شبيه‌ سازي منيپوليشن نانولوله هاي كربني و آلوتروپ هاي آن به روش ديناميك مولكولي

Simulation of carbon nanotubes and its allotropes manipulation by molecular dynamics approach

در ‌‌‌اين مقاله ‌‌‌به ‌‌‌مدل‌سازي ‌‌‌و ‌‌‌شبيه سازي ‌‌‌فرآيند ‌‌‌منيپوليشن ‌‌‌نانوذرات كربني ‌‌‌پرداخته شده است. از آن جايي كه در منيپوليشن نانوذرات، هندسه نقش مهمي در رفتار ديناميكي بازي مي كند؛ بررسي ‌‌‌اشكال ‌‌‌هندسي ‌‌‌مختلف نانوذرات در اين فرآيند ‌‌‌حائز ‌‌‌اهميت ‌‌‌است. به منظور بررسي تأثيرات هندسي، منيپوليشن چهار آلوتروپ كربني با جرم برابر انجام شد و تأثير قطر نانولوله هاي كربني با طول هاي يكسان در اين فرآيند مورد مطالعه قرار گرفت. به اين منظور از روش ديناميك مولكولي كه متناسب با ابعاد سيستم مورد مطالعه است استفاده شد تا ‌‌‌درك ‌‌‌صحيحي ‌‌‌از ‌‌‌فرآيند منيپوليشن ‌‌‌و ‌‌‌ديناميك آن ‌‌‌ارائه دهد. در مطالعه ي منيپوليشن ‌‌‌آلوتروپ هاي ‌‌‌كربني ‌‌‌با جرم يكسان مشخص شد ‌‌‌كه ‌‌‌هرچه ‌‌‌آلوتروپ ‌‌‌از حالت ‌‌‌كروي شكل خارج شود، ‌‌‌روند ‌‌‌منيپوليشن‌‌‌ تسهيل مي گردد ‌‌‌و ‌‌‌نيروي ‌‌‌وارد ‌‌‌بر ‌‌‌سوزن ‌‌‌كاهش خواهد يافت. ‌‌‌مي توان علت ‌‌‌اين ‌‌‌امر ‌‌‌را ‌‌‌در ‌‌‌انحناي ‌‌‌سطح ‌‌‌تماس سوزن و نانوذره جستجو نمود. در ‌‌‌فرآيند ‌‌‌منيپوليشن ‌‌‌نانولوله ‌‌‌با ‌‌‌قطرهاي ‌‌‌مختلف، ‌‌‌افزايش ‌‌‌قطر ‌‌‌نانولوله ‌‌‌سبب ‌‌‌تغيير ‌‌‌در ‌‌‌نيروي ‌‌‌وارد شده بر ‌‌‌سوزن ‌‌‌و افزايش مقدار ‌‌‌آن ‌‌‌مي گردد. مقدار عمق نفوذ در طي فرآيند منيپوليشن براي هر نانولوله استخراج شد، نتايج نشان داد كه با افزايش قطر نانولوله، مقدار عمق نفوذ افزايش مي يابد. ازآنجايي‌كه آلوتروپ هاي كربني به عنوان ‌‌‌حامل هاي ‌‌‌داروئي كاربرد دارند، نتايج اين مطالعه در بهبود فرآيندهاي عملي و كاهش هزينه هاي آزمايشگاهي قابل استفاده است.

In this paper, the modeling and simulation of manipulation of carbon nanoparticles have been investigated. The geometry plays a significant role in the dynamic behavior of nanoparticles manipulation and the evaluation of different geometric shapes of nanoparticles in this process is very important. To examine the geometrical effects, the manipulation of four different kinds of nano-carbon allotropes with the same mass has been studied. Furthermore, the manipulation of carbon nanotubes with different diameters has been simulated. For this purpose, the molecular dynamics method was used to improve our knowledge and understanding about the nanomanipulation processes and dynamics. It is found that the acting force on the tip decreases as the nanoparticle shape varies from sphere to cylinder in the manipulation of carbon allotropes with the same mass, further the manipulation is facilitated. In this state, the curvature radius of nanoparticle increases and the potential energy between nanoparticle and substrate reduces. In the manipulation of nanotubes, the results of nanotubes manipulation showed that increasing the diameter of the nanotube caused the force on the probe to increase. The indentation depth was extracted for each nanotube during the manipulation process. The results indicated that by increasing the diameter of the nanotube, the indentation depth increases. According to the application of carbon-based structures and nanotubes as the drug carriers in medicine, the results of this study can be used to improve the experimental projects and reduce the time and cost of them.