پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی

در  پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی از میدان نیرویی بین اتمها و انرژی کرنش و پتانسیل موجود جهت شبیه سازی رفتار نیرو های بین اتمی استفاده شده و به بررسی و آنالیز رفتار نانولوله های کربنی از چند دیدگاه  مختلف می پردازیم، و مدل های تدوین شده را به شرح زیر ارائه می نمائیم: مدل انرژی- معادل,مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS, مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB.

مواد پیشرفته:

همانطور که در بالا اشاره گردید، نانولوله ها به واسطه داشتن مدول یانگ بالایشان به عنوان مواد پیشرفته، مفید بوده و اهمیت زیادی دارند. ارزش لیف کربنی قبلاً در مواد کامپوزیتی به اثبات رسیده است و نانولوله های کربنی یقیناً همانند الیاف کربنی در بازار، بسیار امیدوارکننده خواهند بود، زیرا به طور استثنایی نسبت طول به قطر بالایی دارند و در عبور تنش بسیار برجسته عمل نموده و  از  این لحاظ جالب توجه می‌باشند. لیفهای نانولوله  هم اکنون تولید شده‌اند و اگرچه استحکام ضعیفی دارند ولیکن برخلاف الیاف گرافیتی قدیمی خواص انعطاف پذیری خوبی دارند. الیاف کربن لازم است در دماهای بالایی که صفحات گرافیتی منظم شده و به خط قرار می‌گیرند، تهیه شوند اما الیاف نانولوله  را می‌توان در درجه حرارت اتاق  از  محلول کلوئیدی به دست آورد نانولوله های تک دیواره به طرز برگشت پذیری تغییر شکل می‌دهند وقتی که به طور الکتروشیمیایی باردار گردند. در نتیجه خواص الکترونیکی نانولوله های تک دیواره را می‌توان برای تولید حرکت مکانیکی  از  انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار داد. حساسیت فوق العاده زیاد خواص الکترونیکی نانولوله  به حضور مقادیر بسیار ناچیز  از  یک عنصر، همچنین توانایی آن را به طور بالقوه به عنوان حسگرهای گازی ونیز به عنوان انواع دیگری  از  حسگرها افزایش می‌دهد. در زیر برخی کاربردهای آنها در ساختار مواد ذکر شده است:

  • پارچه : الیاف ضدآب و ضد پارگی
  • لباس رزم : MIT بر روی لباس‌های رزمی‌ای کار می‌کند که در آنها از  الیاف فوق العاده قوی نانولوله‌های کربنی استفاده شده است.
  • بتن : آنها باعث افزایش مقاومت بتن و جلوگیری از  نفوذ ترک‌ها می‌گردند.
  • پلی اتیلن : با افزودن نانولوله به پلی اتیلن قابلیت کشسانی آن تا ۳۰% افزایش می‌یابد.
  • وسایل ورزشی : راکت‌های تنیس سبک‌تر و قوی‌تر، اجزای دوچرخه، توپ و چوب گلف و چوب بیسبال.
  • بالا برنده یا آسانسورهای فضایی : در صورتی که بتوان به مقاومت کششی حدود GPa 70 دست یافت. این سیستم به جای راکت‌ها، برای حمل بار و سرنشین به ایستگاه‌های فضایی بکار خواهد رفت. البته باید توجه داشت که اکسیژن تک اتمی در بالای جو باعث خوردگی نانولوله‌ی کربنی می‌شود. بنابراین، باید سطح نانو آسانسور فضایی ساخته شده از  نانولوله‌های کربنی را با مواد مناسبی پوشش داد. معمولاً در کاربردهای دیگر چنین پوشش‌دهی لازم نیست.

