مطالعه اثر نقص نانولوله روى خواص مكانيكى نانوكامپوزيت‌هاي نانولوله/رزين اپوكسي

دكتراي تخصصي

هدف اين رساله مطالعه اثر نانولوله¬هاي نقص¬دار روي خواص نانوكامپوزيت¬هاي نانولوله/رزين اپوكسي در سطوح اتمي با استفاده از شبيه¬سازي¬ ديناميك مولكولي و محاسبات كوانتومي است. مدل¬هاي پليمر و نانوكامپوزيت به كمك نرم افزار LAMMPS و يك الگوريتم كدنويسي¬شده، تحت فرايند پخت قرار گرفتند. خواص ترمومكانيكي پليمرِ خالصِ ايجادشده توسط فرايند پخت و مقايسه نتايج حاصل از شبيه¬سازي با مقادير تجربي، موًيد درستي الگوريتم فرايندِ پخت و اهميت اين فرايند در مدل¬سازي و شبيه¬سازي پليمرها است. در اين پژوهش به¬منظور انتخاب مدل درست، ابتدا شبيه¬سازي ديناميك مولكولي غيرتعادلي در مجموعه هم¬دما-هم¬فشار انجام شد تا اثر طول نانولوله روي سفتي طولي نانوكامپوزيت مطالعه شود. نتايج نشان مي¬دهد كه كارايي و بازده نانولوله محصور، ثابت نبوده و با كاهش طول نانولوله كمتر مي¬شود. در اين راستا رابطه¬اي استخراج شد كه توسط آن سفتي موثرِ نانولولهِ محصور را بر حسب طول نانولوله پيش¬بيني مي¬كند. اين رابطه براي پيش¬بيني مدول الاستيك نانوكامپوزيت مورد استفاده قرار گرفت و نتايج حاصل با مقادير تجربي ارزيابي شد. بر مبناي نتايج حاصل از بخش قبل، نانولوله كربني بلند به عنوان بهترين مدل براي ايجاد حجمِ معرفِ نانوكامپوزيت استفاده شد. سپس خواص نانوكامپوزيت¬¬هاي حاوي نانولوله بدون نقص و همچنين نانولوله¬هاي حاوي تعداد متفاوتي از نقص¬هاي تروور-استون-والز و جاي‌خالي مطالعه شد. با بررسي اثر حضور نانولوله بدون نقص در بستر رزين، مشاهده مي‌شود كه برخلاف سفتيِ كششي نانوكامپوزيت در راستاي عمود بر سطح نانولوله و راستاي طولي نانولوله، مدول برشي نانوكامپوزيت، نسبت به پليمر خالص تضعيف مي‌گردد. نتايج نشان مي¬دهد كه هر چند حضور نقص¬ها در ساختار نانولوله، خواص مكانيكي نانولوله ايزوله را تضعيف مي‌كند، ولي موجب بهبود خواص نانوكامپوزيت مي¬شوند. براي توصيف اين نتايج، مكانيزم انتقال نيرو در فاز مياني نانو لوله-پليمر به كمك شبيه¬سازي استحكامِ برشي فازِ مياني، مطالعه شد. همچنين مطالعه توزيع پليمر در اطراف نانولوله، حاكي از اين است كه پليمر تا فاصله¬اي مشخص از سطح نانولوله داراي خواصي متفاوت از پليمرِ خالص است. بنابراين، نقص¬ها از طريق تقويت برهم¬كنش بين نانولوله و پليمر و در نتيجه بهبود استحكام برشي فاز مياني، موجب افزايش مدول برشي در راستاي طولي و عرضي مي¬شوند. علاوه بر اين، براي مطالعه حالت¬هاي حدي نقص¬هاي ناخالصي، نانوكامپوزيت¬هاي حاوي نانولوله‌هاي كربني، سيليكون-كاربيدي و بور-نيتريدي شبيه¬سازي و مقايسه شدند.

192587

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر محمدرضا نعيمي جمال

شيمي فيزيك

دكتر سيد مجيد هاشميان زاده - دكتر محمود مهرداد شكريه