عنوان پایان‌نامه
مطالعه دینامیکی حرکات نوسانی در نانوتیوپ های کربنی
- رشته تحصیلی
- شیمی فیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 4611;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 50902
- تاریخ دفاع
- ۱۹ تیر ۱۳۹۰
- دانشجو
- رقیه حدیدی ماسوله
- استاد راهنما
- معصومه فروتن
- چکیده
- کار پژوهشی حاضر دارای دو بخش مرتبط با مطالعات شبیه¬سازی دینامیک مولکولی نانوساختار¬ها شامل نانونوسانگر¬ها و نانوکامپوزیت¬ها است. در بخش اول رفتار دینامیکی نانونوسانگرهای متشکل از دو نانولوله با استفاده از شبیه¬سازی دینامیک مولکولی مطالعه می¬شود. تحقیقات اخیر نشان داده¬است که وقتی یک نانوساختار مثل نانولوله کربنی و یا فولرن درون یک نانوساختار دیگر قرار می¬گیرد تحت شرایط معینی شروع به نوسان می¬کند. نانوساختارهای بررسی شده می¬توانند نانولوله¬های تک جداره، دوجداره، چند جداره، باندل و فولرن در ابعاد مختلف باشند.اهمیت ویژه نانونوسانگرهای فوق محدوده فرکانس آنهاست که در مقیاس گیگاهرتز است. انواع نانونوسانگرهای بررسی شده و شرایط آنها در کار حاضر عبارتند از: الف) نانونوسانگر متشکل از دو نانولوله (12،8) و (12،16) در دمای 150. ب) نانونوسانگر متشکل از دو نانولوله (12،8) و (12،20) در دمای 150 ج) نانونوسانگر متشکل از دو نانولوله (12،8) و (12،16) در دمای 170. در ابتدا نانونوسانگرهای فوق طراحی می¬شوند و سپس رفتار دینامیکی آنها از طریق رسم منحنی¬های مکان، سرعت، انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی نوسانگرها نسبت به زمان بررسی می¬شود با رسم طیف اسپکتروگرام نوسانگرهای فوق مشاهده گردید که فرکانس نوسان برای سیستم¬های فوق در محدوده 200 گیگا هرتز است. در بخش دوم، برهمکنش¬های بین اجزا تشکیل دهنده نانوکامپوزیت¬هایی با پایه پلیمری از طریق شبیه¬سازی دینامیک مولکولی مطالعه می¬شود. ویژگی¬های بسیار جالب توجه نانولوله¬های کربنی، آنها را به عنوان یک گزینه مناسب برای تقویت نمودن مواد پلیمری مطرح کرده است و منجر به تولید نانوکامپوزیت¬هایی با پایه پلیمری شده¬است. نانوکامپوزیت¬های مورد بررسی شامل پلیمرهای رزین اپوکسید با سه طول متفاوت وچهار دسته نانوساختار با طول¬های مختلف است. انواع نانوساختارهای مذکور عبارتند از نانولوله¬های کربنی تک جداره با قطر کوچک، باندل نانولوله¬های کربنی، نانولوله کربنی با قطری بزرگ برابر با قطر باندل و نانولوله¬هایی با قطرهای متفاوت. مشخصات نانوکامپوزیت¬های فوق عبارت¬اند از: نانولوله¬های (5،5) با قطر کوچک با طول¬های (10، 20، 30، 35 و 45) ?، باندل¬نانولوله¬های کربنی شامل 7 نانولوله صندلی (5،5) با طول¬های (10، 20، 30 و 40) ? ،نانولوله با قطر بزرگ (20،20) و نانولوله¬های با طول یکسان 30 ? و قطرهای متفاوت (5،5)، (7،7) و (10،10). در مطالعات فوق، احتمال تاب خوردگی رزین اپوکسید در اطراف باندل¬نانولوله کربنی برای نخستین بار بررسی شد، و نتایج نشان داد که شیار¬های جانبی مکان مناسبی برای جذب سطحی رزین اپوکسید به دور باندل نیستند و رفتارصورتبندی رزین اپوکسید به شدت از محدودیت¬های هندسی سطح باندل ها تاٌثیر می¬پذیرد.
- Abstract
- This work contains two sections relating to molecular dynamic (MD) simulation studies of nano structures including nano oscillators and nanocomposites. It has been shown that carbon nanotubes (CNTs) in their different forms, including single-walled CNT, double-walled CNT, multi-walled CNT, CNT bundle and also fullerenes oscillating inside a nanotube like a single-walled CNT, can be considered as nano-oscillators. Results of recent studies have led researchers to conclude that these oscillators are able to generate high frequencies, mainly in the gigahertz range. The useful applications of these gigahertz oscillators have been of value to many researchers, especially electrical engineers. In section 1, we performed MD simulation for three nano oscillators including (a) an oscillating single-walled CNT (8,12) inside a CNT (16,12) at 150K, (b) an oscillating single-walled CNT (8,12) inside a CNT (20,12) at 150K, and (c) an oscillating single-walled CNT (8,12) inside a CNT (16,12) at 170K. The curves of the oscillatory position, velocity, potential and kinetics energies versus the simulation time of oscillators are presented. The obtained spectrum shows that frequency of oscillating fullerene is in gigahertz range. Also, the extraordinary specifications of CNTs make them ideal candidates as ultra strong reinforces for composites, specifically, polymer based nanocomposites. In section 2, using MD simulations, we investigated the interfacial binding of epoxide resin with two nano-structures, namely CNTs and CNT bundles in a wide length range. (5, 5) CNTs and CNT bundles containing seven armchairs (5, 5) CNTs with four different lengths have been considered in this work. Our simulated systems contains (5, 5) CNTs (they are referred as small CNTs) with lengths of (10, 20, 30, 35 and 45) ?, CNT bundles containing seven armchair (5, 5) CNTs with lengths of (10, 20, 30 and 40) ? and CNT with a diameter equal to diameter of CNT bundle (it is referred as large CNT). The possibility of wrapping CNT bundles was studied and the simulation results demonstrate that the peripheral grooves are not preferred sites for the adsorption of epoxide resins on the surface of CNT bundles. These findings suggest that epoxide resin conformational behavior could be strongly influenced by geometric constraints of the surface of CNT bundles. Our study also examined the effects of CNTs and CNT bundles’ length on the conformational behavior of epoxide resin adsorbed on these nanostructures. The obtained results show that with an increase in the length of CNTs and CNT bundles, the interaction energy between these nanostructures and epoxide resin increases. Furthermore, we plotted the radial distribution functions and the radius of gyration of wrapped epoxide resins in order to compare the conformational behavior of epoxide resin adsorbed on CNTs and CNT bundles. Also, the morphology of epoxide resin on the CNTs and CNT bundles’ surfaces was investigated. This work also compared the conformational behavior of epoxide resin adsorbed on CNT bundle and a large CNT with the same diameter and length. The results suggested that the interaction energy between epoxide resin and large CNT is greater than that between epoxide resin and CNT bundle. This could be attributed to peripheral grooves of CNT bundle. Furthermore we also investigated the effects of CNT diameter and resin epoxide length on the conformational behavior of epoxide resin adsorbed on these nanostructures.