عامل فوق رانشی در طراحی هواپیما یا سفینه فضایی که لازم است تا به کمک آن این وسایل وارد جو سیاره شوند عبارت است  از  نسبت وزن به توان سازه. ساخت هواپیماها یا سفینه‌های فضایی کوچکتر و سبکتر که هوا یا فضا را تحمل می‌کنند هزینه کمتری دارد. مواد ساخته شده  از  نانولوله‌های کربنی می‌توانند به طور ریشه‌ای و پایه‌ای و به طرز اساسی جرم ساختاری را کاهش دهند، قطعه الکترونیک مورد استفاده را ریزتر و کوچکتر بسازند و مصرف انرژی را نیز کم کنند. استفاده  از  مواد اتمی بسیار دقیق و اجزای مورد استفاده در آنها بایستی اجزای دیگر را نیز کوچکتر سازند. حفاظت گرمایی فضاپیماها برای ورود مجدد و مکرر به درون جو سیارات و به منظور انجام وظایف دیگر که مستلزم درجه حرارتهای بالا می‌باشند قطعی و ضروری است. نانولوله های کربنی نظیر گرافیت بایستی بتوانند درجه حرارتهای بالا را بخوبی تحمل کنند.همان طور که قبلاً  اشاره شد نانولوله های کربنی، مدول یانگ برابر با حداقل یک تراپاسکال (۱۰۱۲ پاسکال) دارند که همچنین عامل بسیار مهمی بوده و به آنها در تحمل کرنشها یا فشارهای هوانوردی  از  جمله فشارهای مربوط به ورود مجدد به جو سیارات کمک شایانی می‌کند.  تنی چند از محققین بر روی امکان ساخت یک آسانسور فضایی تحقیقات گسترده‌ای را آغاز  کرده‌اند که شامل کشیدن سیمی قطور  از  سطح زمین به درون فضا یا مرکز جرمی در یک ارتفاع نزدیک به زمین به طوری که تحت فشار به عقب برنگردد. این سیم به یک ماهواره فضایی یا قمر مصنوعی متصل خواهد شد.اشیاء، کالاها و مردم می‌توانند در طول این سیم به طرف بالا و پایین جابجا شوند. نیروی گرانش یا ثقل زمین آنها را به سمت زمین خواهد کشید اما منابع انرژی دیگری لازم است آنها را به سمت بالا هل دهد و بفرستد. اما به راستی چه اتفاقی می‌افتد اگر سیم پاره شود؟ هزاران کیلومتر  از  سیم به طرف زمین سقوط می‌کند و خسارت جدی را به دنبال خواهد داشت. نقطه با بیشترین تنش و کشش در ارتفاعی که سرعت زاویه‌ای سیم و ماهواره نسبت به زمین بزرگتر است، به وجود می‌آید، بنابراین بایستی این سیم در آن نقطه بیشترین ضخامت ممکن را داشته باشد و همان طور که به زمین می‌رسد نازک و نازکتر شود. عوامل باریک کننده واقعاً اندازه‌گیری شده‌اند و برای فولاد در نقطه اوج و قله نوک تیز آن در فضا، ضخامت بایستی ۱۰۰۰۰ برابر نسبت به پایه سیم بیشتر باشد و به عبارت دیگر ضخامت در نقطه اوج با بیشترین تنش و کشش بایستی ده هزار برابر عریض‌تر و پهن‌تر باشد. با در نظر گرفتن اینکه، پایه سیم باید به اندازه کافی قوی باشد تا ساختار سیم را پشتیبانی کند و آن را استحکام بخشد، مشخص و آشکار است که فولاد برای چنین کاربردی کاملاً بدون استفاده خواهد بود. در هر حال الماس شکننده است. نانولوله های کربنی استحکام کششی کاملاً شبیه به الماس دارند. اما کلافهایی  از  این رشته‌ها با شعاعهای در مقیاس نانو و همچنین شبکه چهاروجهی الماس تقریباً نبایستی ترکها را در طول سیم منتشر سازند. در نتیجه، اگر ما بتوانیم براین مشکل بزرگ در حال گسترش غلبه کنیم، یک کابل نانوتکنولوژی ملکولی قادر خواهد بود تا تقریباً سیستمهای نانولوله  کربنی کاملی را به طول تقریبی هفتاد هزار کیلومتر پدید آورد و بدین ترتیب نخستین مسئله جدی سیستم حمل و نقل فضایی که قادر خواهد بود تا واقعاً مقادیر زیادی از جرم را جهت چرخش در فضا منتقل سازد، می‌تواند حل شود. گفتن این موضوع که پیمودن این راه طولانی محال است، کتمان حقیقت خواهد بود. 

