلاح کارتريج نانولوله اطلاق مي شود. با استفاده  از  يک روش الکتروفورسيس ac مي توان نانولوله ها را در لبه تيز هم راستا نمود. نانولوله هايي که استفاده مي شوند  از  نوع چندديواره بوده و توسط روش تخليه قوس با استفاده  از  گاز  با دماي نسبتاً بالا توليد مي شوند. فرايند مهم بعدي انتقال يک نانولوله  از  کارتريج به روي صفحه نمونه با استفاده  از  ميکروسکوپ جستجوگر الکتروني مي باشد. با استفاده  از  اين شيوه مي توان نوک هاي نانولوله اي ساخت که در ميکروسکوپ جستجوگر پيمايشگر به کار روند.  از  اين جستجوگرهاي نانولوله جهت شناسايي و توپوگرافي نمونه هاي زيستي و صنعتي جهت آشکارسازي مزاياي آنها استفاده شده است. همچنين جهت جابجايي و موقعيت دهي نانوموادها در SPM مي توان  از  نانوقيچي ها استفاده نمود. جهت تنظيم طول و تيزي نانولوله هاي چندديواره مي توان  از  روش تابش الکترون استفاده نمود. در فرايند تيزکاري، انتهاي  آزاد نانولوله به يک نوک سيليکوني پوشش دهي شده با فلز متصل شده و ولتاژي به آن اعمال مي شود. به اين شيوه نانولوله در ميانه پل نانولوله بريده شده و نوک آن به اندازه اي تيز مي شود که تنها شامل يک لايه داخلي با انتهاي باز  خواهد بود. با بالا بردن کارتريج قبل  از  عمليات برش قادر خواهيم بود تا لايه داخلي را به همراه سرپوش انتهايي بيرون بکشيم. نيرويي که جهت بيرون کشيدن لايه داخلي با قطر حدود 5 نانومتر  از  نانولوله لازم است در حدود 4 نانونيوتن مي باشد. نانولوله ها داراي خواص و ساختار منحصر بفردي هستند که آنها را جهت استفاده به عنوان جستجوگرهاي متداول SPM   از  جنس Si يا Si3N4 بوده و داراي اشکال هرمي و يا مخروطي با شعاع نوک 10 نانومتر و يا حتي بيشتر مي باشند.  از  طرفي جستجوگرهاي نانولوله داراي مزاياي زير مي باشند:نوک آنها شعاع انحناي کمي دارد (کمترين مقدار در حدود 35/0 نانومتر) که باعث بهبود دقت جانبي آنها مي گردد؛ داراي نسبت ابعادي بالا (بين 10 تا 1000 ) مي باشند که باعث مي شود تا بتوانند تغييرات ناگهاني ارتفاع را با ايمني بالا توپوگرافي کنند؛ نوک هاي نانولوله هاي کربني مي توانند بريده شده و به صورت شيميايي جهت استفاده در ميکروسکوپهاي نيروي شيميايي تجهيز شوند؛ نانولوله هايي که در نوک خود داراي ذرات کوچک فلز مغناطيسي باند مي توانند به عنوان جستجوگر، جهت ميکروسکوپ نيروي مغناطيسي به کار روند؛ نانولوله ها  از  لحاظ مکانيکي قابل انعطاف بوده و مي توانند به صورت ارتجاعي بدون آسيب ديدگي کمانش کنند. بنابراين، جستجوگرهاي نانولوله قابل اطمينان بوده و توسط خراشهاي ناگهاني روي سطح نمونه نمي شکنند. همچنين کمانش الاستيک نانولوله ها، بيشترين نيرويي که مي تواند به نمونه اعمال شود را محدود مي نمايد که باعث جلوگيري  از  بين رفتن نمونه هاي زيستي و آلي مي گردد.

نانو
نانو

ماشينهاي مكانيكي:

