مطالعه رفتار خراش مواد نانو کامپوزیت با استفاده از دینامیک مولکولی

در این پایان¬نامه، نانوخراش مس خالص و نانوکامپوزیت گرافن-مس به روش دینامیک مولکولی مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامترهایی همچون نیروی عمودی، نیروی اصطکاک و ضریب اصطکاک، سختی خراش و دمای سطح برای مس خالص و نانوکامپوزیت مس-گرافن با استفاده از نرم افزار دینامیک مولکولی لمپس lammps محاسبه شده و با نرم¬افزار vmd به نمایش گذاشته شده است. برای این محاسبات میدان¬های پتانسیل eam برای تبادلات بین اتمی (مس-مس) و مورس برای تبادل بین اتمی (مس-کربن) استفاده شده است. در ابتدا اثر تفاوت شکل برای دوحالت (مخروطی و نیم¬کره) و همچنین تغییر اندازه نوک قلم (9/1، 3 و 5/4) نانومتر بر پارامترهای مذکور برای مس خالص اندازه¬گیری شد. با مقایسه نتایج حاصل از تغییر شکل نوک قلم نشان داد که نیروی عمودی و نیروی اصطکاک برای نوک قلم نیم کره بیشتر از نوک قلم مخروطی خواهد بود. همچنین با افزایش قطر قلم پارامترهای نیروی عمودی، و نیروی اصطکاک افزایش خوهد یافت. برای نوک قلم نیم کره ضریب اصطکاک با افزایش قطر قلم کاهش خواهد یافت این در حالی است که روند میزان تغییرات ضریب اصطکاک برای نوک قلم مخروطی شکل متفاوت خواهد بود. همچنین اثرات افزایش سرعت (20، 50 و 100) متر بر ثانیه به ازای قطر ثابت 9/1 نانومتر و شکل ثابت نیم کره بر پارامترهای مذکور اندازه-گیری شد. نتایج نشان می¬دهد که افزایش سرعت نوک قلم باعث کاهش نیروی عمودی و سختی می¬شود در حالیکه این افزایش نیروی اصطکاک و ضریب اصطکاک را افزایش خواهد داد. صحت¬سنجی نتایج با مطالعات آزمایشگاهی و مدل¬سازی موجود در مقالات بررسی و ارائه شده است. در ادامه، با اضافه کردن نانو لایه گرافن (که دارای خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی بی نظیر است) به مس خالص اثر این نانو صفحه بر پارامترهای نیروی عمودی، نیروی اصطکاک و ضریب اصطکاک و دمای سطح بررسی شد. به منظور مطالعه¬ی آماری از موقعیت قرارگیری نانوصفحه¬ی گرافن در مس، اثر موقعیت قرار گیری از سطح نانوکامپوزیت به میزان (1 و 1.5) نانومتر و همچنین تعداد لایه¬ی گرافن (1 و 2) بر پارامترهای بالا بررسی شده است. نتایج نشان می¬دهد که با افزایش تعداد لایه گرافن سختی خراش نانوکامپوزیت در عمق 1 نانومتری افزایش می یابد. این در حالی است که با افزایش عمق حضور لایه گرافن نسبت به سطح سختی خراش با افزایش تعداد لایه گرافن کاهش می یابد. به طور کلی با افزایش عمق حضور نانو ذرات سختی خراش کمتر می شود.