بخش هایی از پایان نامه
بخش هایی از پایان نامه

 کاربردهای الکتریکی و مغناطیسیالکترونیک:

ظریف سازی و ریزسازی پیوسته اجزای سیلیکونی و کنترل ظریف خواص الکترونی در مقیاسهای کوچکتر، مسائل سخت، انجام ناپذیر و بهبود ناپذیری را خیلی زود، به دنبال خواهد داشت. در نتیجه، صنعت الکترونیک شروع به جستجوی جایگزینهایی مناسب و قابل کار کردن نموده است و نانولوله ها یکی  از  آنها می‌باشند. برای آزمایشهای الکترونیک دقیق و ظریف، لوله‌های تک دیواره ویژه‌ای بایستی با سعی و کوشش زیاد جداسازی شوند. ولیکن بزودی، امکان ساخت مقادیر بیشتری  از  آنها و تولید انبوه نانولوله های تک دیواره همانند و یکسان با آنها فراهم خواهد شد. به واقع،  از  طریق اتکای به توانایی نانولوله های فلزی برای هدایت الکتریسیته، جریانهای بالایی برای خروج حرارتی و غیرفعال سازی نانولوله های فلزی  از  مخلوطها در اثر سوزاندن مورد استفاده قرار گرفته است. موفقیتهایی نیز هم اکنون در کنترل طول نانولوله ها به دست آمده است. دانشمندان در تجمع نانولوله های ترانزیستوری به منظورهای خاصی به نتیجه رسیده‌اند و حتی دو بخش ترانزیستوری در امتداد یک نانولوله  واحد ساخته‌اند.  از  طریق پوشش دادن یک نانولوله  واحد با سه الکترود مو ازی  از  جنس طلا و افزودن یک پلیمر در حد فاصل الکترودها و اتمهای پتاسیم به صورت ذرات پخش شده روی آنها در بالا، مدارها ساخته شده‌اند. اتمهای پتاسیم الکترونها را به نانولوله  می‌افزایند. نانولوله  در یک مدار کامپیوتری برای ایجاد یک مدار منطقی نیز به کار رفته است وسیله‌ای که درست یا غلط را به صورتی که محاسبات عددی دوتایی در یک کامپیوتر انجام می‌شود، ثبت می‌کند خوشبختانه لازم نیست که همه کاربردهای الکترونیکی  از  چنین ظرافتی برخوردار باشند. نشر میدان، خاصیتی است که بر پایه آن وسایل صوتی تصویری با قالب مسطح، کار می‌کنند. حتی مخلوطهایی  از  نانولوله های چند دیواره در نشر میدان خوب می‌باشند و بخوبی عمل می‌کنند، به طوری که آنها تحت تأثیر یک میدان الکتریکی  از  خود الکترونها را منتشر می‌سازند. میلیونها نانولوله  که فقط در زیر صفحه مرتب و منظم شده‌اند، می‌توانند هر نشانگر (پیکسل) را پدید آورند و چندین شرکت در سرتاسر دنیا سعی می‌کنند تا  از  نانولوله ها در وسایل تصویری با قالب مسطح بهره‌برداری کنند. پژوهشگران زیادی در سامسونگ در سوون، کره جنوبی پیش سازه‌ای دارند که به نیمی  از  توان وسایل تصویری کنونی که بر پایه بلورهای مایع می‌باشند، نیاز  دارد و به نظر می‌رسد که نانولوله ها نوعاً شرط طول عمر ۱۰۰۰۰ ساعت که برای اجزاء و قطعات الکترونیکی نیاز  است، محقق می‌سازند. در زیر برخی کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی نامبرده شده است:

نانوسیم‌های شیمیایی :

نانولوله‌های کربنی می‌توانند در ساخت نانو سیم‌های مواد شیمیایی دیگر مثل طلا و اکسید روی بکار روند. سپس این نانو سیم‌ها را می‌توان در قالب ریزی مواد شیمیایی دیگر نظیر نیترید گالیم استفاده کرد که می‌توانند خواص بسیار متفاوتی نسبت به نانولوله های کربنی را از  خود نشان دهند. برای مثال نانولوله‌های گالیم نایتراید آب دوست‌اند در حالی که نانولوله های کربنی آب گریزند، و در مواردی  از  شیمی زیستی که نانولوله های کربنی قابل استفاده نیست می‌توان  از  آنها استفاده کرد.

