بررسی خواص مکانیکی پلی وینیل پیرولیدون تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی و مدلسازی المان محدود

Abstract

در این مقاله با استفاده از روش شبیه­سازی دینامیک مولکولی، خواص مکانیکی پلی وینیل پیرولیدون تقویت­شده با نانولوله­های کربنی تک جداره مورد بررسی قرار می­گیرد. اثر قطر و کایرالیتی نانولوله بر مدول الاستیک نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولوله­های کربنی مطالعه می­شود. نشان داده می­شود که پلیمرهای تقویت شده با نانولوله­های زیگزاگ از نانولوله­های آرمچیر، دارای مدول یانگ طولی بزرگتری هستند. به عنوان نمونه، استفاده از نانولوله­های (5و5) و (0و9) که دارای قطرهای تقریباً برابر هستند، برای تقویت ماتریس پلیمری با درصدحجمی 10% به ترتیب منجر به مدولهای 43/78 و 55/81 گیگاپاسکال برای نانوکامپوزیت حاصل خواهد شد. به علاوه، افزایش قطر بر مدول یانگ طولی، تأثیر معکوس خواهد داشت. در نهایت با توجه به عدم توانایی مدلهای المان محدود موجود در بررسی خواص مکانیکی پلیمرهای متشکل از اتم­هایی به غیر از کربن، یک مدل المان محدود بر پایه­ی شبیه­سازی دینامیک مولکولی ارائه می­شود. نتایج به دست­آمده با استفاده از این مدل، با دقت قابل قبولی به نتایج شبیه­سازی دینامیک مولکولی نزدیک است. به علاوه، ضریب همبستگی قطر و مدول یانگ حاصل از روش دینامیک مولکولی برابر با 8375/0- و ضریب همبستگی قطر و مدول یانگ حاصل از روش المان محدود، 8781/0- به دست می­آید.