my
محققان دانشگاه تهران با استفاده از مدلسازی چندمقیاسی موفق به بررسی میزان تاثیر شکل غیرمستقیم نانولوله کربنی بر خواص نانوکامپوزیت در مقیاس نهایی مادی شدند.
این تحقیقات به سرپرستی دکتر رهام رفیعی، استادیار دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، در آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران صورت گرفته است.
به نوشته سایت نانو، این محققان در مدلسازی خود شکل غیرمستقیم نانولوله کربنی را به صورت یک پارامتر کاملاً تصادفی در نظر گرفته و تمامی شکل‌های محتمل به رخداد را در حین فرایند ساخت قطعه نانوکامپوزیت لحاظ کردند.
رفیعی در توضیحی درمورد آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران گفت: در حال حاضر در آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهرآن که به سرپرستی من از سال ۱۳۹۰ فعالیت خود را آغاز کرده است، تحقیقات بنیادی و کاربردی مختلفی در حوزه کامپوزیت و نانوکامپوزیت در سطوح کارشناسی ارشد و دکترا به وسیله‌ی دانشجویان تحت نظارت من انجام می‌گیرد.
وی تصریح کرد: در این تحقیق، هدف پیش‌بینی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت حاوی نانولوله کربنی چندجداره بوده است و به صورت مشخص در این مقاله بر روی تأثیر شکل غیرمستقیم نانولوله در بستر رزین تمرکز شده است.
رفیعی در تکمیل آن افزود: هدف بررسی میزان تأثیر شکل غیرمستقیم نانولوله کربنی در محیط رزین بر روی خواص مکانیکی بوده است. اغلب تحقیقات صورت گرفته، یا نانولوله را کاملاً مستقیم فرض کرده‌اند و یا شکل غیرمستقیم را به صورت مشخص در قالب یک شکل خاص فرض کرده‌اند. در این تحقیق به صورت مشخص، شکل دلخواه و غیرمشخص نانولوله غیرمستقیم در نظر گرفته شده است.
وی خاطرنشان کرد: در این تحقیقات در مرحله اول، مقیاس موثر که در آن شکل غیرمستقیم نانولوله تأثیرگذار است، شناسایی شده است و سپس با استفاده از روش تحدیدی انرژی، مقدار افت خواص مکانیکی نانولوله کربنی به همراه فاز واسط آن به عنوان الیاف مجازی معادل مدل شده است. در نهایت تأثیر میزان افت خواص نهایی نانوکامپوزیت حاوی نانولوله کربنی بر اساس یک رویکرد تمام تصادفی بررسی شده است.
رفیعی در مورد نتایج این تحقیقات نیز گفت: مدول الاستیک نانوکامپوزیت حاوی نانولوله کربنی بر اساس استفاده از یک روش چندمقیاسی با تأکید بر شکل غیرمستقیم نانولوله کربن پیش‌بینی شده است. به علت ماهیت تصادفی الگوی شکل غیرمسقتیم، از مدلسازی تصادفی استفاده شده است. فرآیند توسعه داده شده با اتکاء بر مشاهدات آزمایشگاهی مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است.
استادیار دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران گفت: در این تحقیق بر خلاف سایر تحقیقات که تنها به مدلسازی سلول واحد حاوی یک نانولوله غیرمستقیم پرداخته‌اند، محیط مادی مشتمل بر تعداد انبوهی نانولوله کربنی در بالاترین مقیاس مادی ارزیابی شده است.
وی افزود: مشخص شده است که شکل غیرمستقیم نانولوله کربنی تأثیرگذارترین پارامتر در افت خواص مکانیکی نانوکامپوزیت حاوی نانولوله کربنی در مقایسه با سایر پارامترها همانند پدیده تجمع خوشه‌ای و یا توزیع ناهمگون در محیط مادی است. شکل غیرمستقیم نانولوله کربنی در مقایسه با حالت ایده‌آل به میزان ۲۵ تا ۵۰ درصد افت خواص نانوکامپوزیت را به دنبال دارد و این افت در کسر حجمی‌های بالاتر افزایش می‌یابد.
محقق طرح تصریح کرد: از طرفی مشخص شده است که میزان تأثیر شکل غیرمستقیم در رزین‌های با مدول الاستیک بالاتر کمتر است. همچنین نتایج حاکی از این واقعیت است که شکل غیرمستقیم نانولوله کربنی به میزان بسیار اندکی ضریب پوآسون محیط مادی را افزایش می‌دهد. در نهایت روند غیرخطی وابستگی مدول نانوکامپوزیت به کسر حجمی نانولوله، مؤید عدم توافق روابط ساده مایکرومکانیک برای پیش‌بینی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها است.
رفیعی گفت: تمامی صنایعی که از نانوکامپوزیتهای پایه پلیمری استفاده می‌کنند، به منظور پیش‌بینی خواص مکانیکی این ماده نوین، نیاز به ابزاری برای تخمین خواص مکانیکی دارند. نتایج این تحقیق می‌تواند برای صنایع مختلف هوافضا، خودرو، حمل و نقل و انرژی که از مزایای کامپوزیت‌های پلیمری استفاده می‌کنند، مفید باشد.
این مقاله مستخرج از طرح پژوهشی در صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور بوده است و یکی از نتایج آن در مجله Composite Structures منتشر شده است.