بررسی تأثیرات طول، قطر و کایرالیتی بر خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی معیوب

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد

چکیده

نانولوله‌های کربنی دارای ساختارهای مختلف با محدوده قطری و طولی گسترده‌ای تحلیل گردید. تأثیر پارامترهای هندسی نانولوله‌های کربنی شامل قطر، طول و کایرالیتی بر مدول‌های یانگ و برشی نانولوله‌ها، به‌طور مستقل بررسی گردید. همچنین میزان کاهش مدول نانولوله کربنی در اثر وجود عیب جای خالی و افزایش تعداد و مکان عیب تعیین‌شده است. نتایج نشان می‌دهد که قطر نانولوله، تأثیر بیشتری نسبت به طول نانولوله بر خواص الاستیک دارد. با مقایسه‌ی نتایج به‌دست‌آمده برای نانولوله‌های آرمچیر، زیگزاگ و کایرال، عیب جای خالی بیشترین تأثیر را بر مدول یانگ نانولوله کایرال داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Iijima, S., “Helical Microtubules of Graphitic Carbon”, Nature, Vol. 354, No. 6348, pp. 56–58, (1991).

 

[2]  Belin, T., and Epron, F., “Characterization Methods of Carbon Nanotubes: A Review”, Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, Vol. 119, No. 2, pp. 105–118, (2005).

 

[3]  Li, F., Cheng, H. M., Bai, S., and Su, G., “Tensile Strength of Single-walled Carbon Nanotubes Directly Measured from Their Macroscopic Ropes”, Applied Physics Letters, Vol. 77, No. 2000, pp. 3161–3163, (2000).

 

[4]  رفیعی, ر., و پورعزیزی, ر., "بررسی تأثیر آسیب ساختاری بر روی خواص مکانیکی نانولوله کربن”، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، ج 13، ش 13، ص 165–175، (1392).

 

[5]  Sinnott, S. B., “Chemical Functionalization of Carbon Nanotubes”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 2, No. 2, pp. 113–123, (2002).

 

[6]  Bahr, J. L., and Tour, J. M., “Covalent Chemistry of Single-wall Carbon Nanotubes”, Journal of Materials Chemistry, Vol. 12, No. 7, pp. 1952–1958, (2002).

 

[7]  Treacy, M. M. J., Ebbesen, T. W., and Gibson, J. M., “Exceptionally High Young`s Modulus Observed for Individual Carbon Nanotubes”, Nature, Vol. 381, No. 6584, pp. 678–680, (1996).

 

[8]  Krishnan, A., Dujardin, E., Ebbesen, T. W., Yianilos, P. N., and Treacy, M. M. J., “Young’s Modulus of Single-walled Nanotubes”, Physical Review B, Vol. 58, No. 20, pp. 14013–14019, (1998).

 

[9]  ذاکری، م.، و بصیری، ا.، "تعیین مدول های برشی و خمشی نانولوله های کربنی با ساختارهای کربنی کایرال"، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، ج 13، ش 14، ص 56–67، (1392).

 

 [10] Kuwar, M., and Kamal, S., “Molecular Dynamics Simulation Study of Novel Properties of Defect Full Single Walled Carbon Nanotubes”, International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management (IJAIEM), Vol. 2, No. 2, pp. 77–81, (2013).

 

[11]  Kumar, A., Sharma, K., Singh, P. K., and Dwivedi, V. K., “Mechanical Characterization of Vacancy Defective Single-walled Carbon Nanotube/epoxy Composites”, Materials Today: Proceedings, Vol. 4, No. 2, pp. 4013–4021, (2017).

 

[12]  Sammalkorpi, M., Krasheninnikov, A., Kuronen, A., Nordlund, K., and Kaski, K., “Mechanical Properties of Carbon Nanotubes with Vacancies and Related Defects”, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, Vol. 70, No. 24, pp. 1–8, (2004).

 

[13]  Rafiee, R., “Prediction of Engineering Properties of CNT/epoxy Composites using Stochastic Modeling”, Ph.D. Thesis, Department of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Tech, (2010).

 

[14]  Parvaneh, V., and Shariati, M., “Effect of Defects and Loading on Prediction of Young’s Modulus of SWCNTs”, Acta Mechanica, Vol. 216, No. 1–4, pp. 281–289, (2011).

 

[15]  Ghavamian, A., Rahmandoust, M., and Öchsner, A., “A Numerical Evaluation of the Influence of Defects on the Elastic Modulus of Single and Multi-walled Carbon Nanotubes”, Computational Materials Science, Vol. 62, pp. 110–116, (2012).

 

[16]  Ouyang, M., “Atomically Resolved Single-walled Carbon Nanotube Intramolecular Junctions”, Science, Vol. 291, No. 5501, pp. 97–100, (2001).

 

[17]   Gogotsi, Y., “Nanomaterials Handbook”, CRC Press/Taylor & Francis, London & New York, (2006).

 

[18]  Ávila, A. F., and Lacerda, G. S. R., “Molecular Mechanics Applied to Single-walled Carbon Nanotubes”, Materials Research, Vol. 11, No. 3, pp. 325–333, (2008).

 

[19]  Ru, C. Q., “Effective Bending Stiffness of Carbon Nanotubes”, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, Vol. 62, No. 15, pp. 9973–9976, (2000).

 

[20]  Pantano, A., Parks, D. M., and Boyce, M. C., “Mechanics of Deformation of Single and Multi-wall Carbon Nanotubes”, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 52, No. 4, pp. 789–821, (2004).

 [21] Odegard, G. M., Gates, T. S., Nicholson, L. M., and Wise, K. E., “Equivalent-Continuum Modeling of Nano-structured Materials”, Composites Science and Technology, Vol. 62, No. 14, pp. 1869–1880, (2002).

 

[22]  Meo, M., and Rossi, M., “Prediction of Young’s Modulus of Single Wall Carbon Nanotubes by Molecular-mechanics Based Finite Element Modelling”, Composites Science and Technology, Vol. 66, No. 11–12, pp. 1597–1605, (2006).

 

[23]  Wernik, J. M., and Meguid, S. A., “Multiscale Modeling of the Nonlinear Response of Nano-reinforced Polymers”, Acta Mechanica, Vol. 217, No. 1–2, pp. 1–16, (2011).

 

[24]  Tserpes, K. I., and Papanikos, P., “Finite Element Modeling of Single-walled Carbon Nanotubes”, Composites Part B: Engineering, Vol. 36, No. 5, pp. 468–477, (2005).

 

[25]  Li, C., and Chou, T. W., “A Structural Mechanics Approach for the Analysis of Carbon Nanotubes”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 40, No. 10, pp. 2487–2499, (2003).

 

[26]  Lu, J. P., “Elastic Properties of Carbon Nanotubes and Nanoropes”, Physical Review Letters, Vol. 79, No. 7, pp. 1297–1300, (1997).

 

[27]  Hernández, E., Goze, C., Bernier, P., and A, R., “Elastic Properties of Single-wall Nanotubes”, Applied Physics A, Vol. 292, pp. 287–292, (1999).

 

[28]  Jin, Y., and Yuan, F. G., “Simulation of Elastic Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes”, Composites Science and Technology, Vol. 63, No. 11, pp. 1507–1515, (2003).

 

[29]  Shokrieh, M. M., and Rafiee, R., “Prediction of Young’s Modulus of Graphene Sheets and Carbon Nanotubes using Nanoscale Continuum Mechanics Approach”, Materials & Design, Vol. 31, No. 2, pp. 790–795, (2010).

 

[30]  Chang, T., and Gao, H., “Size-dependent Elastic Properties of a Single-walled Carbon Nanotube via a Molecular Mechanics Model”, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 51, No. 6, pp. 1059–1074, (2003).

 

[31]  Chen, L., Zhao, Q., Gong, Z., and Zhang, H., “The Effects of Different Defects on the Elastic Constants of Single-walled Carbon Nanotubes”, 2010 IEEE 5th International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, Xiamen, China, No. 50605039, pp. 777–780, (2010).

 

[32]  Hernandez, E., Goze, C., Bernier, P., and Rubio, A., “Elastic Properties of C and BxCyNz Composite Nanotubes”, Physical Review Letters, Vol. 80, No. 20, pp. 4502–4505, (1998).

 

[33]  Lu, X., and Hu, Z., “Mechanical Property Evaluation of Single-walled Carbon Nanotubes by Finite Element Modeling”, Composites Part B: Engineering, Vol. 43, No. 4, pp. 1902–1913, (2012).