توصيفگر ها :
نانولوله هاي آلومينوم و طلا , ميدان فاز , ذوب , شبيه سازي , پارامتر مشخصه
چكيده فارسي :
نانولوله‌ها با توجه به ابعاد بسيار كوچك و قابليت‌هاي منحصربه‌فردي كه دارند امروزه بيش از پيش مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته‌اند. از اين مواد در سيم‌كشي قطعات پيچيده الكترونيك، به‌عنوان كاتاليزور در صنايع شيميايي، تقويت‌كننده در مصالح ساختماني و راه‌سازي و در سيستم‌هاي انتقال دارو استفاده مي‌شود. در اين پژوهش، به بررسي دماي ذوب نانولوله‌هاي طول بلند و كوتاه آلومينيوم و طلا و عوامل مؤثر بر آن با استفاده از روش ميدان فاز برپايه‌ي مكانيك پرداخته مي‌شود. روش ميدان فاز برمبناي كمينه‌كردن انرژي سيستم توسط معادله‌ي سينتيك گينزبرگ-لاندا مي‌باشد كه انرژي سيستم شامل بخش‌هاي الاستيك، گراديان، دو چاهي و حرارتي مي‌باشد. به‌منظور بيان تغيير فاز از يك پارامتر متغير ميدان به نام پارامتر مشخصه استفاده مي‌شود كه معادله‌ي گينزبرگ-لاندا بر اساس اين پارامتر بيان گرديده و با حل اين معادله، تحول فاز در هر زمان و مكان مشخص مي‌گردد. مقدار پارامتر مشخصه در حالت جامد برابر يك و در حالت مذاب صفر مي‌باشد و هر مقدار بين صفر و يك بيانگر مرزجامد- مذاب مي‌باشد. شبيه‌سازي نانولوله‌هاي طول بلند و كوتاه به ترتيب با استفاده از مدل‌هاي كرنش صفحه‌اي و تقارن محوري و به كمك نرم افزار كامسول صورت گرفته است. طول، قطر، انرژي سطحي، تنش و كرنش‌هاي غيرالاستيك ذوب و حرارتي به عنوان پارامتر‌هاي مهم در تعيين مكانيزم و دماي ذوب مشخص شده اند. نتايج حاصل از شبيه‌سازي بيانگر آن است كه با افزايش طول نانولوله دماي ذوب آن افزايش پيدا مي‌كند. هم‌چنين اثر شعاع داخلي و خارجي بر دماي ذوب نانولوله نيز مورد بررسي قرار گرفت و نشان داده‌شد كه با افزايش شعاع خارجي نانولوله و با ثابت ماندن شعاع داخلي آن، دماي ذوب به‌صورت غيرخطي افزايش و با افزايش شعاع داخلي نانولوله و با ثابت ماندن شعاع خارجي آن، دماي ذوب به‌صورت غيرخطي كاهش مي‌يابد. اثر ضخامت نانولوله نيز بر دماي ذوب بررسي گرديد و نتايج بيانگر آن بود كه با افزايش ضخامت، دماي ذوب نيز به‌صورت غيرخطي افزايش پيدا مي‌كند. كار استحاله‌ي مكانيكي دماي ذوب پايين‌تري نسبت به مدل‌هاي ترموديناميكي پيش‌بيني مي‌كند. نتايج حاصله تطابق بسيار خوبي با مشاهدات تجربي و شبيه‌سازي‌هاي اتمي و تحليلي موجود نشان مي دهد. هم‌چنين، براي نخستين بار يك رابطه‌ي تحليلي براي وابستگي دماي ذوب نانولوله به طول و ضخامت با استفاده از انرژي آزاد گيبس ارائه گرديد كه علاوه بر انطباق كامل با مدل‌هاي پيشين براي نانوسيم‌ها، تطابق بسيارخوبي نيز با نتايج روش ميدان فاز و شبيه‌سازي‌هاي اتمي موجود براي نانولوله‌ها نشان مي‌دهد.
چكيده انگليسي :
Nanotubes have attracted the attention of researchers due to their small and remarkable characteristics. Today, these materials are used in electronic industries, chemical catalysts, Construction and Road industry, drug delivery systems, etc. In this research, a phase field method is used to investigate the effect of geometrical parameters on the melting temperature of metal nanotubes. The phase field method is based on the minimization of system energy by the Ginsberg-Landa kinetic equation, in which system energy consists of elastic, gradient, double well, and thermal energy. To express the phase change, a field variable parameter called the characteristic parameter is used, and the Ginsberg-Landau equation is expressed based on this parameter. To determine phase transformation in any time and place, the Ginsberg-landau equation, which is based on the variation of characteristic parameter to the time, is solved. The values of one and zero for the characteristic parameter represented the solid and molten states, respectively, and any value between zero and one represents the solid-melt interface. The phase field results showed that the melting temperature increases non-linearly as the nanotube length grows. Also, the effect of the inner and outer radii of the nanotube on the melting temperature was investigated and it was shown that by increasing the outer radius of the nanotube while keeping the inner radius constant, the melting temperature increases non-linearly, and by increasing the inner radius of the nanotube while keeping the outer radius constant, the Melting temperature is reduced non-linearly. The effect of the nanotube thickness on melting temperature was also studied and the results revealed that melting temperature increases with increasing thickness. Additionally, for the first time, an analytical relationship for the dependence of the melting temperature of nanotubes on length and thickness has been presented using the Gibbs free energy. This not only perfectly aligns with previous models for nanowires but also exhibits very good agreement with the results of phase field methods and atomic simulations available for nanotubes.
