دانلود تحقیق با موضوع نانولوله، کربني، ميباشد.

ش اويلر ميگردند.
يک عيب دو تهيجاي، بيشتر از دو عيب تک تهيجاي باعث کاهش در بار بحراني کمانش خواهد شد.
موقعيت عيوب تهيجاي در طول نانولوله، تأثير بسياري در بار بحراني کمانش دارد؛ به طوري که محل بحراني براي وجود عيب، در مرکز نانولوله ميباشد.
پروانه و شريعتي(2010)
پروانه و شريعتي در ادامه کار خود در سال 2009 به بررسي خواص مکانيکي نانولوله کربني پرداختند. آن‌ها با توجه به پراکندگي نتايج تجربي در زمينه پيشبيني مدول يانگ نانولوله کربني، در سال 2010 در مقالهاي به بررسي تأثير انواع بارگذاري و عيوب بر مدول يانگ نانولوله کربني تک جداره با استفاده از مدل ساختاري پرداختند]9[. در تمامي روشهاي آزمايشگاهي بايد از نانولوله کربني به قدر کافي بزرگ استفاده شود. همچنين روشهاي مختلفي براي به دست آوردن مدول يانگ نانولوله کربني وجود دارد. آن‌ها در اين بررسي مدول يانگ انواع مختلف نانولوله کربني با طولها و اقطار مختلف را با روشهاي گوناگون به دست آوردند(شکل(2-1)) و دريافتند که:
بهترين روش براي پيشبيني مدول يانگ نانولوله کربني استفاده از تست پيچش ميباشد.
عيوب مختلف تأثير چنداني بر مدول يانگ نانولوله کربني بزرگ ندارد. البته اين تأثير اندک در نانولوله کوچک بيشتر نمايان ميباشد.
نانولولههاي آرمچير8 در مقابل عيوب نسبت به نوع زيگزاگ9 آن حساسترند.
شکل (‏2-1): مدول يانگ نانولوله کربني تکجداره به عنوان تابعي از نسبت ظاهري نانولوله]9[
خليلي و حقبين(2012)
در سال 2012 خليلي و حقبين با ارائه مقالهاي به بررسي پارامترهاي طراحي نانوکامپوزيت تقويت‌شده با نانولوله کربني تحت بار ضربهاي پرداختند]10[. در اين مقاله تأثير قطر و نوع نانولوله کربني بر رفتار ضربهاي نانوکامپوزيت تقويت‌شده با اين نانولولهها بررسي شده است. نانولوله کربني بوسيله المانهاي تير در فضاي قابمانند با روش المان محدود(FEM) شبيهسازي شده است(شکل(2-2)). براي شبيهسازي از نرمافزار آباکوس استفاده شده است.
شکل (‏2-2): نانوکامپوزيت شبيهسازي شده در آباکوس، شامل نانولوله و ماتريس]10[
آنها نتايج حاصل از اين شبيهسازي را اين‌گونه بيان نمودند:
نانولولههاي کربني با قطر کوچک‌تر، استحکام بهتري در برابر بار ضربهاي به نانوکامپوزيت ميدهند.
رفتار ضربهاي نانوکامپوزيت به نوع نانولولهکربني وابسته نيست.
بهترين راه براي بهبود خواص نانوکامپوزيت تحت بار ضربهاي استفاده از نانولوله آرمچير کوچکتر در حجم ماتريس بزرگ‌تر ميباشد. بنابراين بهتر است در طراحي نانوکامپوزيت تحت بار ضربهاي به جاي نوع روي اندازه نانولولهکربني متمرکز شد.
ژانگ و ميلواگنام(2006)
ژانگ و ميلواگنام در سال 2006 طي مقالهاي قابليت جذب انرژي نانولولههاي کربني را به شيوه ديناميک مولکولي و با استفاده از پتانسيل سه بعدي ترسوف – برنر10، مورد بررسي قراردادند]11[. آن‌ها در مقاله خود يک قطعه الماس با ابعاد 3.56×3.56×0.7?nm?^3 را به عنوان گلوله در نظر گرفتند به طوري که عرض اين گلوله از عرض بزرگ‌ترين نانولوله بعد از برخورد و تغيير شکل بيشتر ميباشد. آن‌ها ارتباط ميان شعاع نانولوله، مکان نسبي برخورد گلوله و سرعت گلوله با ميزان جذب انرژي توسط نانولوله کربني تک جداره را بررسي نمودند. در کار آن‌ها گلوله با سرعت ثابت در بازه 100 تا 1500 متر بر ثانيه و از يک فاصله مشخص نسبت به محور مرکزي نانولوله و عمود بر اين محور به آن برخورد ميکند. نانولوله مورد استفاده در کار آن‌ها شامل سه نمونه نانولوله کربني زيگزاگ با قطرهاي 75/0 ، 41/1و 114/2 نانومتر و طولهاي مختلف ميباشد.
شرايط مرزي براي نانولوله به دو صورت يک سر گيردار و دو سر گيردار در نظر گرفته شد(شکل(2-3)). از اتلاف گرما در طي فرايند ضربه نيز صرف‌نظر شده است.