مدارات کامپیوتری :

یک نانولوله که از  اتصال دو نانولوله غیرهم اندازه به دست آمده باشد می‌تواند به عنوان دیود عمل کند، و این یعنی امکان ساخت مدارات الکترونیکی تمام نانولوله‌ای. همچنین نانولوله های کربنی به خاطر هدایت حرارتی خوبش می‌تواند در خارج ساختن حرارت تراشه‌های کامپیوتری بکار رود.

لایه‌های هادی :

در سال ۲۰۰۵ در مقاله‌ای در مجله‌ی Science به این امر اشاره شد که ساخت نوارهای محکم و نامرئی از  نانولوله‌های کربنی یک روش عملی است. بعلاوه، شرکت ها در حال توسعه‌ی نوارهای هادی و نامرئی نانولوله‌ی کربنی برای جایگزینی با ITO در LCDها، صفحات لمسی، و ادوات فوتوولتائیک است. لایه‌های نانولوله‌ی کربنی به مراتب  از  ITO با دوام‌تر و محکم‌ترند و برای صفحات لمسی و نمایشگرهای انعطاف پذیر با ضریب اطمینان بالا ایده‌آل هستند. نانولوله‌های کربنی، همچنین برای استفاده در نمایشگر کامپیوتر، تلفن همراه و PDAها مناسب به نظر می‌رسند.

بخشی از پایان نامه
بخشی از پایان نامه

جاروبک موتورهای الکتریکی :

نانولوله‌های کربنی هادی، برای چندین سال است که در جاروبک موتورهای الکتریکی استفاده می‌شوند. آنها جایگزین کربن سیاه که حاوی فلورن‌های ناخالصی کروی کربن است، شده‌اند. نانولوله‌ها در امتداد شبکه‌ی پلاستیکی جاروبک کش می‌آیند و باعث بهبود خواص گرمایی و هدایتی می‌شوند. جاروبک‌های موتور نانوکامپوزیتی، بهتر روغن کاری می‌شوند، خنک‌تر کار می‌کنند (هم به خاطر روغن کاری بهتر و هم به خاطر انتقال حرارت بهتر)، شکنندگی کمتری دارند، قوی‌ترند و با دقت قابل قالب‌گیری هستند. از  آنجایی که جاروبک‌ها یک نقطه‌ی حساس بروز عیب در موتورها هستند، و احتیاج به مواد زیادی ندارند،  از  اولین کاربردهای نانولوله‌های کربنی بودند که به صورت اقتصادی درآمدند.

کاربرد در مدارات الکتریکی:

نانولوله‌های کربنی خواص زیادی دارند. از ابعاد منحصر به فرد گرفته تا مکانیزم غیرعادی هدایت جریان الکتریکی که آنها را به اجزای ایده‌آلی برای مدارات الکتریکی تبدیل می‌کند. البته هنوز روش قابل اطمینانی برای فرار دادن نانولوله‌های کربنی در مدارات وجود ندارد.اصلی‌ترین مانعی که باید پشت سر گذاشته شود تا نانولوله‌های کربنی بتوانند جایگاه برجسته‌ای در مدارات پیدا کنند به دشواری‌های ساخت بستگی دارد. ساخت مدارات الکتریکی با نانولوله‌های کربنی با فرآیند مرسوم ساخت مدارات مجتمع تفاوت بسیار دارد. ساخت مدارات مجتمع  از  یک ویفر شروع می‌شود و مدارات ریز تراشه‌ها به صورت یکپارچه و مجتمع بر روی آن ساخته می‌شوند. نانولوله‌های کربنی اساساً با ویفر متفاوتند، و هنوز نمی‌توان مدارات نانولوله‌ای را در مقیاس وسیع تولید کرد.گاهی اوقات محققین به وسیله‌ی نوک یک میکروسکوپ نیروی اتمی، نانولوله‌ها را در یک فرآیند سخت و وقت گیر  از  هم جدا کرده و دست کاری می‌کنند. شاید در این خصوص، بیشترین امید به رویش نانولوله‌های کربنی به روش رشد بخار شیمیایی بر روی یک ویفر در محل‌های طرح ریزی شده با کاتالیست باشد. کاتالیست به عنوان جایگاه رشد عمل می‌کند و به طراح اجازه می‌دهد تا نانولوله را در محل مورد نظرش بکارد. با اعمال یک میدان الکتریکی در حین رشد، می‌توان جهت رشد نانولوله‌ها را هدایت کرد، نانولوله‌ها میل دارند در راستای خطوط میدان  از  قطب منفی به طرف قطب مثبت رشد یابند. یک روش دیگر خود آراییدن ترانزیستورهای نانولوله‌ای، استفاده  از  روش‌های شیمیایی یا بیولوژیکی و استفاده  از  یک محلول در تعیین محل قرارگیری نانولوله بر روی زیر لایه می‌باشد.حتی اگر بتوانیم محل کاشت نانولوله را دقیقاً تعیین کنیم، باز  مشکلی باقی می‌ماند که تا به امروز مهندسین نتوانسته‌اند نوع نانولوله‌ای تولید شده (فلزی یا نیمه هادی، تک دیواره یا چند دیواره) را کنترل کنند. برای میسر شدن مدارات مقرون به صرفه‌ی نانولوله‌ای، یافتن راه حلی برای مسائل فوق، ضروری است.

