بررسی تاثیر عیوب ساختاری بر رفتار کمانشی نانو لوله های کربنی جهت کاربرد در نانو کامپوزیت

نانولوله های کربنی به علت خواص مهم و منحصر به فردی که دارند همواره به عنوان یکی از مهم ترین فراورده ها ی فناوری نانو شناخته می شوند، از همین رو افرادی زیادی در سال های گذشته در پژوهش های متفاوتی سعی در شناخت رفتار دقیق تر آن داشته اند. در این پژوهش به کمک روشهای اجزامحدود و مکانیک مولکولی به مدلسازی و تحلیل ساختارهای مختلفی از نانولولههای کربنی پرداخته می شود . ساختارهای مورد بررسی به نحوی انتخاب شده اند که دارای طول و قطر یکسان اما زاویه ی کایرال متفاوت هستند چراکه به این صورت می توان اثرات طول و قطر را حذف کرد. پس از انجام مدلسازی، اثرات زاویه ی کایرال و عیوب مختلفی چون عیب جای خالی و عیب استون ولز بر رفتار کمانشی نانولوله های کربنی در دو حالت بارگذاری محوری و پیچشی بررسی می گردد. برای انجام شبیه سازی نانولوله های کربنی از دو نرم افزار matlab و ansys کمک گرفته شده است. در ابتدا به کمک برنامه ای در محیط matlab مختصات گره ها و المان ها در یک فایل خروجی با فرمت apdl ذخیره و سپس در محیط نرم افزار ansys فراخوانی می شود. برای بدست آوردن خواص المان تیر معادل با پیوندهای کربنی، انرژی پتانسیل ناشی از برهم کنش بین اتمی را با انرژی کرنشی تیر برابر قرار داده و خواصی چون مدول یانگ، مدول برشی و قطر المان بدست می آیند. آنچه که از نتایج مشاهده می شود این است که زاویه کایرال بر روی کمانش محوری نانولوله ها تاثیر بسیار ناچیزی دارد به طوری که می توان گفت پارامترهای طول و قطر نسبت به زاویه ی کایرال بسیار تاثیرگذارتر است. اما در حالت بارگذاری پیچشی تغییرات گشتاور بحرانی نسبت به زاویه ی کایرال قابل ملاحظه است اما نمودارهای حاصل رفتار مشخص و ثابتی را ازخود نشان نمی دهد. با تحلیل نمودارها مشخص شد که نانوله های آرمچیر از نانولوله های زیگزاگ در مقابل پیچش پایدارتر هستند. هم چنین در بین ساختارها با زاویهی کایرال 11/19 قوی ترین ساختار است.برای نانولوله ها با زاویه ی کایرال 49/15 مشاهده شد که این ساختارها بیشترین اختلاف گشتاور بحرانی را در دو حالت چپ گرد و راست گرد، نسبت به سایر ساختارها دارد. در بررسی اثرات عیب جای خالی مشاهده شد که با افزایش تعداد پیوندهای حذف شده گشتاور بحرانی بیشتر افت می کند اما تغییرات در این مرحله هم زیاد چشم گیر نیست. همچنین در مراحل ایجاد عیب، نوع پیوندهای حذف شده مهم و تاثیرگذار هستند. وجود عیوب در ساختار نانولوله همچنین باعث افزایش اختلاف گشتاور بحرانی در دو حالت چپ گرد و راست گرد می شود. با بررسی اثرات مکان عیوب دیده شده اثر وجود عیب در مرکز نانولوله نسبت به ابتدای نانولوله محسوس تراست که البته برای عیب جای خالی نسبت به عیب استون ولز این تغییرات بیشتر است. در بررسی دیگری که اثر زاویه ی کایرال بر گشتاور بحرانی در حضور عیب های جای خالی و استون ولز انجام شد در این حالات هم زاویه 11/19 بیشترین پایداری را داشت. در نهایت به طور کلی در مورد کمانش پیچشی نانولوله ها می توان گفت در نسبت منظری های بالا اثرات طول به مراتب مهم تر از سایر پارامترها است به طوری که اثرات وجود عیب های جای خالی و استون ولز هم کم تاثیر می شود.