تعيين مدول هاي برشي و خمشي نانولوله هاي كربني با ساختارهاي كايرال

Estimation of shear and bending moduli for carbon nanotubes with chiral structures

نانولوله هاي كربني، فرم رول شده ورق گرافن هستند كه به علت پيوندهاي كووالانت موجود در بين اتم هاي كربن، خواص منحصر به فردي نشان مي دهند. در اين پژوهش ساختارهاي مختلف نانولوله هاي كربني با محدوده قطري و طولي گسترده اي مطالعه مي شوند تا تاثير زاويه كايرال بر مدول برشي و خمشي نانولوله ها مشخص شود. بر اساس روش مكانيك مولكولي و روش اجزاي محدود، پيوندهاي كووالانت بين اتم-هاي كربن در نانولوله با المان تير خطي شبيه سازي مي شود. با انجام تحليل اجزاي محدود، تاثير قطر، طول و زاويه كايرال نانولوله بر روي خواص مكانيكي تحت بارگذاري هاي پيچشي و خمشي بررسي مي شود. نتايج نشان مي دهند كه نانولوله زيگزاگ كمترين مدول برشي و خمشي را در مقايسه با نانولوله هاي آرمـچير و كايرال دارا مي باشد. نانولوله هاي كايرال در زواياي كمتر از 17 درجه مدول برشي كمتري نسبت به ساختار آرمچير دارند، اما در زواياي بزرگتر از 17 درجه، نانولوله هاي كايرال بيشترين مدول برشي را در مقايسه با ديگر ساختارها دارند. همچنين ساختارهاي كايرال مدول خمشي بيشتري نسبت به ساختار آرمچير و زيگزاگ دارند.

Carbon nanotubes (CNTs) are rolled form of graphene sheet with unique properties due to the covalent bonds between carbon atoms. In this research, different structures of CNTs are studied for a wide range of diameter and length to determine the influence of chiral angle on their shear and bending modulus. Covalent bands between carbon atoms are simulated using linear beam elements based on molecular mechanics and finite element method. By using finite element analysis, the effects of diameter, length and chiral angel of nanotubes on mechanical properties under torsional and bending loading conditions are studied. The results show that zigzag CNT has the least shear and bending modulus comparing the armchair and chiral structures. Chiral nanotubes with angles smaller than 17 degrees has less shear modulus comparing armchair ones. But, for larger angles, chiral nanotubes has the largest shear modulus. Also, bending modulus of chiral CNTs is larger than armchair and zigzag structures.