عنوان پایان‌نامه
مدلسازی فاز واسط بین نانولوله کربنی و رزین با شبیه سازی اتمی
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوافضا - سازمان های هوافضایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 194;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67694
- تاریخ دفاع
- ۱۶ اسفند ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمد مهدوی
- استاد راهنما
- رهام رفیعی
- چکیده
- هدف اصلی از این پژوهش بررسی برهم‌کنش بین نانولوله و رزین اطراف در مقیاس نانو با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی در مقیاس نانو می‌باشد. ابتدا مدول نانولوله منفرد و همچنین نانولوله حاوی آسیب جای خالی بر اساس دو میدان نیروی مختلف محاسبه و مقایسه شده است. نمودارهای تنش-کرنش نانولوله‌ها تا نقطه تخریب مطالعه گردیده و کرنش تخریب گزارش شده است. سپس تاثیر قطر، کایرالیتی و طول نانولوله کربن بر روی نتایج مورد بررسی واقع شده است. سپس تاثیر آسیب جای خالی بر روی افت مدول نانولوله کربن با در نظر گرفتن هر دو پارامتر تعداد آسیب و محل قرار گیری آن به صورت تصادفی، با شبیه‌سازی دینامیک مولکولی تحلیل گردیده است. مدول نانولوله آسیب دیده با نانولوله سالم مقایسه گردیده، مشخص گردید مدلسازی محیط پیوسته نانومقیاس که به عنوان جایگزین روشهای مدلسازی اتمی پیشنهاد می‌گردد، تا حدی میزان افت خواص را دست‌پایین ارزیابی می‌کند. همچنین روند کاهش مدول نانولوله آسیب دیده برحسب تعداد آسیب به صورت خطی قابل تشخیص می‌باشد. در بخش بعدی، برهم‌کنش بین نانولوله و رزین اطراف نیز بر اساس شبیه‌سازی دینامیک مولکولی مورد مطالعه قرار گرفت. دو نوع نانولوله عادی و نانولوله عامل دار شده مورد بررسی واقع گردید و تاثیر برهم‌کنش‌های غیرپیوندی و پیوندی بین نانولوله و رزین مطالعه گردید. در این بخش نیز، تعداد پیوندهای عرضی برقرار شده بین نانولوله عامل دار شده و رزین به صورت تصادفی از حیث تعداد و محل قرار گیری آنها مدل گردید. با در نظر گرفتن فاز واسط به عنوان یک محیط پیوسته برای مدلسازی محیط پیوسته، مدول این فاز بر اساس نتایج شبیه‌سازی دینامیک مولکولی برای حالتهای مختلف استخراج گردید. نتایج حاکی از این واقعیت بودند که وقتی تعداد پیوندهای عرضی بین نانولوله و رزین افزایش می‌یابد، خواص مکانیکی نهایی سلول واحد مورد مطالعه کاهش نشان می‌دهد. به عبارت دیگر در چنین حالتی، پیوندهای قوی کوالانت موجود در فاز واسط قادر به جبران ضعف ساختاری نانولوله کربن نمی باشند. اما در خصوص استحکام فاز واسط در همه موارد افزایش چشمگیری در مقیاس نانو مشاهده گردید. کلمات کلیدی: نانولوله کربنی – دینامیک مولکولی – عیوب جای خالی – تحلیل تصادفی - نانوکامپوزیت
- Abstract
- The main objective of this research is to study the interaction between CNT and surronding polymer using molecular dynamics simulation at nano-scale. Firstly, Young’s modulus of isolated CNT is obtained. The Young’s moduli of non-defected CNTs are predicted using two different non-linear force fields. The stress-strain curves for CNTs are produced till the failure points and corresponding Young’s modulus and failure strain are reported. Then, the influence of CNTs diameter, chirality and length on the results is extensively analyzed. Secondly, the influence of vacancy defects on the Young’s modulus of CNT is evaluated using Molecular Dynamics (MD) simulation. Both numbers and locations of defects are treated as random parameters. Therefore, stochastic modeling procedure is employed. The Young's modulus of defected CNTs are obtained and compared with non-defected ones. The obtained results are compared with available data in literature. It is revealed that nano-scale continuum modelling which is used as a compromise in modelling of nano-structure underestimates the reduction level for the Young’s modulus of defected CNTs. A linear reduction trend is observed for the Young’s modulus of defected CNTs with respect to the number of vacancy defects. Moreover, the locations of defects play an important role in defining the degree to which the Young’s modulus is reduced. Moreover, theoretical characterization of the interaction between CNT and surrounding polymer is presented using molecular dynamics simulation. Embedded CNT in polymer is simulated concentrating on the interaction between CNT and polymer. The influence of chemical functionalization on elastic properties of nanocomposites is discussed at micro level. Stochastic analysis is conducted treating numbers of established cross links between CNT and polymer and their positions as random parameters. Young’s modulus of the interphase region as an intermediate phase between CNT and polymer for continuum modeling is extracted. It is revealed that increasing numbers of transverse covalent bonds between CNT and polymer, Young’s modulus of the nanocomposites decreases arisen from induced vacancy defects in CNT. Although functionalization can improve the interfacial shear strength between CNT and polymer, it has a main drawback in reducing Young’s modulus of the interphase region leading to weak stress transferring from resin to CNT. Keywords: CNT – Molecular Dynamic – Vacancy Defects – Stochastic Analysis - Nanocomposites
