شبيه سازي پديده ذوب نانولوله هاي فلزي توخالي به كمك روش ميدان فاز

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

نانولوله‌ها با توجه به ابعاد بسيار كوچك و قابليت‌هاي منحصربه‌فردي كه دارند امروزه بيش از پيش مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته‌اند. از اين مواد در سيم‌كشي قطعات پيچيده الكترونيك، به‌عنوان كاتاليزور در صنايع شيميايي، تقويت‌كننده در مصالح ساختماني و راه‌سازي و در سيستم‌هاي انتقال دارو استفاده مي‌شود. در اين پژوهش، به بررسي دماي ذوب نانولوله‌هاي طول بلند و كوتاه آلومينيوم و طلا و عوامل مؤثر بر آن با استفاده از روش ميدان فاز برپايه‌ي مكانيك پرداخته مي‌شود. روش ميدان فاز برمبناي كمينه‌كردن انرژي سيستم توسط معادله‌ي سينتيك گينزبرگ-لاندا مي‌باشد كه انرژي سيستم شامل بخش‌هاي الاستيك، گراديان، دو چاهي و حرارتي مي‌باشد. به‌منظور بيان تغيير فاز از يك پارامتر متغير ميدان به نام پارامتر مشخصه استفاده مي‌شود كه معادله‌ي گينزبرگ-لاندا بر اساس اين پارامتر بيان گرديده و با حل اين معادله، تحول فاز در هر زمان و مكان مشخص مي‌گردد. مقدار پارامتر مشخصه در حالت جامد برابر يك و در حالت مذاب صفر مي‌باشد و هر مقدار بين صفر و يك بيانگر مرزجامد- مذاب مي‌باشد. شبيه‌سازي نانولوله‌هاي طول بلند و كوتاه به ترتيب با استفاده از مدل‌هاي كرنش صفحه‌اي و تقارن محوري و به كمك نرم افزار كامسول صورت گرفته است. طول، قطر، انرژي سطحي، تنش و كرنش‌هاي غيرالاستيك ذوب و حرارتي به عنوان پارامتر‌هاي مهم در تعيين مكانيزم و دماي ذوب مشخص شده اند. نتايج حاصل از شبيه‌سازي بيانگر آن است كه با افزايش طول نانولوله دماي ذوب آن افزايش پيدا مي‌كند. هم‌چنين اثر شعاع داخلي و خارجي بر دماي ذوب نانولوله نيز مورد بررسي قرار گرفت و نشان داده‌شد كه با افزايش شعاع خارجي نانولوله و با ثابت ماندن شعاع داخلي آن، دماي ذوب به‌صورت غيرخطي افزايش و با افزايش شعاع داخلي نانولوله و با ثابت ماندن شعاع خارجي آن، دماي ذوب به‌صورت غيرخطي كاهش مي‌يابد. اثر ضخامت نانولوله نيز بر دماي ذوب بررسي گرديد و نتايج بيانگر آن بود كه با افزايش ضخامت، دماي ذوب نيز به‌صورت غير‌خطي افزايش پيدا مي‌كند. كار استحاله‌ي مكانيكي دماي ذوب پايين‌تري نسبت به مدل‌هاي ترموديناميكي پيش‌بيني مي‌كند. نتايج حاصله تطابق بسيار خوبي با مشاهدات تجربي و شبيه‌سازي‌هاي اتمي و تحليلي موجود نشان مي دهد. هم‌چنين، براي نخستين بار يك رابطه‌ي تحليلي براي وابستگي دماي ذوب نانولوله به طول و ضخامت با استفاده از انرژي آزاد گيبس ارائه گرديد كه علاوه بر انطباق كامل با مدل‌هاي پيشين براي نانوسيم‌ها، تطابق بسيارخوبي نيز با نتايج روش ميدان فاز و شبيه‌سازي‌هاي اتمي موجود براي نانولوله‌ها نشان مي‌دهد.

225863

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان