شبيه سازي اثر افزودن گرافن در بهبود خواص مكانيكي نانوكامپوزيتهاي آلومينيوم-گرافن

كارشناسي ارشد

آلومينيوم با داشتن نسبت استحكام به وزن بالا و قيمت كم و چگالي پايين در مقايسه با ساير فلزات سبك مي‌تواند بيشترين استفاده به‌عنوان زمينه در كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي را به خود اختصاص دهد ولي استفاده از آلومينيوم و آلياژهاي آن به خاطر استحكام تسليم پائيني كه دارند محدود شده است. ازاين‌رو بررسي كامپوزيت‌هاي پايه آلومينيومي كه توسط گرافن، به‌عنوان يك ماده جايگزين عالي براي دستيابي به خواص مكانيكي بهتر، تقويت مي‌شوند مسئله‌اي مهم به نظر مي‌رسد. از طرفي، به دليل عدم پيوستگي در ابعاد نانو، براي بررسي چنين سيستم‌هايي نمي‌توان از تئوري‌هاي محيط پيوسته استفاده كرد. بهترين جايگزين، روش ديناميك مولكولي است كه برمبناي مكانيك كلاسيك بوده و اخيراً مجموعه‌هاي نرم‌افزاري قابل‌اعتمادي نيز براي اين منظور توسعه‌يافته‌اند كه از آن ¬جمله مي‌توان به نرم¬افزار لمپس اشاره نمود كه در اين تحقيق از آن استفاده مي‌شود. در اين پايان‌نامه، شبيه‌سازي ديناميك مولكولي (MD) نانو كامپوزيت آلومينيوم-گرافن (Al-Gr) انجام‌شده است. خواص مكانيكي آلومينيوم، گرافن و نانوكامپوزيت آلومينيوم-گرافن با اعمال بارگذاري تك‌محوري و كشش از دو انتهاي آن بررسي‌شده است. برهمكنش‌هاي بين اتم‌هاي آلومينيوم با استفاده از پتانسيل روش جاسازي اتم(EAM) مدل گرديد كه در آن پتانسيل بين‌مولكولي تطبيقي واكنش تجربي پيوند سفارشي (AIREBO) براي برهمكنش ميان اتم‌هاي كربن استفاده شد و اين پتانسيل‌هاي جفتي با پتانسيل لنارد جونز (LJ) همراه مي‌شوند. نتايج محاسباتي نشان مي‌دهند كه مدول يانگ و استحكام كششي كامپوزيت Al-Gr بزرگ‌تر از مقادير متناظر براي آلومينيوم خالص است؛ با افزودن 78/0% وزني گرافن به آلومينيوم، مدول يانگ و استحكام نهايي آن به ترتيب Gpa 13 و Gpa 3/2 افزايش مي‌يابد. در شبيه‌سازي نشان داده مي‌شود كه نه‌تنها خواص مكانيكي تك‌كريستال آلومينيوم، بلكه خواص مكانيكي كامپوزيت Al-Gr هم به دما، نرخ كرنش و عيوب ساختاري (حفرات) حساس مي‌باشد؛ افزايش دما، كاهش نرخ كرنش و افزايش قطر حفرات منجر به كاهش خواص مكانيكي همچون مدول يانگ و استحكام كششي مي‌شود كه موافق با پد‌يده‌ها‌ي مشاهده ‌شده در آزما‌يشات با مقياس ماكرو هستند. نتايج شبيه‌سازي ديناميك مولكولي نيز با نتايج تحليلي به‌دست‌آمده از مدل نيمه تجربي Halphin-Tsai (H-T))) و قوانين اختلاط (ROM) مقايسه شده است. واژه‌هاي كليدي: ديناميك مولكولي (MD)، آلومينيوم، گرافن، نانو كامپوز‌يت، خواص مكانيكي

191019

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي نانوفناوري - نانومواد

دكتر صادق صادق زاده