نانولوله هاي مبدل شده، نانودنده‌هاي از نانوماشينهاي مكانيكي متصور و خيالي مي‌باشد. نانولوله ها به طور مناسبي با ساختارهاي مختلف جانشين شده‌اند كه مي‌توانند به عنوان محورها در نانوماشينها عمل كنند. ممكن است نانولوله هاي مختلف با همديگر تشكيل چرخدنده دهند تا حركت چرخشي مختلفي را انتقال دهند. يا جهت چرخش آن حركت را تغيير دهند (شكل 2-18) . اين امر  از  طريق ساختن دندانه‌هاي چرخدنده (جانشين شده‌ها) بر روي نانولوله ها، مي‌تواند انجام شود. تركيبهايي  از  نانولوله ها و فولرنها به عنوان پمپهاي ملكولي يا پيستونها در نظر گرفته مي‌شود. اين يك داستان تخيلي علمي نيست. نخستين پمپ ساخته شده است. محققين  از  دانشگاه كاليفرنيا، بركلي، آنچه را كه مي‌توان نخستين نانوياتاقان ناميد،  از  طريق متصل كردن يك سر يك تانوتيوب كربني چند ديواره به يك الكترود طلاي ساكن، بسط و توسعه دادند. آنها سپس يك نانودستكاري كننده براي كشيدن لوله‌هاي داخلي به طرف بيرون به كار بردند.با استفاده  از  يك ميكروسكوپ الكتروني پويشي، اين تيم توانستند مشاهده كنند كه چگونه هسته داخلي‌تر  از  طريق نيروهاي واندروالس درون مولكولي به طرف عقب كشيده مي‌شود.در نتيجه سبب مي‌شود كه نانولوله‌هاي چند ديواره‌اي همانند يك ياتاقان عمل مي كند. كاربرد فوق العاده جالب ديگر اين ياتاقان در وسيله ‌اي است كه به اصطلاح نانوسوييچ يا نانوكليد قطع و وصلي ناميده مي‌شود.  از  طريق اعمال يك ولتاژ به ياتاقان، محققين مي‌توانند خيلي به سرعت، لوله مركزي را به طرف بيرون بلغزانند.  از  طريق حركت لوله داخلي يك نانولوله  چند ديواره، يك پيستون به وجود مي‌آيد.دركسلر، مرك و همكارانشان طرحهايي را براي سيستمهاي مكانيكي در سطح نانو (1 تا 100 نانومتر) مدلسازي نموده‌اند كه در اصل با استفاده  از  ساختارهايي همانند نانولوله ها همانطوري كه در بالا توضيح داده شده است. مي‌توانستند ساخته و توليد شوند. در مقياس نانو، شخص نمي‌تواند ماده را به صورت يك مجموعه به هم پيوسته در نظر بگيرد كه خواص آن به هنگام برش و شكل دهي، به طور پيوسته تغيير ميكند، بلكه شخص مجبور است ماده را به صورت منفصل در نظر بگيرد بدين معني كه ماده  از  اتمهاي مجزا تشكيل شده است.

فهرست مطالب پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی:

فصل اول :

مقدمه نانو
1-1 مقدمه
1-1-1 فناوری نانو
1-2 معرفي نانولوله‌هاي كربني
1-2-1 ساختار نانو لوله‌هاي كربني
1-2-2 كشف نانولوله
1-3 تاريخچه

فصل دوم:

خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی
2-1 مقدمه 15
2-2 انواع نانولوله‌هاي كربني
2-2-1 نانولوله‌ي كربني تك ديواره (SWCNT)
2-2-2 نانولوله‌ي كربني چند ديواره (MWNT)
2-3 مشخصات ساختاري نانو لوله هاي کربني
2-3-1 ساختار يک نانو لوله تک ديواره
2-3-2 طول پيوند و قطر نانو لوله کربني تک ديواره
2-4 خواص نانو لوله هاي کربني
2-4-1 خواص مکانيکي و رفتار نانو لوله هاي کربن
2-4-1-1 مدول الاستيسيته
2-4-1-2 تغيير شکل نانو لوله ها تحت فشار هيدرواستاتيک
2-4-1-3 تغيير شکل پلاستيک و تسليم نانو لوله ها
2-5 کاربردهاي نانو فناوري
2-5-1 کاربردهاي نانولوله‌هاي كربني
2-5-1-1 كاربرد در ساختار مواد
2-5-1-2 كاربردهاي الكتريكي و مغناطيسي
2-5-1-3 كاربردهاي شيميايي
2-5-1-4 كاربردهاي مكانيكي

فصل سوم :

روش های سنتز نانو لوله های کربنی55
3-1 فرايندهاي توليد نانولوله هاي کربني
3-1-1 تخليه از قوس الکتريکي
3-1-2 تبخير/ سايش ليزري
3-1-3 رسوب دهي شيميايي بخار به کمک حرارت(CVD)
3-1-4 رسوب دهي شيميايي بخار به کمک پلاسما (PECVD )
3-1-5 رشد فاز بخار
3-1-6 الکتروليز
3-1-7 سنتز شعله
3-1-8 خالص سازي نانولوله هاي كربني
3-2 تجهيزات
3-2-1 ميكروسكوپ هاي الكتروني
3-2-2 ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)
3-2-3 ميكروسكوپ الكتروني پيمايشي يا پويشي (SEM)
3-2-4 ميكروسكوپ هاي پروب پيمايشگر (SPM)
3-2-4-1 ميكروسكوپ هاي نيروي اتمي (AFM)
3-2-4-2 ميكروسكوپ هاي تونل زني پيمايشگر (STM)

