مدلسازي و آناليز خواص مكانيكي نانولوله هاي كربني
فهرست مطالب
چکیده1
فصل اول
مقدمه نانو3
1-1 مقدمه4
1-1-1 فناوری نانو4
1-2 معرفي نانولوله‌هاي كربني5
1-2-1 ساختار نانو لوله‌هاي كربني5
1-2-2 كشف نانولوله7
1-3 تاريخچه10
فصل دوم
خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی14
2-1 مقدمه15
2-2 انواع نانولوله‌هاي كربني16
2-2-1 نانولوله‌ي كربني تك ديواره(SWCNT)16
2-2-2 نانولوله‌ي كربني چند ديواره (MWNT)19
2-3 مشخصات ساختاري نانو لوله هاي کربني21
2-3-1 ساختار يک نانو لوله تک ديواره21
2-3-2 طول پيوند و قطر نانو لوله کربني تک ديواره24
2-4 خواص نانو لوله هاي کربني25
2-4-1 خواص مکانيکي و رفتار نانو لوله هاي کربن29
2-4-1-1 مدول الاستيسيته29
2-4-1-2 تغيير شکل نانو لوله ها تحت فشار هيدرواستاتيک33
2-4-1-3 تغيير شکل پلاستيک و تسليم نانو لوله ها36
2-5 کاربردهاي نانو فناوري39
2-5-1 کاربردهاي نانولوله‌هاي كربني40
2-5-1-1 كاربرد در ساختار مواد41
2-5-1-2 كاربردهاي الكتريكي و مغناطيسي43
2-5-1-3 كاربردهاي شيميايي46
2-5-1-4 كاربردهاي مكانيكي47
فصل سوم
روش های سنتز نانو لوله های کربنی55
3-1 فرايندهاي توليد نانولوله هاي کربني56
3-1-1 تخليه از قوس الکتريکي56
3-1-2 تبخير/ سايش ليزري58
3-1-3 رسوب دهي شيميايي بخار به کمک حرارت(CVD)59
3-1-4 رسوب دهي شيميايي بخار به کمک پلاسما (PECVD )61
3-1-5 رشد فاز بخار62
3-1-6 الکتروليز62
3-1-7 سنتز شعله63
3-1-8 خالص سازي نانولوله هاي كربني63
3-2 تجهيزات64
3-2-1 ميكروسكوپ هاي الكتروني66
3-2-2 ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)67
3-2-3 ميكروسكوپ الكتروني پيمايشي يا پويشي (SEM)68
3-2-4 ميكروسكوپ هاي پروب پيمايشگر (SPM)70
3-2-4-1 ميكروسكوپ هاي نيروي اتمي (AFM)70
3-2-4-2 ميكروسكوپ هاي تونل زني پيمايشگر (STM)71
فصل چهارم
شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته73
4-1 مقدمه74
4-2 مواد در مقياس نانو75
4-2-1 مواد محاسباتي75
4-2-2 مواد نانوساختار76
4-3 مباني تئوري تحليل مواد در مقياس نانو77
4-3-1 چارچوب هاي تئوري در تحليل مواد77
4-3-1-1 چارچوب محيط پيوسته در تحليل مواد77
4-4 روش هاي شبيه سازي79
4-4-1 روش ديناميک مولکولي79
4-4-2 روش مونت کارلو80
4-4-3 روش محيط پيوسته80
4-4-4 مکانيک ميکرو81
4-4-5 روش المان محدود (FEM)81
4-4-6 محيط پيوسته مؤثر81
4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی83
4-5-1 مدلهای مولکولی83
4-5-1-1 مدل مکانيک مولکولي (ديناميک مولکولي)83
4-5-1-2 روش اب انيشو86
4-5-1-3 روش تايت باندينگ86
4-5-1-4 محدوديت هاي مدل هاي مولکولي87
4-5-2 مدل محيط پيوسته در مدلسازي نانولوله ها87
4-5-2-1 مدل ياکوبسون88
4-5-2-2 مدل کوشي بورن89
4-5-2-3 مدل خرپايي89
4-5-2-4 مدل قاب فضايي92
4-6 محدوده کاربرد مدل محيط پيوسته95
4-6-1 کاربرد مدل پوسته پيوسته97
4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روي تغيير شکل97
4-6-3 اثرات ضخامت تخميني بر کمانش نانولوله98
4-6-4 اثرات ضخامت تخميني بر کمانش نانولوله99
4-6-5 محدوديتهاي مدل پوسته پيوسته99
4-6-5-1 محدوديت تعاريف در پوسته پيوسته99
4-6-5-2 محدوديت هاي تئوري کلاسيک محيط پيوسته99
4-6-6 کاربرد مدل تير پيوسته 100
فصل پنجم
مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی 102
5-1 مقدمه103
5-2 نيرو در ديناميک مولکولي104
5-2-1 نيروهاي بين اتمي104
5-2-1-1 پتانسيلهاي جفتي105
5-2-1-2 پتانسيلهاي چندتايي109
5-2-2 ميدانهاي خارجي نيرو111
5-3 بررسي مدل هاي محيط پيوسته گذشته111
5-4 ارائه مدل هاي تدوين شده براي شبيه سازي نانولوله هاي کربني113
5-4-1 مدل انرژي- معادل114
5-4-1-1 خصوصيات محوري نانولوله هاي کربني تک ديواره115
5-4-1-2 خصوصيات محيطي نانولوله هاي کربني تک ديواره124
5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS131
5-4-2-1 تکنيک عددي بر اساس المان محدود131
5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوين شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS141
5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسيله کد عددي تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB155
5-4-3-1 مقدمه155
5-4-3-2 ماتريس الاستيسيته157
5-4-3-3 آناليز خطي و روش اجزاء محدود برپايه جابجائي158
5-4-3-4 تعيين و نگاشت المان158
5-4-3-5 ماتريس کرنش-جابجائي161
5-4-3-6 ماتريس سختي براي يک المان ذوزنقه اي162
5-4-3-7 ماتريس سختي براي يک حلقه کربن163
5-4-3-8 ماتريس سختي براي يک ورق گرافيتي تک لايه167
5-4-3-9 مدل پيوسته به منظور تعيين خواص مکانيکي ورق گرافيتي تک لايه168
فصل ششم
نتایج171
6-1 نتايج حاصل از مدل انرژي-معادل172
6-1-1 خصوصيات محوري نانولوله کربني تک ديواره173
6-1-2 خصوصيات محيطي نانولوله کربني تک ديواره176
6-2 نتايج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS181
6-2-1 نحوه مش بندي المان محدود نانولوله هاي کربني تک ديواره در نرم افزار ANSYS و ايجاد ساختار قاب فضايي و مدل سيمي به کمک نرم افزار ]54MATLAB [182
6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربني تک ديواره192
6-3 نتايج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسيله کد تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB196
فصل هفتم
نتیجه گیری و پیشنهادات 203
7-1 نتيجه گيري204
7-2 پيشنهادات206
فهرست مراجع 207