نانو جستجوگرها و نانوحسگرها:

به دلیل انعطاف پذیری نانولوله های کربنی می توان  از  آنها در وسایل جستجوگر استفاده نمود. همچنین  از  آنجا که نوک نانولوله های چند دیواره، رسانا هستند، می توان  از  آنها در ابزارهای AFM و STM استفاده نمودعلت استفاده از نانولوله ها در این ابزارها، افزایش دقت در مقایسه با نوک های سیلیکونی متداول و یا نوک های فلزی می باشد.  از  طرفی نوک های نانولوله در برابر پستی و بلندیهای سطوح دچار سایش نخواهد شد که این  مسأله به الاستیسته بالای نانولوله های کربنی مربوط می شود. ارتعاشات ناخواسته نانولوله ها با توجه به طول زیاد آنها یک  مسأله اساسی خواهد بود. بنابراین یافتن روشهایی جهت تولید کنترل شده نانولوله های کوتاهتر می تواند در بهبود ارتعاشات ناخواسته نانولوله ها مؤثر واقع شود. در این قسمت یک روش با قابلیت کنترل بالا برای کار با نانولوله های کربنی راشرح خواهیم داد. اولین کار مهمی که باید انجام شود فراهم کردن یک رشته منظم  از  نانولوله ها می باشد که به این رشته در اصطلاح کارتریج نانولوله اطلاق می شود. با استفاده  از  یک روش الکتروفورسیس ac می توان نانولوله ها را در لبه تیز هم راستا نمود. نانولوله هایی که استفاده می شوند  از  نوع چنددیواره بوده و توسط روش تخلیه قوس با استفاده  از  گاز  با دمای نسبتاً بالا تولید می شوند. فرایند مهم بعدی انتقال یک نانولوله  از  کارتریج به روی صفحه نمونه با استفاده  از  میکروسکوپ جستجوگر الکترونی می باشد. با استفاده  از  این شیوه می توان نوک های نانولوله ای ساخت که در میکروسکوپ جستجوگر پیمایشگر به کار روند.  از  این جستجوگرهای نانولوله جهت شناسایی و توپوگرافی نمونه های زیستی و صنعتی جهت آشکارسازی مزایای آنها استفاده شده است. همچنین جهت جابجایی و موقعیت دهی نانوموادها در SPM می توان  از  نانوقیچی ها استفاده نمود. جهت تنظیم طول و تیزی نانولوله های چنددیواره می توان  از  روش تابش الکترون استفاده نمود. در فرایند تیزکاری، انتهای  آزاد نانولوله به یک نوک سیلیکونی پوشش دهی شده با فلز متصل شده و ولتاژی به آن اعمال می شود. به این شیوه نانولوله در میانه پل نانولوله بریده شده و نوک آن به اندازه ای تیز می شود که تنها شامل یک لایه داخلی با انتهای باز  خواهد بود. با بالا بردن کارتریج قبل  از  عملیات برش قادر خواهیم بود تا لایه داخلی را به همراه سرپوش انتهایی بیرون بکشیم. نیرویی که جهت بیرون کشیدن لایه داخلی با قطر حدود ۵ نانومتر  از  نانولوله لازم است در حدود ۴ نانونیوتن می باشد. نانولوله ها دارای خواص و ساختار منحصر بفردی هستند که آنها را جهت استفاده به عنوان جستجوگرهای متداول SPM   از  جنس Si یا Si3N4 بوده و دارای اشکال هرمی و یا مخروطی با شعاع نوک ۱۰ نانومتر و یا حتی بیشتر می باشند.  از  طرفی جستجوگرهای نانولوله دارای مزایای زیر می باشند:نوک آنها شعاع انحنای کمی دارد (کمترین مقدار در حدود ۳۵/۰ نانومتر) که باعث بهبود دقت جانبی آنها می گردد؛ دارای نسبت ابعادی بالا (بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ ) می باشند که باعث می شود تا بتوانند تغییرات ناگهانی ارتفاع را با ایمنی بالا توپوگرافی کنند؛ نوک های نانولوله های کربنی می توانند بریده شده و به صورت شیمیایی جهت استفاده در میکروسکوپهای نیروی شیمیایی تجهیز شوند؛ نانولوله هایی که در نوک خود دارای ذرات کوچک فلز مغناطیسی باند می توانند به عنوان جستجوگر، جهت میکروسکوپ نیروی مغناطیسی به کار روند؛ نانولوله ها  از  لحاظ مکانیکی قابل انعطاف بوده و می توانند به صورت ارتجاعی بدون آسیب دیدگی کمانش کنند. بنابراین، جستجوگرهای نانولوله قابل اطمینان بوده و توسط خراشهای ناگهانی روی سطح نمونه نمی شکنند. همچنین کمانش الاستیک نانولوله ها، بیشترین نیرویی که می تواند به نمونه اعمال شود را محدود می نماید که باعث جلوگیری  از  بین رفتن نمونه های زیستی و آلی می گردد.

