جلسه دفاع پژوهشی 2 (خانم صالحی اسکندری)

موضوع:  مدل‌سازی و شبیه‌سازی ذوب از سطح 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 حسین جعفرزاده- آقای دکتر مهدی سلمانی تهرانی- آقای دکتر محمد محمدی اقدم

چیکده:

کاهش ابعاد ساختارها 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. علاوه بر این روش‌ها، روش میدان فاز می‌تواند به‌خوبی به بررسی ترمودینامیک، سینتیک و تغییرات ساختاری نانو مواد بپردازد. در این پایان‌نامه، برای نخستین بار به مدل‌سازی میدان فاز پدیده ذوب از سطح نانوسیم‌ها و به‌طور خاص از جنس آلومینیوم 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. هم‌چنین، مدل جدیدی برای توجیه رفتار ذوب نانوسیم تحت‌فشار 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 بالک بر اساس شعاع نانوسیم با مطالعات قبلی مقایسه شدند. با در نظر گرفتن کرنش تبدیل انحرافی که با ایجاد نیروی محرکه ذوب دمای ذوب کمتری را پیش‌بینی می‌نماید، تطابق بهتری با شبیه‌سازی‌های مولکولی نسبت به روابط تحلیلی ترمودینامیکی حاصل شد. دو مکانیزم ذوب متفاوت بر اساس شعاع نانوسیم شناسایی شد، به‌طوری‌که 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. متوسط نرخ ذوب نسبت معکوسی با شعاع برای شعاع‌های کوچک‌تر از 15 نشان داد. برای نانوسیم‌های کوتاه تأثیر کرنش تبدیل انحرافی بر دمای ذوب نیز بررسی‌شده است به‌طوری‌که 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. اثر نرخ گرمادهی بر ذوب نیز بررسی و تأثیر آن بر دمای ذوب مشخص گردید.