تاثیر تغییر آرایش ظاهری ساختار نانو لوله کربنی Nano Carbon tube بر مدول الاستیسیته آن ( دکترای نانو _ میکرو الکترونیک)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته : نانو لوله های کربنی، استوانه های توخالی متشکل از اتمهای کربن به صورت ساختار شش وجهی هستند. دو ساختار رایج زیگزاگ و آرمچیر با شاخصه های هندسی و رفتاری متعدد به منظور ارزیابی تاثیر نوع ساختار بر تغییرات خواص مکانیکی که مهمترین آنها مدول الاستیسیته است مورد مطالعه قرار میگیرد.
این دو ساختار پرکابرد در پژوهش حاضر به روش اجزای محدود در نرم افزار تحلیلگر مارک مدلسازی شده اند و تاثیر تغییر آرایش ظاهری ساختار نانو لوله کربنی بر مدول الاستیسیته آن مورد مطالعه قرار گرفته است. رفتار پیوندهای کووالانسی بین اتم های کربن نیز با فرض المان های خمشی دارای مدول الاستیسیته و ضریب پواسون معین و اعمال بار کششی خالص به سطح بالایی آن انجام پذیرفته است تا مقدار مدول الاستیسیته ساختازهای مورد بررسی محاسبه گردد. بر اساس مطالعات انجام شده، ساختار آرمچیر در مقایسه با نمونه های زیگزاگ از مدول الاستیسیته بالاتری برخوردار است.
به طوری که نمونه های زیگزاگ همواره تمایل به افزایش مدول الاستیسیته خود و رسیدن به مقدار متناظر مربوط به ساختار ایده آل آرمچیر دارند. جهت نورد تا (نورد و یا کایرال بردار) از لایه های گرافن تغیی خواص الکتریکی نانو لوله ها را تعیین می کند. Chirality زاویه شبکه شش ضلعی اتمی کربن نانولوله را توصیف می کند. نانو لوله های صندلی - به اصطلاح به دلیل شکل صندلی مانند لبه های آنها - دارای شاخص های کایرال یکسان هستند و برای هدایت کامل آنها بسیار مورد نظر هستند. آنها برخلاف نانولوله های زیگزاگ نیستند ، که ممکن است نیمه هادی باشند. تبدیل یک برگه گرافن به میزان 30 درجه ، نانولوله ای را که از صندلی به صندلی بزرگ یا زیگزاگ یا برعکس تغییر می دهد ، تغییر می دهد.در حالی که همیشه MWCNT همیشه حداقل به همان سطح هدایت فلزات می انجامند و به آن می رسند ، هدایت SWCNTs به وکتور کایرال آنها بستگی دارد. خواص نانولوله های کربنی مشابه هم نیست.در حال حاضر، SWCNTs با تکنیک های مختلفی مانند تخلیه ی قوس الکتریکی، پیرولیز هیدروکربن ها در مجاورت کاتالیست، تبخیر لیزری و رسوب دهی بخار شیمیائی تهیه میشوند.SWCNTs تهیه شده با این تکنیکها مورفولوژی های مختلفی مانند مستقیم، نیمه حلقوی خمیده، شاخه ای، فنر مانند و مارپیچ دارند. وجود ساختارهای مختلف باعث گسترش خواص و کاربردهای SWCNTsمیشود ولی SWCNTs تازه سنتز شده حاوی نانولوله های متفاوت بسیاری هستند که مانع اصلی استفاده از آنها در تجهیزات نانو با بازدهی بالا است. مشخص شده است که خواص فیزیکی و الکترونیکی یک SWNT به قطر لوله و ساختار آن (m,n ) بستگی دارد.در بیشتر کاربردها به نانولوله هایی با خواص یکسان احتیاج داریم. مثال عملکرد یک دستگاه نانوالکترونیک بر پایه ی CNT ،با استفاده از نانولوله های یکسان به میزان چشمگیری بهتر میشود. ترانزیستورهای اثر میدان با نسبت های خاموش/روشن به میزان 106 ،با استفاده از نانولوله های کربنی غنی شده از (5,10 ) به دست میآیند و سرعت تجهیزات به این علت است که 99 ٪لوله ها جزء گروه نیمه هادی ها هستند.
نتیجه گیری :
نانو لوله های کربنی، استوانه های توخالی متشکل از اتمهای کربن به صورت ساختار شش وجهی هستند. دو ساختار رایج زیگزاگ و آرمچیر با شاخصه های هندسی و رفتاری متعدد به منظور ارزیابی تاثیر نوع ساختار بر تغییرات خواص مکانیکی که مهمترین آنها مدول الاستیسیته است مورد مطالعه قرار میگیرد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک