جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای امیرمحمد مستاجران)

موضوع:  شبیه‌سازی میدان‌فاز فرآیند ذوب‌سطحی نانومیله‌های مسی

ارائه دهنده: امیرمحمد مستاجران

استادان راهنما: دکتر مهدی جوانبخت

استادان داور: دکتر محمد سیلانی، دکتر مهدی سلمانی تهرانی

چیکده:

نانومیله‌ها، به‌عنوان یکی از نانومواد یک‌بعدی شناخته می‌شوند که می‌توانند از فلزات یا مواد نیمه‌رسانا ساخته شوند. این ساختارها ویژگی‌های مکانیکی، نوری و حرارتی منحصربه‌فردی دارند که به کاربردهای مختلفی منجر می‌شوند. در این پایان‌نامه، فرایند ذوب‌ نانومیله‌های مسی و عوامل مؤثر بر آن با استفاده از روش میدان فاز مورد بررسی قرار می‌گیرد. روش میدان فاز بر اساس کمینه‌سازی انرژی سیستم با استفاده از معادلة سینتیک گینزبرگ - لاندا عمل می‌کند. در این روش، انرژی سیستم از جمله بخش‌های الاستیک، گرادیان، دو چاهی و حرارتی در نظر گرفته می‌شود. برای توصیف تغییر فاز از یک حالت به دیگر، از یک پارامتر به نام پارامتر مشخصه استفاده می‌شود. معادلة گینزبرگ - لاندا بر اساس این پارامتر بیان می‌شود و با حل این معادله، تحول فاز در زمان و مکان مشخص می‌شود. مقدار پارامتر مشخصه در حالت جامد برابر یک و در حالت مذاب صفر است، و هر مقدار بین صفر و یک نشان‌دهندة مرز میان حالت‌های جامد و مذاب است. شبیه‌سازی نانومیله‌های مسی به با استفاده از مدل‌ تقارن محوری و به کمک نرم‌افزار کامسول صورت‌گرفته است. طول، شعاع، کرنش حرارتی، پارامتر مشخصه، کرنش حجمی و تنش میانگین، همچنین مقید نمودن و اصلاح هندسی لبه به‌عنوان پارامتر‌های مهم در تعیین مکانیزم و دمای ذوب مشخص شده‌اند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد که مکانیزم‌های ذوب به شعاع نانومیله‌ها وابسته هستند به‌طوری‌که در شعاع بیش از 5 نانومتر ذوب همراه با تشکیل و حرکت صفحه رابط در دو راستای شعاع و طول صورت می‌گیرد؛ اما در شعاع‌های کمتر صفحه رابط تنها در راستای طول نانومیله حرکت می‌نماید. همچنین، در طول‌های کمتر از 25 نانومتر نتایج نشان دادند دمای ذوب به‌صورت نمایی شدیداً افت می‌کند. همچنین، درنظرگرفتن کرنش حرارتی باعث افزایش دمای ذوب نانومیله‌ها می‌شود. علاوه بر این، مقیدکردن انتهای نانومیله‌ها باعث افزایش دمای ذوب نانومیله‌ها می‌گردد و اصلاح هندسی لبة نانومیله‌ها به دلیل کاهش تمرکز تنش، دمای ذوب را افزایش می‌دهد. همچنین، قراردادن نانومیله‌های مسی بر روی بستر ZnO باعث افزایش دمای ذوب آنها می‌شود. نحوه تغییرات دمای ذوب با شعاع و طول نیز با مدل‌های ترمودینامیکی و نتایج دینامیک مولکولی موجود مقایسه گردید که بیانگر تطابق بسیار خوب نتایج شبیه‌سازی با آنها و توانمندی مدل میدان فاز مورداستفاده در مطالعه پدیده ذوب نانوساختارها دارد.