فصل چهارم :

شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته
4-1 مقدمه
4-2 مواد در مقياس نانو
4-2-1 مواد محاسباتي
4-2-2 مواد نانوساختار
4-3 مباني تئوري تحليل مواد در مقياس نانو
4-3-1 چارچوب هاي تئوري در تحليل مواد
4-3-1-1 چارچوب محيط پيوسته در تحليل مواد
4-4 روش هاي شبيه سازي
4-4-1 روش ديناميک مولکولي
4-4-2 روش مونت کارلو
4-4-3 روش محيط پيوسته
4-4-4 مکانيک ميکرو
4-4-5 روش المان محدود (FEM)
4-4-6 محيط پيوسته مؤثر
4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی
4-5-1 مدلهای مولکولی
4-5-1-1 مدل مکانيک مولکولي ( ديناميک مولکولي)
4-5-1-2 روش اب انيشو
4-5-1-3 روش تايت باندينگ
4-5-1-4 محدوديت هاي مدل هاي مولکولي
4-5-2 مدل محيط پيوسته در مدلسازي نانولوله ها
4-5-2-1 مدل ياکوبسون
4-5-2-2 مدل کوشي بورن
4-5-2-3 مدل خرپايي
4-5-2-4 مدل قاب فضايي
4-6 محدوده کاربرد مدل محيط پيوسته
4-6-1 کاربرد مدل پوسته پيوسته
4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روي تغيير شکل
4-6-3 اثرات ضخامت تخميني بر کمانش نانولوله
4-6-4 اثرات ضخامت تخميني بر کمانش نانولوله
4-6-5 محدوديتهاي مدل پوسته پيوسته
4-6-5-1 محدوديت تعاريف در پوسته پيوسته
4-6-5-2 محدوديت هاي تئوري کلاسيک محيط پيوسته
4-6-6 کاربرد مدل تير پيوسته 100

فصل پنجم :

مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی102
5-1 مقدمه 103
5-2 نيرو در ديناميک مولکولي
5-2-1 نيروهاي بين اتمي
5-2-1-1 پتانسيلهاي جفتي
5-2-1-2 پتانسيلهاي چندتايي
5-2-2 ميدانهاي خارجي نيرو
5-3 بررسي مدل هاي محيط پيوسته گذشته
5-4 ارائه مدل هاي تدوين شده براي شبيه سازي نانولوله هاي کربني
5-4-1 مدل انرژي- معادل
5-4-1-1 خصوصيات محوري نانولوله هاي کربني تک ديواره
5-4-1-2 خصوصيات محيطي نانولوله هاي کربني تک ديواره
5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS 131
5-4-2-1 تکنيک عددي بر اساس المان محدود 131
5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوين شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS
5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسيله کد عددي تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB
5-4-3-1 مقدمه
5-4-3-2 ماتريس الاستيسيته
5-4-3-3 آناليز خطي و روش اجزاء محدود برپايه جابجائي
5-4-3-4 تعيين و نگاشت المان
5-4-3-5 ماتريس کرنش-جابجائي
5-4-3-6 ماتريس سختي براي يک المان ذوزنقه اي
5-4-3-7 ماتريس سختي براي يک حلقه کربن
5-4-3-8 ماتريس سختي براي يک ورق گرافيتي تک لايه
5-4-3-9 مدل پيوسته به منظور تعيين خواص مکانيکي ورق گرافيتي تک لايه

فصل ششم :

نتایج
6-1 نتايج حاصل از مدل انرژي-معادل
6-1-1 خصوصيات محوري نانولوله کربني تک ديواره
6-1-2 خصوصيات محيطي نانولوله کربني تک ديواره
6-2 نتايج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS
6-2-1 نحوه مش بندي المان محدود نانولوله هاي کربني تک ديواره در نرم افزار ANSYS و ايجاد ساختار قاب فضايي و مدل سيمي به کمک نرم افزار ]54MATLAB [ 182
6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربني تک ديواره
6-3 نتايج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسيله کد تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB

فصل هفتم :

نتیجه گیری و پیشنهادات203
7-1 نتيجه گيري
7-2 پيشنهادات

فهرست مراجع20

مطلب بالا چکیده‌ای از تحقیق و پژوهش اصلی میباشد جهت تهیه نسخه کامل آن از باکس زیر اقدام به خرید و دانلود نمایید
لینک خرید پژوهش پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی:
تحویل فوری و خودکار فایل با لینک مستقیم بعد از پرداخت
تعداد صفحه: 209
قالب: فایل word

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *