ارائه مدلی برای تعیین رفتار دینامیک نانوساختارهای کاربردی در صنایع دفاعی کشور

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بسیج علمی فارس به نقل از سرویس فناوری ایسنا، دکتر حمید محمدصدیقی، عضو هیأت علمی دانشگاه شهید چمران اهواز و محقق طرح اظهار کرد: در حوزه‌ نانو، به دلیل کاهش فاصله‌ بین صفحات سازه‌ها، نیروهای جدیدی به نام نیروی کزیمیر ظهور پیدا می‌کند. این نیرو به شدت بر ناپایداری نانوساختارها، حتی در زمان ساخت و بدون حضور محرک‌های خارجی مانند اعمال ولتاژ، تأثیرگذار است. در صورت عدم دخالت این نیروها به هنگام طراحی ابزارها، نمی‌توان درک صحیحی از رفتار دینامیکی نانوسازه داشت و نتایج نهایی، غیرقابل اعتماد و بعضاً نادرست خواهند بود. جهت مدل‌سازی دقیق‌تر نانوحسگرها با حوزه‌ فعالیت بسیار حساس، باید با مدل‌سازی ریاضی این نیروها، به بررسی تأثیر آن‌ها بر ناپایداری این ساختارها پرداخته شود.

به گفته‌ محمدصدیقی، امروزه کاربرد مواد مدرج تابعی که قابلیت کاربرد در محیط‌های خورنده و با دمای بالا را دارا هستند و خواص الکتریکی مناسبی نیز دارند، در صنایع مختلف رو به افزایش است. این ساختارهای مرکب به عنوان نانوحسگرها در سیستم‌های میکرو/نانو الکترومکانیکی، صفحات نازک در آلیاژهای حافظه‌دار در صنایع هوافضا، خودروسازی، رباتیک و بیومکانیک کاربردهای فراوانی دارند.

وی درباره هدف اصلی انجام این پژوهش گفت: تا کنون، هیچ پژوهشی مبنی بر کاربرد مواد مدرج تابعی در حوزه‌ نانوالکترونیک انجام نشده است. لذا در این طرح، ارتعاشات غیرخطی و رفتار ناپایدار نانوتیرها، در حضور نیروهای بین مولکولی کزیمیر و با اعمال ولتاژ دی سی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

محقق طرح خاطرنشان کرد: بررسی‌های صورت گرفته نشان می‌دهد که استفاده‌ صحیح از ترکیب مواد مدرج تابعی در طول ضخامت نانوحسگر، باعث تغییر حوزه‌ ناپایداری نانوساختارها و کارکرد مطلوب آن‌ها در محیط‌های خورنده و با دمای بالا می‌شود. علاوه‌ براین به کمک طراحی و استفاده‌ صحیح از این مواد در ساخت نانوحسگرها و نانومرتعش‌کننده‌ها، می‌توان افزایش سرعت واکنش و پاسخ دهی این ابزار به محرک‌های خارجی مانند ولتاژ را انتظار داشت.

به گفته‌ محمدصدیقی، در روند این مطالعات، جهت تعیین خواص مواد مدرج تابعی و تأثیر این مواد بر مدول یانگ و سایر مشخصات نانوتیرها، ابتدا روابط مشخصه‌های مؤثر بر رفتار دینامیکی مدل‌سازی شده است. سپس معادلات تصحیح شده‌ ارتعاشی نانوساختارهایی که از مواد مرکب مدرج تابع ساخته شده‌اند، استخراج شد. همچنین برای تعیین فرم بسته‌ فرکانس طبیعی ارتعاشی که قابلیت پیش‌بینی پدیده‌ ناپایدار پولین را دارد، از یک روش قدرتمند تحلیلی بهره گرفته شده است.

محقق طرح تصریح کرد: در نهایت تأثیر پارامترهای مختلف مانند جنس مواد مدرج تابعی، اندازه‌ نیروهای بین مولکولی و روند تغییرات خواص ماده در طول ضخامت تیر بر ولتاژ پولین و همچنین زمان پولین مورد ارزیابی قرار گرفته است.

نتایج این تحقیقات که حاصل تلاش‌های دکتر حمید محمدصدیقی، عضو هیأت علمی دانشگاه شهید چمران اهواز، دکتر فرهنگ دانشمند، عضو هیأت علمی دانشگاه مک گیل کانادا و دکتر محمدرضا آبادیان، عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد است، در مجله‌ Composite Structures منتشر شده است.