نانو
نانو

ماشینهای مکانیکی:

نانولوله های مبدل شده، نانودنده‌های از نانوماشینهای مکانیکی متصور و خیالی می‌باشد. نانولوله ها به طور مناسبی با ساختارهای مختلف جانشین شده‌اند که می‌توانند به عنوان محورها در نانوماشینها عمل کنند. ممکن است نانولوله های مختلف با همدیگر تشکیل چرخدنده دهند تا حرکت چرخشی مختلفی را انتقال دهند. یا جهت چرخش آن حرکت را تغییر دهند (شکل ۲-۱۸) . این امر  از  طریق ساختن دندانه‌های چرخدنده (جانشین شده‌ها) بر روی نانولوله ها، می‌تواند انجام شود. ترکیبهایی  از  نانولوله ها و فولرنها به عنوان پمپهای ملکولی یا پیستونها در نظر گرفته می‌شود. این یک داستان تخیلی علمی نیست. نخستین پمپ ساخته شده است. محققین  از  دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، آنچه را که می‌توان نخستین نانویاتاقان نامید،  از  طریق متصل کردن یک سر یک تانوتیوب کربنی چند دیواره به یک الکترود طلای ساکن، بسط و توسعه دادند. آنها سپس یک نانودستکاری کننده برای کشیدن لوله‌های داخلی به طرف بیرون به کار بردند.با استفاده  از  یک میکروسکوپ الکترونی پویشی، این تیم توانستند مشاهده کنند که چگونه هسته داخلی‌تر  از  طریق نیروهای واندروالس درون مولکولی به طرف عقب کشیده می‌شود.در نتیجه سبب می‌شود که نانولوله‌های چند دیواره‌ای همانند یک یاتاقان عمل می کند. کاربرد فوق العاده جالب دیگر این یاتاقان در وسیله ‌ای است که به اصطلاح نانوسوییچ یا نانوکلید قطع و وصلی نامیده می‌شود.  از  طریق اعمال یک ولتاژ به یاتاقان، محققین می‌توانند خیلی به سرعت، لوله مرکزی را به طرف بیرون بلغزانند.  از  طریق حرکت لوله داخلی یک نانولوله  چند دیواره، یک پیستون به وجود می‌آید.درکسلر، مرک و همکارانشان طرحهایی را برای سیستمهای مکانیکی در سطح نانو (۱ تا ۱۰۰ نانومتر) مدلسازی نموده‌اند که در اصل با استفاده  از  ساختارهایی همانند نانولوله ها همانطوری که در بالا توضیح داده شده است. می‌توانستند ساخته و تولید شوند. در مقیاس نانو، شخص نمی‌تواند ماده را به صورت یک مجموعه به هم پیوسته در نظر بگیرد که خواص آن به هنگام برش و شکل دهی، به طور پیوسته تغییر میکند، بلکه شخص مجبور است ماده را به صورت منفصل در نظر بگیرد بدین معنی که ماده  از  اتمهای مجزا تشکیل شده است.

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

فصل اول :

مقدمه نانو
۱-۱ مقدمه
۱-۱-۱ فناوری نانو
۱-۲ معرفی نانولوله‌های کربنی
۱-۲-۱ ساختار نانو لوله‌های کربنی
۱-۲-۲ کشف نانولوله
۱-۳ تاریخچه

فصل دوم:

خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی
۲-۱ مقدمه ۱۵
۲-۲ انواع نانولوله‌های کربنی
۲-۲-۱ نانولوله‌ی کربنی تک دیواره (SWCNT)
۲-۲-۲ نانولوله‌ی کربنی چند دیواره (MWNT)
۲-۳ مشخصات ساختاری نانو لوله های کربنی
۲-۳-۱ ساختار یک نانو لوله تک دیواره
۲-۳-۲ طول پیوند و قطر نانو لوله کربنی تک دیواره
۲-۴ خواص نانو لوله های کربنی
۲-۴-۱ خواص مکانیکی و رفتار نانو لوله های کربن
۲-۴-۱-۱ مدول الاستیسیته
۲-۴-۱-۲ تغییر شکل نانو لوله ها تحت فشار هیدرواستاتیک
۲-۴-۱-۳ تغییر شکل پلاستیک و تسلیم نانو لوله ها
۲-۵ کاربردهای نانو فناوری
۲-۵-۱ کاربردهای نانولوله‌های کربنی
۲-۵-۱-۱ کاربرد در ساختار مواد
۲-۵-۱-۲ کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی
۲-۵-۱-۳ کاربردهای شیمیایی
۲-۵-۱-۴ کاربردهای مکانیکی

فصل سوم :

روش های سنتز نانو لوله های کربنی۵۵
۳-۱ فرایندهای تولید نانولوله های کربنی
۳-۱-۱ تخلیه از قوس الکتریکی
۳-۱-۲ تبخیر/ سایش لیزری
۳-۱-۳ رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت(CVD)
۳-۱-۴ رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD )
۳-۱-۵ رشد فاز بخار
۳-۱-۶ الکترولیز
۳-۱-۷ سنتز شعله
۳-۱-۸ خالص سازی نانولوله های کربنی
۳-۲ تجهیزات
۳-۲-۱ میکروسکوپ های الکترونی
۳-۲-۲ میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)
۳-۲-۳ میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی (SEM)
۳-۲-۴ میکروسکوپ های پروب پیمایشگر (SPM)
۳-۲-۴-۱ میکروسکوپ های نیروی اتمی (AFM)
۳-۲-۴-۲ میکروسکوپ های تونل زنی پیمایشگر (STM)

فصل چهارم :

شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته
۴-۱ مقدمه
۴-۲ مواد در مقیاس نانو
۴-۲-۱ مواد محاسباتی
۴-۲-۲ مواد نانوساختار
۴-۳ مبانی تئوری تحلیل مواد در مقیاس نانو
۴-۳-۱ چارچوب های تئوری در تحلیل مواد
۴-۳-۱-۱ چارچوب محیط پیوسته در تحلیل مواد
۴-۴ روش های شبیه سازی
۴-۴-۱ روش دینامیک مولکولی
۴-۴-۲ روش مونت کارلو
۴-۴-۳ روش محیط پیوسته
۴-۴-۴ مکانیک میکرو
۴-۴-۵ روش المان محدود (FEM)
۴-۴-۶ محیط پیوسته مؤثر
۴-۵ روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی
۴-۵-۱ مدلهای مولکولی
۴-۵-۱-۱ مدل مکانیک مولکولی ( دینامیک مولکولی)
۴-۵-۱-۲ روش اب انیشو
۴-۵-۱-۳ روش تایت باندینگ
۴-۵-۱-۴ محدودیت های مدل های مولکولی
۴-۵-۲ مدل محیط پیوسته در مدلسازی نانولوله ها
۴-۵-۲-۱ مدل یاکوبسون
۴-۵-۲-۲ مدل کوشی بورن
۴-۵-۲-۳ مدل خرپایی
۴-۵-۲-۴ مدل قاب فضایی
۴-۶ محدوده کاربرد مدل محیط پیوسته
۴-۶-۱ کاربرد مدل پوسته پیوسته
۴-۶-۲ اثرات سازه نانولوله بر روی تغییر شکل
۴-۶-۳ اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله
۴-۶-۴ اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله
۴-۶-۵ محدودیتهای مدل پوسته پیوسته
۴-۶-۵-۱ محدودیت تعاریف در پوسته پیوسته
۴-۶-۵-۲ محدودیت های تئوری کلاسیک محیط پیوسته
۴-۶-۶ کاربرد مدل تیر پیوسته ۱۰۰

فصل پنجم :

مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی۱۰۲
۵-۱ مقدمه ۱۰۳
۵-۲ نیرو در دینامیک مولکولی
۵-۲-۱ نیروهای بین اتمی
۵-۲-۱-۱ پتانسیلهای جفتی
۵-۲-۱-۲ پتانسیلهای چندتایی
۵-۲-۲ میدانهای خارجی نیرو
۵-۳ بررسی مدل های محیط پیوسته گذشته
۵-۴ ارائه مدل های تدوین شده برای شبیه سازی نانولوله های کربنی
۵-۴-۱ مدل انرژی- معادل
۵-۴-۱-۱ خصوصیات محوری نانولوله های کربنی تک دیواره
۵-۴-۱-۲ خصوصیات محیطی نانولوله های کربنی تک دیواره
۵-۴-۲ مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS 131
۵-۴-۲-۱ تکنیک عددی بر اساس المان محدود ۱۳۱
۵-۴-۲-۲ ارائه ۳ مدل تدوین شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS
۵-۴-۳ مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB
۵-۴-۳-۱ مقدمه
۵-۴-۳-۲ ماتریس الاستیسیته
۵-۴-۳-۳ آنالیز خطی و روش اجزاء محدود برپایه جابجائی
۵-۴-۳-۴ تعیین و نگاشت المان
۵-۴-۳-۵ ماتریس کرنش-جابجائی
۵-۴-۳-۶ ماتریس سختی برای یک المان ذوزنقه ای
۵-۴-۳-۷ ماتریس سختی برای یک حلقه کربن
۵-۴-۳-۸ ماتریس سختی برای یک ورق گرافیتی تک لایه
۵-۴-۳-۹ مدل پیوسته به منظور تعیین خواص مکانیکی ورق گرافیتی تک لایه

فصل ششم :

نتایج
۶-۱ نتایج حاصل از مدل انرژی-معادل
۶-۱-۱ خصوصیات محوری نانولوله کربنی تک دیواره
۶-۱-۲ خصوصیات محیطی نانولوله کربنی تک دیواره
۶-۲ نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS
۶-۲-۱ نحوه مش بندی المان محدود نانولوله های کربنی تک دیواره در نرم افزار ANSYS و ایجاد ساختار قاب فضایی و مدل سیمی به کمک نرم افزار ]۵۴MATLAB [ 182
۶-۲-۲ اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربنی تک دیواره
۶-۳ نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله کد تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB

فصل هفتم :

نتیجه گیری و پیشنهادات۲۰۳
۷-۱ نتیجه گیری
۷-۲ پیشنهادات

فهرست مراجع۲۰

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
500,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید
تعداد صفحه: 209
قالب: فایل word

پاسخ دهید

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