جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای طاهری گوکی)

موضوع:  شبیه‌سازی پدیده ذوب نانولوله‌های فلزی توخالی به کمک روش میدان فاز                                                               

ارائه دهنده: احمدرضا طاهری گوکی        

استاد راهنما: دکتر مهدی جوانبخت

استادان داور: دکتر مهدی سلمانی تهرانی، دکتر صالح اکبرزاده

چیکده

نانولوله‌ها با توجه به ابعاد بسیار کوچک و قابلیت‌های منحصربه‌فردی که دارند امروزه بیش از پیش مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته‌اند. از این مواد در سیم‌کشی قطعات پیچیده الکترونیک، به‌عنوان کاتالیزور در صنایع شیمیایی، تقویت‌کننده در مصالح ساختمان ساختمانی و راه‌سازی و در سیستم‌های انتقال دارو استفاده می‌شود. در این پژوهش، به بررسی دمای ذوب نانولوله‌های طول بلند و کوتاه آلومینیوم و طلا و عوامل مؤثر بر آن با استفاده از روش میدان فاز برپایه‌ی مکانیک پرداخته می‌شود. روش میدان فاز برمبنای کمینه‌کردن انرژی سیستم توسط معادله‌ی سینتیک گینزبرگ-لاندا می‌باشد که انرژی سیستم شامل بخش‌های الاستیک، گرادیان، دو چاهی و حرارتی می‌باشد. به‌منظور بیان تغییر فاز از یک پارامتر متغیر میدان به نام پارامتر مشخصه استفاده می‌شود که معادله‌ی گینزبرگ-لاندا بر اساس این پارامتر بیان گردیده و با حل این معادله، تحول فاز در هر زمان و مکان مشخص می‌گردد. مقدار پارامتر مشخصه در حالت جامد برابر یک و در حالت مذاب صفر می‌باشد و هر مقدار بین صفر و یک بیانگر مرزجامد- مذاب می‌باشد. شبیه‌سازی نانولوله‌های طول بلند و کوتاه به ترتیب با استفاده از مدل‌های کرنش صفحه‌ای و تقارن محوری و به کمک نرم افزار کامسول صورت گرفته است. طول، قطر، انرژی سطحی، تنش و کرنش‌های غیرالاستیک ذوب و حرارتی به عنوان پارامتر‌های مهم در تعیین مکانیزم و دمای ذوب مشخص شده اند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی بیانگر آن است که با افزایش طول نانولوله دمای ذوب آن افزایش پیدا می‌کند. هم‌چنین اثر شعاع داخلی و خارجی بر دمای ذوب نانولوله نیز مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده‌شد که با افزایش شعاع خارجی نانولوله و با ثابت ماندن شعاع داخلی آن، دمای ذوب افزایش و با افزایش شعاع داخلی نانولوله و با ثابت ماندن شعاع خارجی آن، دمای ذوب کاهش می‌یابد. اثر ضخامت نانولوله نیز بر دمای ذوب بررسی گردید و نتایج بیانگر آن بود که با افزایش ضخامت، دمای ذوب افزایش پیدا می‌کند. کار استحاله‌ی مکانیکی دمای ذوب پایین‌تری نسبت به مدل‌های ترمودینامیکی پیش‌بینی می‌کند. نتایج حاصله تطابق بسیار خوبی با مشاهدات تجربی و شبیه‌سازی‌های اتمی و تحلیلی موجود نشان می دهد. هم‌چنین، برای نخستین بار یک رابطه‌ی تحلیلی برای وابستگی دمای ذوب نانولوله به طول و ضخامت با استفاده از انرژی آزاد گیبس ارائه گردید که علاوه بر انطباق کامل با مدل‌های پیشین برای نانوسیم‌ها، تطابق بسیارخوبی نیز با نتایج روش میدان فاز و شبیه‌سازی‌های اتمی موجود برای نانولوله‌ها نشان می‌دهد.

کلمات کلیدی: نانولوله‌های آلومینیوم و طلا، میدان فاز، ذوب، شبیه‌سازی، پارامتر مشخصه