توصيفگر ها :
دماي ذوب , نانولوله مسي , انرژي سطحي , اثرات مكانيكي , اثرات ابعادي , ميدان فاز
چكيده فارسي :
در اين پايان‌نامه، فرايند ذوب نانوميله‌هاي مسي و عوامل مؤثر بر آن با استفاده از روش ميدان فاز مورد بررسي قرار مي‌گيرد. روش ميدان فاز بر اساس كمينه‌سازي انرژي سيستم با استفاده از معادلة سينتيك گينزبرگ - لاندا عمل مي‌كند. در اين روش، انرژي سيستم از جمله بخش‌هاي الاستيك، گراديان، دو چاهي و حرارتي در نظر گرفته مي‌شود. براي توصيف تغيير فاز از يك حالت به ديگر، از يك پارامتر به نام پارامتر مشخصه استفاده مي‌شود. معادلة گينزبرگ - لاندا بر اساس اين پارامتر بيان مي‌شود و با حل اين معادله، تحول فاز در زمان و مكان مشخص مي‌شود. شبيه‌سازي نانوميله‌هاي مسي با استفاده از مدل تقارن محوري و به كمك نرم‌افزار كامسول صورت‌گرفته است. طول، شعاع، كرنش حرارتي، مقيد نمودن و همچنين، اصلاح هندسي لبه به‌عنوان پارامتر‌هاي مهم در تعيين مكانيزم و دماي ذوب مشخص شده‌اند. نتايج حاصل از شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه مكانيزم‌هاي ذوب به شعاع نانوميله‌ها وابسته هستند به‌طوري‌كه در شعاع بيش از 5 نانومتر ذوب همراه با تشكيل و حركت صفحه رابط در دو راستاي شعاع و طول صورت مي‌گيرد؛ اما در شعاع‌هاي كمتر صفحه رابط تنها در راستاي طول نانوميله حركت مي‌نمايد. همچنين، در طول‌هاي كمتر از 25 نانومتر نتايج نشان دادند دماي ذوب به‌صورت نمايي شديداً افت مي‌كند. همچنين، درنظرگرفتن كرنش حرارتي باعث افزايش دماي ذوب نانوميله‌ها مي‌شود. علاوه بر اين، مقيدكردن انتهاي نانوميله‌ها باعث افزايش دماي ذوب نانوميله‌ها مي‌گردد و اصلاح هندسي لبة نانوميله‌ها به دليل كاهش تمركز تنش، دماي ذوب را افزايش مي‌دهد. همچنين، قراردادن نانوميله‌هاي مسي بر روي بستر ZnO باعث افزايش دماي ذوب آنها مي‌شود. نحوه تغييرات دماي ذوب با شعاع و طول نيز با مدل‌هاي ترموديناميكي و نتايج ديناميك مولكولي موجود مقايسه گرديد كه بيانگر تطابق بسيار خوب نتايج شبيه‌سازي با آنها و توانمندي مدل ميدان فاز مورداستفاده در مطالعه پديده ذوب نانوساختارها دارد. نسبت به كارهاي گذشته، ماده به مس تغييريافته است و براي اولين‌بار كرنش حرارتي در نظر گرفته شده است و اين كرنش حرارتي به‌صورت وابسته به خواص فاز لحاظ شده است و همچنين، اثرات گوشه‌ي هندسي، مقيدكردن انتهاي نانوميله و تغييرات انرژي سطح ناشي از قرارگرفتن نانوميله در يك بستر كامپوزيتي نسبت به تحقيقات قبلي بررسي شده است.
چكيده انگليسي :
In this thesis, the melting process of copper nanorods and the factors affecting it are investigated using the phase field method. The phase field method works based on system energy minimization using Ginsberg-Landa kinetic equation. In this method, the energy of the system including elastic, gradient, two-well and thermal parts is considered. To describe the phase change from one state to another, a parameter called characteristic parameter is used. The Ginsberg-Landa equation is expressed based on this parameter, and by solving this equation, the phase transformation in time and space is determined. The simulation of copper nanorods has been done using the axial symmetry model and with the help of Comsol software. Length, radius, thermal strain, binding as well as geometric modification of the edge have been identified as important parameters in determining the melting mechanism and temperature. The results of the simulation show that the melting mechanisms are dependent on the radius of the nanorods, so that at a radius of more than 5 nm, melting takes place along with the formation and movement of the interface plane in both directions of radius and length; But at smaller radii, the interface plane moves only along the length of the nanorod. Also, at lengths less than 25 nm, the results showed that the melting temperature drops exponentially. Also, considering thermal strain increases the melting temperature of nanorods. In addition, binding the ends of nanorods increases the melting temperature of nanorods, and the geometric modification of the edge of nanorods increases the melting temperature due to the reduction of stress concentration. Also, placing copper nanorods on the ZnO substrate increases their melting temperature. The way the melting temperature changes with radius and length was also compared with existing thermodynamic models and molecular dynamics results, which shows that the simulation results are in very good agreement with them and the capability of the phase field model used in the study of the melting phenomenon of nanostructures. Compared to previous works, the material has been changed to copper, and for the first time thermal strain has been considered, and this thermal strain has been taken into account depending on the phase properties, as well as the geometric corner effects, binding of nanorod ends, and surface energy changes due to nanorod placement. In a composite substrate compared to previous researches.
