طراحی و تحلیل دقیق نانو حسگرهای ارتعاشی بر پایه نانولوله‌های کربنی برای تشخیص گاز‌ها

Abstract

هدف از این پژوهش، طراحی و تحلیل مکانیکی یک نانوحسگر ارتعاشی دقیق با استفاده از نانولوله‌های کربنی برای شناسایی گازهای اطراف آن می‌باشد. در بیشتر پژوهش‌های انجام شده برای سادگی از مدل‌های تیر در تحلیل نانولوله‌های کربنی استفاده شده است در حالی که چنین مدل‌هایی با توجه به هندسه پوسته‌ای و نازک نانولوله‌ها، نمی‌تواند دقت بالایی داشته باشند و اساس دقت حسگر زیر سوال می‌رود. در این پژوهش برای افزایش دقت نانوحسگر، از مدل پوسته‌ی استوانه‌ای ناموضعی دانل استفاده گردید که به صورت تو خالی و دو سرگیردار از جنس نانولوله‌کربنی می‌باشد. همچنین برای افزایش دقت محاسباتی، اثرهای ناموضعی، اینرسی دورانی و تنش‌های سطحی در مقیاس نانو نیز لحاظ شد در صورتی که در پژوهش‌های پیشین از آن‌ها چشم‌پوشی شده است. در ادامه با روش جداسازی متغیرها و به صورت کاملا تحلیلی، پاسخ بسته و دقیق معادلات حاکم بر ارتعاشات نانوحسگر بر اساس معادلات پوسته‌های استوانه‌ای دانل و شرایط مرزی دوسرگیردار، به دست آمد تا دقت و نوآوری بالاتری نسبت به کارهای گذشته که به صورت کاملا عددی بوده، داشته باشد. سپس با محاسبه تغییر فرکانس ارتعاشی نانوحسگر در تماس با گازهای اطراف آن و تعیین بازه‌ی فرکانس ارتعاشی نانوحسگر، تشخیص گازهای مجاور انجام گرفت. در پایان و برای راستی آزمایی پاسخ‌های به دست آمده، نتایج برای نمونه گاز کریپتون[i] در مقایسه با سایر مراجع، نشان از دقت بالای مدل ارائه شده دارد. [i]Krypton gas