جلسه دفاع پژوهشی 2 (آقای رضا شهسواری)

موضوع:  شبیه سازی دینامیک مولکولی برای طراحی مواد جدید و مطالعه رفتار مکانیکی آن ها با استفاده از پتانسیل های بین اتمی یادگیری ماشین

ارائه دهنده: رضا شهسواری

استادان راهنما: دکتر سید علیرضا شهیدی – دکتر سید جواد هاشمی فر

استادان مشاور: Dr. Gilles Frapper

استادان داور: دکتر محمد سیلانی – دکتر اسماعیل عبدالحسینی – دکتر مهران صفایانی

چکیده:

طراحي مواد جديد و سپس محاسبه خواص مكانيكي آن ها يكي از نيازهاي فناوري نوين است. درحالي كه در گذشته نه چندان دور طراحي و كشف مواد جديد و محاسبه خواص آن ها به دليل هزينه هاي سنگين آزمايشگاهي به شدت محدود بود، اما امروزه با پيشرفت روش هاي محاسباتي اين گونه نيست. با وجود اين كه در اين كار چالش برانگيز روش تئوري تابع چگالي به دليل دقت مكانيك كوانتومي نقش مهمي را ايفا كرده است، اما همواره به دليل محاسبات زمان بر و سنگين باعث ايجاد محدوديت هايي شده است. اين درحالي است كه پتانسيل هاي تجربي سرعتي به مراتب بالاتر دارند. تركيب دقت روش تئوري تابع چگالي همراه با سرعت توابع تجربي از طريق پتانسيل هاي بين اتمي يادگيري ماشين امكان پذير است. در اين رساله، ده ساختار كريستالي جديد براي دو سيستم آلومينيوم-سولفايد و گاليوم-سولفايد براساس روش الگوريتم ژنتيك برپايه تئوري تابع چگالي و روش تصادفي برپايه پتانسيل هاي يادگيري ماشين طراحي شده است. سپس پايداري حرارتي، ديناميكي، ترموديناميكي و مكانيكي آن ها بررسي شده است. تمامي ساختارهاي طراحي شده از نظر مكانيكي، ديناميكي و حرارتي تا حداقل دماي ۶۰۰ درجه كلوين پايدار مي باشند. خواص مكانيكي مواد طراحي شده همچون مدول يانگ، مدول برشي و نسبت پواسون در همه راستا ها بررسي شده و همسانگردي و غير همسانگردي آن ها مشخص شده است. همچنين براي ساختار دي سولفيدموليبدن يك پتانسيل يادگيري ماشين طراحي شده است. بعد از به دست آوردن تابع پتانسيل يادگيري ماشين يك شبيه سازي تست كشش تك محوره، با استفاده از روش ديناميك مولكولي برروي اين ماده انجام شده است و خواص مكانيكي ماده موردنظر ارزيابي شده است. نتايج به دست آمده براي اين ماده با كارهاي آزمايشگاهي موجود و روش تئوري تابع چگالي مقايسه شده است. همچنين تاثير دما و عيب تهي جا نيز برروي خواص مكانيكي مطالعه شده است. با افزايش دما و افزايش مقدار عيوب ساختاري مطابق انتظار خواص مكانيكي كاهش پيدا كرده اند كه نشان مي دهد پتانسيل طراحي شده براي ساختارهاي داراي عيب نيز مي تواند استفاده شود. از آنجايي كه نتايج آزمايشگاهي گزارش شده داراي پراكندگي زيادي هستند نتايج اين تحقيق مي تواند به عنوان راهنمايي براي مطالعات آزمايشگاهي به منظور پيش بيني دقيق خواص نانو مواد مورد توجه قرار گيرد. همچنين يافته هاي ما، نه تنها خانواده مواد دوبعدي آلومينيوم-سولفايد و گاليوم-سولفايد را گسترش مي دهد بلكه از آنجايي كه ساختارهاي جديد داراي خواص منحصربفردي هستند مي توانند در جاهاي مختلف مورد استفاده قرار گيرند.