بررسی تاثیر عیب حفره بر ارتعاشات طبیعی نانو لوله کربنی تک لایه

نانو لوله های کربنی به سبب داشتن خواص منحصر به فرد مکانیکی، الکتریکی و حرارتی بعد از کشف توسط ایجیما در سال 1991 توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده اند. این مشخصات نانولوله ها سبب شده تا کاربردهای متنوعی از قبیل استفاده در مواد کامپوزیتی به عنوان تقویت کننده، مصارف پزشکی، استفاده به عنوان سنسور و رزوناتور و غیره داشته باشند. نانو لوله های کربنی به علت داشتن استحکام بالا، چگالی پایین، نسبت طول به قطر بالا و فرکانس ارتعاش آزاد بالا انتخاب مناسبی برای سنسورها و رزوناتورها می باشند. یکی از مهمترین مشخصه های مکانیکی که عملکرد نانو لوله ها را به عنوان نانو رزوناتور تحت تاثیر قرار می دهد فرکانس طبیعی ارتعاش آنها می باشد لذا در این پایان نامه این موضوع بررسی شده است. تحقیقات پیشین ثابت کرده است که در بهترین شرایط تولید نانو لوله های کربنی، در هر 1 میکرو متر یک عیب قابل ملاحظه است. یکی از مهمترین عیوبی که در هنگام ساخت نانو لوله های کربنی در ساختار انها ایجاد می شود و تاثیر مهمی در خواص فیزیکی نانو لوله های کربنی دارد عیب حفره می باشد. در این تحقیق سعی شده تا تاثیر وجود این عیب را در ارتعاشات آزاد نانو لوله های کربنی بررسی نماییم. در این تحقیق نانو لوله های زیگزاگ و آرمچیر با کایرالیتی های به ترتیب (8,0)، (10,0)، (6,6) مورد بررسی قرار گرفته اند. نانو لوله های کربنی مذکور را تحت دو شرط مرزی دو سر درگیر و کانتی لور در نظر گرفته و بررسی نموده ایم. از روش دینامیک مولکولی به همراه روش المان های محدود برای شبیه سازی نانو لوله های کربنی بهره برده ایم. به منظور بررسی دقیقتر تاثیر عیوب بر ارتعاشات نانو لوله های کربنی عیوب در دو حالت در نظر گرفته شده اند. حالت اول وجود یک عیب حفره در ساختار نانو لوله و حالت دوم وجود چندین عیب حفره توزیع شده در ساختار که به واقعیت نزدیکتر می باشد. نتایج این تحقیق تاثیر بسزای وجود عیوب را در فرکانس طبیعی ارتعاشات نانو لوله های کربنی نشان می دهد. همچنین مکان وجود عیب در ساختار نانو لوله کربنی در میزان تغییرات فرکانس ارتعاش نانو لوله تاثیر دارد. شرایط مرزی نیز تغییرات فرکانس ارتعاش طبیعی نانو لوله را تحت تاثیر قرار می دهد. در شرایط مرزی دو سر درگیر هرچه عیب به دو سر نانو لوله نزدیک می گردد تغییرات در فرکانس طبیعی نانو لوله بیشتر می شود. با کاهش طول و قطر نانو لوله ها میزان تاثیر عیوب بر فرکانس طبیعی افزایش می یابد.