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 ازآفرينش مواد، قطعات و سيستم های مفيد با کنترل آنها در مقياس طولي نانو متر و بهره برداري از خصوصيات و پديده هاي جديد حاصله در آن مقياس مي باشد. به عبارت ديگر فناوري نانو، ايجاد چيدماني دلخواه از اتم ها و مولکول ها و توليد مواد جديد با خواص مطلوب است. فناوري نانو، نقطه تلاقي اصول مهندسي، فيزيک، زيست شناسي، پزشکي و شيمي است و به عنوان ابزاري براي کاربرد اين علوم و غني سازي آنها در جهت ساخت عناصر کاملاً جديد عمل مي کند.

در ابن پروژه  اثبات میشود خواص مکانيکي  و رفتار شگفت انگيز نانو لوله های کربني باعث جذب روز افزون جامعه مهندسي مکانيک به سمت خود مي شود. در اين تحقيق به بررسي و آناليز رفتار نانولوله های کربنياز چند ديدگاه  مختلف پرداختيم، و مدل هاي تدوين شده به شرح زير ارائه شدند:

مدل انرژي- معادل
مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS
مدل اجزاء محدود بوسيله کد عددي تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB
در اولين مدلسازي بر اساس يک رابطه بين مکانيک مولکولي و مکانيک جامدات، يک مدل انرژي-معادل براي مطالعه خواص مکانيکي نانولوله هاي کربني تک ديواره به کار گرفته شد. مدول يانگ و مدول برشي براي نانو لوله هاي کربني تک ديواره، وهمچنين نسبت پواسون با توجه به تعريف آن، به دست آمدند. از روابط به دست آمده، مشاهده مي شود که خواص مکانيکي نانولوله هاي کربني به شدت به ضخامت ديواره وابسته است.

همچنين مشاهده مي شود که در نانولوله های کربني تک ديواره با قطر کم، مدول يانگ، برشي و نسبت پواسون، به شدت به قطر وابسته است. مدول يانگ و برشي براي هر دو نوع نانولوله تک ديواره صندلي راحتي و زيگزاگ، با افزايش قطر افزايش مي يابد، و نسبت پواسون بر عکس براي هر دو نوع نانولوله کربني با افزايش قطر کاهش مي يابد.

از طرف ديگر در اين بخش، خصوصيات محيطي يک نانولوله کربني تک ديواره تحت فشار داخلي، با استفاده از مدل تعادل-انرژي مورد مطالعه قرار گرفت و روابط آن نيز به دست آمد. نتايج حاصل شده نشان مي دهند که خصوصيات صفحه اي يک نانولوله کربني تک ديواره در جهت هاي محوري و محيطي با يکديگر يکسان بوده و رفتار آنها در برابر تغييرات قطر و ضخامت ديواره نيز مشابه مي باشد.
در مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS و نرم افزار matlab، به نتايج حاصل از مدل اجزاء محدود که در آن نانولوله کربني به عنوان يک ساختار قاب فضايي مدلسازي شده، پرداختيم.

نتایج حاصل از پروژه مدل سازی خواص نانولوله های کربنی و کاربردهای آن :

در مدلسازی و آناليز نانو لوله های کربني ديده شده است که خصوصيات محيطي نانولوله های تک ديواره با خصوصيات محوری آن يکسان مي باشد، از اين خاصيت مي توان براي تعيين تغيير شکل وسختي شعاعي استفاده نمود.

همچنين  در مدلسازی و شبیه سازی نانولوله های کربني مي توان رفتار اندرکنش هاي پيوندی (کوالانس) و اندر کنش های غير پيوندي (واندوالس) را به صورت غيرخطي براي آناليز رفتار نانولوله هاي کربني تک ديواره و چند ديواره به  کار گرفت، تا بتوان درک بهتري از خصوصيات اين ماده شگفت انگيز پيدا کرد. چه بسا با در نظر گرفتن رفتار غير خطي براي اين پيوندها، بتوان به سير وقوع عيوب و شکست در حين بارگذاري هاي مختلف بر روي نانولوله هاي کربني پي برد، زيرا وجود اين معايب يکي از مشکلات موجود در کاربرد نانولوله هاي کربني به عنوان فيبر هاي تقويت کننده در مواد مرکب مي باشد.
همچنين مي توان با استفاده از روش اجزاء محدود و محاسبه ماتريس سختي براي يک حلقه شش ضلعي کربن در حالت سه بعدي با استفاده از المان هاي سه بعدي، و تعميم و روي هم گذاري آن ها و محاسبه ماتريس سختي کل براي يک نانو لوله کربني، شبيه سازي بهتري را از نانولوله هاي کربني به دست آورد. تمامي اين پيشنهادات مي توانند به عنوان فعاليت هاي آينده به منظور رسيدن به درک کاملتر و بهتر از رفتار اين ماده نانو ساختار به صورت منحصر بفرد يا در تعامل با مواد ديگر مورد استفاده قرار گيرد.