جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (خانم شکوفه صالحی اسکندری)

موضوع: شبیه‌سازی ذوب نانوسیم‌های آلومینیومی به روش میدان فاز

ارائه دهنده: شکوفه صالحی اسکندری

استادان راهنما: آقای دکتر مهدی جوانبخت- آقای دکتر محمد سیلانی

استادان مشاور: -

استادان داور : آقای دکتر محمد محمدی اقدم - آقای دکتر مهدی سلمانی تهرانی-آقای دکتر حسین جعفرزاده

چیکده 

کاهش ابعاد مواد به مقیاس نانو موجب تغییر شدید خواص و عملکرد آن‌ها می‌گردد. در این زمینه، دمای ذوب نانو ساختارها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده و مطالعات ترمودینامیکی و اتمی متعددی بر آن صورت گرفته است. روش میدان فاز می‌تواند به خوبی به بررسی ترمودینامیک، سینتیک و تغییرات ساختاری نانو مواد بپردازد. در این پژوهش، برای نخستین بار به مدل‌سازی میدان فاز پدیده ذوب از سطح نانوسیم‌ها و به‌طور خاص از جنس آلومینیوم به دلیل کاربرد در سوخت جامد، پرداخته می‌شود. این مدل شامل معادله سینتیک گینزبرگ-لاندا کوپل شده با معادلات الاستیسیته و معادله نرخی کرنش انحرافی می‌باشد و تأثیر هر دو کرنش حجمی و انحرافی ذوب را لحاظ می‌کند که حداکثر با اختلاف 5% در مقایسه با شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی و تحلیلی قابل‌قبول می‌باشد. همچنین، مدل جدیدی برای توجیه رفتار ذوب نانوسیم تحت ‌فشار ارائه می‌شود که با افزایش فشار، افزایش دمای ذوب را در تطابق با مشاهدات فیزیکی موجود نشان می‌دهد. شبیه‌سازی ذوب نانوسیم‌های طول بلند با فرض کرنش صفحه‌ای و طول کوتاه با فرض تقارن محوری و با استفاده از نرم‌افزار کامسول صورت گرفته است. برای نانوسیم‌های بلند، ذوب نانوسیم آلومینیوم از سطح شروع می‌شود و به سمت مرکز پیشروی می‌کند. برای قطرهای کوچک‌تر از یک حد مشخص، نانوسیم آلومینیوم قبل از ذوب کامل، در حالت پیش ذوب قرار می‌گیرد. دماهای ذوب سطحی و حجمی بر اساس شعاع نانوسیم با مطالعات قبلی مقایسه شدند. در نظر گرفتن کرنش استحاله انحرافی موجب ایجاد نیروی محرکه ذوب و پیش‌بینی دمای ذوب کمتر گشته و تطابق بهتری با شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نسبت به روابط تحلیلی ترمودینامیکی مشاهده گردید. دو مکانیزم ذوب متفاوت بر اساس شعاع نانوسیم شناسایی شد، به‌طوری‌ که برای شعاع‌های بزرگ‌تر از 5 نانومتر، صفحه مشترک مذاب-جامد ایجاد می‌شود تا کل نمونه ذوب شود. برای شعاع‌های کوچک‌تر، صفحه مشترک مذاب-جامد کامل ظاهر نمی‌شود و ذوب نسبتاً همگن صورت می‌گیرد. برای شعاع‌های کوچک‌تر از 15 متوسط نرخ ذوب نسبت معکوسی با شعاع نشان داد. برای نانوسیم‌های کوتاه تأثیر کرنش استحاله انحرافی بر دمای ذوب نیز بررسی‌شده است به‌طوری‌ که برای طول‌های کوتاه‌تر، اثر بازدارنده‌ای بر ذوب دارد. همچنین، کشش سطحی تأثیر عملی بر دمای ذوب نشان نداد. مشخص گردید عامل اصلی ذوب و ایجاد وابستگی دمای ذوب به طول، شرایط مرزی انرژی سطحی متغیر در دو انتهای نانوسیم است و بدون آن، دمای ذوب به‌طور غیر فیزیکی مستقل از طول خواهد بود. افزایش نرخ گرمادهی بررسی تنها موجب افزایش سرعت ذوب بدون تأثیر بر مکانیزم ذوب ‌گردید. افزایش طول در شبیه‌سازی نانوسیم کوتاه منجر به نزدیک شدن دمای ذوب به حالت نانوسیم بلند گردید.