شبیه سازی دینامیک مولکولی نانو لوله‌های کربنی فنری به منظور خواص‌سنجی نانو کامپوزیت‌ها

یلدا آرائی، دانشجوی ارتباطات دانشگاه تهران، با این منتخب بیست و نهمین جشنواره پژوهش و فناوری دانشگاه تهران، در خصوص اهمیت و چیستی پایان نامه ایشان به گفت‌وگو نشسته است.
 

• مساله یا سوال اصلی پایان‌نامه شما چیست و چه شد که این موضوع را انتخاب کردید؟

تمرکز تحقیقات بر روی خواص منحصربه‌فرد نانومواد کربنی در کنار توسعه روزافزون نانوتکنولوژی منجر به ایجاد نانوموادی با هندسه مارپیچ همانند نانولوله‌های کربنی فنری به منظور کاربری‌های مکانیکی، شیمیایی، الکتریکی و … شده است. کنترل خواص این نانومواد به واسطه تغییرات هندسی، ناخالص سازی شیمیایی و عامل دار کردن از جمله کارهای مرسوم و در دسترس است. اگرچه که عامل دار کردن و ناخالص سازی شیمیایی منجر به کاربری‌های خاص نیز می‌شود. همچنین وارد کردن این نانوساختارها در درون نانوکامپوزیت‌های پایه پلیمری منجر به خواص منحصر به فردی شده است؛ اگر چه تاکنون نقش خواص مکانیکی اینترفیسی برای این نانوذرات بررسی نشده است.
 

• مهم‌ترین نتایج حاصل از تحقیق شما چه بوده است؟

در این تحقیق با استفاده از روش دینامیک مولکولی به بررسی خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی فنری خالص، ناخالص سازی شده توسط اتم‌های برن و نیتروژن، عامل دار شده به وسیله هیدروژن در هندسه‌های مختلف و در پوشش‌های مختلف هیدروژن؛ و همچنین خواص مکانیکی اینتر فیسی حاصل از برهم کنش نانو ذرات با زنجیره پلی اتیلنی پرداخته شده است. تأثیر مشخصه‌های هندسی بر رفتار مکانیکی نانو ذرات بسیار محسوس بوده است به طوری که تفاوت پاسخ مکانیکی شدیدی مشاهده شده است. ناخالصی سازی به صورت تصادفی و الگومند در نواحی خاص و برای هر دو مورد در درصدهای مختلفی انجام گرفته است. همچنین، ناخالص سازی موجب تغییر قابل توجه خواص مکانیکی شده است. عامل دار کردن این نانوذرات نیز پاسخ‌های مکانیکی استثنایی را موجب شده است. به عنوان نمونه پوشش هیدروژن به صورت تصادفی برای همه هندسه‌های گرافن مارپیچ تا حتی ۱۰ درصد موجب افت مدول یانگ و کش پذیری گشته است. همچنین با در نظر گرفتن مشخصه‌های هندسی نانولوله‌های کربنی فنری، الگوی دید جدیدی در جدایش عمودی و برشی نانوذرات از ماده زمینه ارائه شده است. نتایج نشان داده‌اند که مقدار نیروی بیشینه و انرژی جدایش برای این دسته نانو ذرات نسبت به سایر همتایان شأن همچون گرافن و نانولوله کربنی افزایش شدیدی داشته است. همچنین، فرآیند جدایش نیز وابستگی شدیدی به مشخصه‌های هندسی نانوذرات دارد. بررسی خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی فنری خالص، ناخالص سازی شده و ۹ عامل دار شده و خواص مکانیکی اینتر فیسی این نانوذرات با ماده زمینه پلیمری منجر به کنترل بهتر خواص این نانو مواد و کارایی بهینه در دستگاه‌های نانومقیاس و نانو کامپوزیت‌ها می‌شود.
 

• آیا برای تداوم و پیگیری دستاورد پژوهش شما در آینده، به سرمایه‌گذار و حمایت سازمانی احتیاج است؟

عدم دسترسی به برخی منابع تحقیقاتی، مقاله‌ها، پتنت‌ها و …، عدم دسترسی به برخی نرم افزارهای تخصصی و تجاری، محدودیت‌ها در حوزه آزمایشگاهی که از ورود به این حوزه ما را بازداشت. هم‌چنین محدودیت در استفاده از خدمات رایانه‌ای و ابررایانه‌ای برای این طرح وجود داشت که قطعاً با کمک حامیان مالی و همکاری سازمان‌ها می‌توان در بهبود این طرح به تلاش ادامه داد.
 

• پیشنهاد شما برای تداوم و پیگیری پژوهش شما در آینده چیست؟

بررسی‌هایی بیشتر در زمینه‌ی خواص مکانیکی انواع جدیدی از نانوساختارهای مارپیچ، خواص دیگر نانوساختارهای مارپیچ همانند خواص الکتریکی، نمونه‌های عامل دار شده توسط گروه‌های عاملی مختلف با استفاده از پتانسیل‌های مختلف و استفاده از نانوساختارهای مارپیچ در کاربری‌های مختلف برای ادامه دار شدن این طرح بسیار مؤثر است. همچنین بررسی برهم کنش نمونه‌های مارپیچ ناخالص سازی شده با پلی اتیلن، بررسی برهم کنش نانوساختارهای مارپیچ با اپوکسی و همچنین بررسی چندمقیاسی نانوساختارهای مارپیچ با استفاده از داده‌های این تحقیق نیز در ادامه‌ی این پژوهش می‌تواند باعث تداوم این طرح باشد.