(ب)
(الف)
شکل (‏2-3): مدل اوليه نانولوله کربني (الف): دو سر گيردار و (ب): يک سر گيردار]11[.
آن‌ها مشاهده نمودند که وقتي گلوله به وسط نانولوله کربني دو سر گيردار برخورد ميکند؛ ميزان جذب انرژي ماکزيمم ميشود. درحالي‌که ميزان جذب انرژي نانولوله يک سر گيردار هنگامي بيشينه است که گلوله در ارتفاع نسبي 0.6 نسبت به سر ثابت‌ به نانولوله کربني برخورد ميکند(شکل(2-4)). قطر نانولوله نيز در محل بيشينه شدن حداکثر انرژي جذب‌شده تأثيري ندارد.
شکل (‏2-4): ارتباط ميان جذب انرژي و ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله در نانولوله کربني يک سر گيردار به قطر 0.75 نانومتر]11[
ژانگ و ميلواگنام(2007)
ژانگ و ميلواگنام در ادامه کار خود در سال 2006 به بررسي ظرفيت مقاومت نانولوله کربني در برابر ضربه پرداختند]12[. آن‌ها در اين کار به منظور نشان دادن تقريبي شرايط نانولولهها درکامپوزيتها فقط از نانولوله کربني دو سر گيردار استفاده نمودند. علت اين امر اين است که آن‌ها بر اين عقيده بودند که در مصارف صنعتي از نانولولهها، اين مواد به شکل دو سر ثابت در کامپوزيتها استفاده ميشوند. همچنين بازه سرعت را به 1000 تا 3500 متر بر ثانيه افزايش دادند. پارامترهايي نظير مکان برخورد و سرعت گلوله را بررسي نمودند. و مشاهده نمودند که جذب انرژي در وسط نانولوله کربني ماکزيمم شده و اين امر مستقل از قطر نانولوله کربني ميباشد(شکل(2-5)). با افزايش قطر نانولوله قابليت جذب انرژي بيشتر شده يعني نانولولههاي با قطر بزرگ‌تر در برابر سرعتهاي بزرگ‌تري از گلوله مقاومت ميکنند. همچنين آن‌ها دريافتند که وقتي گلوله در ارتفاع نسبي مختلف به نانولوله برخورد ميکند، فرآيند برگشت گلوله در يک زمان تقريباً مشابه شروع ميشود؛ اما افزايش و کاهش سرعت در موقعيتهاي مختلف متفاوت است که اين امر ناشي از وابستگي تغيير شکل نانولوله به ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله ميباشد. در نهايت نيز گلوله به يک سرعت ثابت رسيده که اين سرعت از سرعت اوليه گلوله کمتر است(شکل(2-6)).
شکل (‏2-5): انرژي جذب‌شده نرماله شده توسط نانولوله کربني با سه قطر مختلف بر حسب ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله]12 [
شکل (‏2-6): نمودار ويژگيهاي مختلف گلوله بر حسب زمان 1: سرعت گلوله 2: جابجايي گلوله و نانولوله 3: جابجايي گلوله براي نانولوله کربني به قطر 41/1 نانومتر]12[
نانولوله کربني
مقدمه
کربن يکي از معروف‌ترين و کارآمدترين عناصر در ساخت ترکيبات مختلف است.کلمه کربن از کلمه لاتين به معناي ” کربو11 ” گرفته شده است که روميها آن را زغال چوب مينامند[13]. البته در دنياي مدرن، آن فراتر از يک زغال چوب ميباشد. از کربن، فيبرهاي با استحکام بالا، يکي از بهترين روانکنندهها(گرافيت)، سختترين کريستالها و مواد(الماس)، محصولات غيربلورين(کربن شبه شيشهاي) و … به دست ميآيند. توانايي يک عنصر در ترکيب با اتمهايش مختص کربن نميباشد. اما اين عنصر در تعداد و تنوع آلوتروپها منحصربهفرد ميباشد. اين عنصر بيشترين تعداد آلوتروپ را در ميان عناصر ديگر دارا ميباشد. خصوصيات آلوتروپهاي مختلف کربن ميتوانند بطور گسترده تغيير کنند. به عنوان مثال، الماس يکي از سختترين مواد شناخته‌شده و گرافيت يکي از نرمترين آنها ميباشد. الماس يک عايق الکتريکي در حاليکه گرافيت يک هادي الکتريکي ميباشد. در اين ميان نانولولههاي کربن و فلورينها، توجه دانشمندان را بيشتر از ديگر شکلهاي کربن به خود جلب کرده‌اند. اگرچه مدت زمان زيادي از کشف نانولولههاي کربن و فلورين نميگذرد؛ اما تحقيقات وسيعي در زمينه شناسايي، ساخت و بکارگيري آن‌ها در صنايع مختلف انجام‌شده و پيشرفتهاي زيادي نيز در اين رابطه صورت گرفته است.
کشف نانولوله کربني
تاريخ لولههاي نانومتري کربن گرافيتي به گذشتهاي دور در سال 1952 برميگردد. در آن سال رادشکويچ12 و لوکيانويچ13 تصاوير واضحي از لولههاي 50 نانومتري کربن را در مجله روسي “شيمي فيزيک”14 به چاپ رساندند. با اين وجود اغلب مقالات معروف و علمي، کشف ساختار اتمي C60 (شکل(3-1)) را سرآغاز اين تحول جديد در علم نانو ميدانند. در سال 1990 مقاله‌اي توسط دونالد هافمن15 از دانشگاه آريزونا و ولف گانگ16 کراشمر مبني بر کشف ساختار جديدي از کربن که داراي 60 اتم کربن است، در نشريه نيچر17 به چاپ رسيد. ساختاري که تا قبل از آن تنها به صورت تئوري پيشبيني شده بود.
شکل (‏3-1): نمايي از ساختار اتمي C60
اين امر سبب باز شدن دريچهاي جديد به علم نانو گرديد به طوريکه در سال 1991 ساختار شگفتانگيز ديگري از اتمهاي کربن به نام نانولوله کربني توسط ايجيما[4] کشف شد و توجه بسياري از محققان و دانشمندان را به خود معطوف نمود. خواص منحصربه‌فرد مکانيکي و الکتريکي اين ساختار براي محققين بسيار جالب و قابل توجه بود.
ساختار نانولوله کربني
مکانيزم پيوندها در نانولولههاي کربني بسيار شبيه گرافن18 ميباشد. عدد اتمي کربن 6 است و از نقطه‌نظر فيزيک اتمي، ساختار الکترونيکي اين اتم ميباشد. نانولولهها تماماً از پيوند sp2 تشکيل شدهاند مانند گرافيت. اين ساختار پيوند از پيوند sp3که در الماس وجود دارد قويتر است و استحکام منحصربه‌فردي به اين مولکولها ميدهد. کوچک‌ترين ساختار واحد تشکيلدهنده يک نانولوله کربني حلقهاي متشکل از شش اتم کربن است. معمولاً براي مدل‌سازي و درک بهتر از ساختار نانولولههاي کربني، فرض ميکنند که اين نانولولهها از پيچيده شدن يک گرافن تشکيل يافتهاند(شکل(3-2)). در واقع نانولولهها در زمان تشکيل به صورت لولهاي بوجود ميآيند و توسط يک سرپوش نيمکره شبه فلوروئن بسته‌شده‌اند.
شکل (‏3-2): مکانيزم ساخت نانولوله کربني[14]
اگر نانولوله از يک لايه گرافن لوله شده تشکيل يافته باشد، به آن نانولوله تکديواره و اگر از چند لايه گرافن لوله شده هممرکز تشکيل يافته باشد، به آن نانولوله چندديواره اطلاق ميگردد. طول و قطر اين ساختارها در مقايسه با نانولولههاي تکديواره بسيار متفاوت بوده که در نتيجه، خواص آن‌ها نيز بسيار متفاوت ميباشد. همچنين در اين نانولولهها فاصله بين لايهها در حدود 0.34 نانومتر معادل فاصله بين لايهاي گرافيت ميباشد. در يک صفحه گرافن، اتمهاي کربن به صورت ساختارهاي ششگوش در کنار يکديگر قرارگرفته‌اند، به طوريکه هر اتم با سه اتم ديگر مجاور است.
حالتهاي مختلف زيادي براي لوله کردن يک گرافن وجود دارد. جهت چرخش اين لايه گرافن، نوع ساختار نانولولههاي کربني را به وجود ميآورد. همان‌گونه که در شکل(3-3) مشاهده ميشود، سه نوع ساختار متفاوت از پيچيده شدن لايه گرافن ايجاد ميگردد.
جهت چرخش توسط يک بردار که به نام بردار چرخش يا بردار چيرال19 معروف است، بيان ميشود. اين بردار ميتواند به صورت يک ترکيب خطي از بردارهاي انتقال واحد در شبکه شش وجهي تعريف شود[15]:
(‏3-1)
که m وn اعداد صحيح هستند و a1 و a2 بردارهاي شبکه شش وجهي گرافيت مي‌باشند. زاويه بين a1 و a2 زاويه چيرال ناميده ميشود که از رابطه زير به دست ميآيد:
(‏3-2)
نانولولهها با بردارهاي چيرال متفاوت، داراي خواص متفاوتي ميباشند نظير هدايت الکتريکي و استقامت مکانيکي متفاوت. جدول (3-1) پارامترهاي مربوط به ساختارهاي مختلف نانولولههاي کربني نظير قطر و زاويه چيرال نانولولهها را نشان مي‌دهد.
شکل (‏3-3): سه نوع ساختار مختلف نانولوله کربني[16]
جدول (‏3-1): پارامترهاي ساختارهاي مختلف نانولوله کربني[15]
قطرنانولوله(DNT)
زاويه چيرال(?)
شاخصهاي چيرال(m,n)
نوع نانولوله
(m,0)
زيگزاگ
30
(m,m)
آرمچير
30?0
(m,n)
چيرال
برهمکنشها و پتانسيلهاي موجود در نانولوله کربني
به طور کلي انرژي

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *