شبیه سازی دینامیک مولکولی نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی

Abstract

نانوکامپوزیت­های زمینه پلیمری تقویت شده با نانولوله­های کربنی به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی مطلوب، مورد توجه ویژه مراکز پژوهشی و صنعتی قرار گرفته­ و مطالعات گسترده­ای در رابطه با توسعه این مواد و بهبود خواص آن­ها صورت گرفته است. بسیاری از این تحقیقات به بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر روی خواص این نانوکامپوزیت­ها پرداخته­اند. در این میان، استفاده از روش­های تجربی با محدودیت­­هایی نظیر مشکلات ساخت و هزینه­های فراوان مواجه بوده و به همین دلیل شاهد گسترش روز افزون استفاده از روش­های شبیه­سازی مقیاس مولکولی در مطالعه خواص و رفتار این مواد هستیم. در این تحقیق، از روش دینامیک مولکولی و میدان نیروی پی­‍‍‍­سی­اف­اف برای محاسبه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری تقویت شده با نانولوله‍های کربنی‌ تک­جداره استفاده شده است. برای این منظور، پلیمر اپوکسی به دلیل کاربرد گسترده در زمینه­های مختلف و بهره­مندی از خواص مکانیکی مناسب به عنوان زمینه‌ در نظر گرفته شد. از آنجایی که اپوکسی از پلیمرهای دو جزئی و گرماسخت محسوب می‌شود، یک روش پلیمریزاسیون چهار مرحله­ای به کمک دینامیک مولکولی برای ایجاد اتصالات عرضی بین مونومرها به­کار گرفته شد. در مرحله بعدی، پلیمر اپوکسی و نانولوله‌های کربنی برای مدل­سازی نانوکامپوزیت­های پلیمری با کسرهای وزنی 1 تا 5 درصد مورد استفاده قرار گرفته و در نهایت ضرایب الاستیک نانوکامپوزت­ شامل مدول یانگ و مدول برشی به روش کرنش- ثابت محاسبه شد. نتایج شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی حاکی از بهبود خواص مکانیکی پلیمر اپوکسی در اثر اضافه نمودن نانولوله‌های کربنی می‌باشد.