شبیه سازی خواص نانو لوله های کربنی

[unstoppable 5989]

محققان آمریکایی با انجام شبیه‌سازی کامپیوتری به بررسی تاثیر افزودن مواد مختلف به سطح نانولوله‌های کربنی پرداختند.

محققان در این شبیه‌سازی مولکول‌های پلیمری را روی سطح نانولوله قرار داده و در نهایت خواص مکانیکی نانولوله کربنی را مورد بررسی قرار دادند. نتیجه کار نشان داد که با افزودن پلیمر به نانولوله کربنی خواص مکانیکی و هدایت گرمایی سیستم افزایش یافته است .

نانولوله‌های کربنی می‌توانند به‌ عنوان افزودنی به مواد مختلف اضافه شوند. در این فرایند که با افزوده شدن نانو لوله کربنی به ماده انجام می‌شود، خواص جدیدی به ماده مورد نظر افزوده می‌شود. برای مثال با اصلاح سطح مواد، خواصی مانند ضد آب بودن در شیشه خودروها ایجاد می‌شود. به همین دلیل محققان حوزه‌های مختلف مانند هوافضا، حسگری، تصفیه آب و... به تحقیق پیرامون این ماده علاقه نشان می‌دهند.

نانولوله‌های کربنی از جنس الماس هستند، اما ساختار متفاوتی دارند. به ‌همین دلیل خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی آنها نیز متفاوت خواهد بود. نانولوله‌های کربنی به ‌طور طبیعی به ‌صورت طنابی شکل چیده می‌شوند که دلیل این موضوع جاذبه واندروالسی میان آنها است.

«سادهان جان» استاد پلیمر دانشگاه «آکرون»، روی این خواص جالب نانولوله‌های کربنی مطالعه کرده است. برای این کار او از شبیه سازی ساختار مولکولی استفاده کرده که در مرکز ابر کامپیوترهای «اوهایو» موجود است.

«جان» می‌گوید: بزرگترین مانع بر سر استفاده از نانولوله‌های کربنی، تجمع آنها در اثر جاذبه واندروالسی و همچنین برهمکنش الکترواستاتیکی میان نانولوله‌های کربنی منفرد است.

دو راهبرد اصلی عامل‌دار کردن «کووالانسی» و «غیرکووالانسی» برای افزودن ترکیبات مختلف به نانولوله‌ها وجود دارد. در عامل‌دار کردن کووالانسی، پیوند شیمیایی با اتم‌های کربن سطح ایجاد می‌شود که موجب تغییر خواص گرافیتی نانولوله کربنی می‌شود که شامل خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی و استحکام است. در راهبرد عامل‌دار کردن غیرکووالانسی، از ارتباط دادن مولکول‌ها استفاده می‌شود که در آن زنجیره پلیمری به نانولوله کربنی به ‌هم متصل شده و در نهایت مقاومت به ترک خوردن بهبود می‌یابد.

«جی فنگ» از محققان این پروژه می‌گوید: شبیه سازی نانوکامپوزیت‌های پلیمری در محلول به شکلی است که فشار زیادی روی پردازشگر کامپیوتر وارد می‌کند. در راهبردی که ما پیش گرفتیم، قدرت تفکیک شبیه‌سازی برای بخش‌هایی نظیر پدیده‌هایی که در نزدیکی سطح نانولوله کربنی اتفاق می‌افتد، افزایش یافت. برای بخش‌های دیگر سیستم نظیر حرکت مولکول‌های حلال از قدرت تفکیک پایین استفاده شد.

این گروه تحقیقاتی در شبیه سازی خود مولکول‌های نانولوله کربنی را روی سطح ماده به ‌صورت غیرکووالانسی قرار دادند که نتیجه کار نشان داد خواص مکانیکی و هدایت گرمایی سیستم افزایش یافته است.

در این تحقیق روی درک بیشتر مکانیسم جذب مولکول‌های پلیمری از فاز محلول روی سطح نانولوله کربنی تک جداره تمرکز شده است. از نانولوله‌های کربنی تک جداره که روی دیواره‌های آن ترکیبات پلیمری نشانده شده، می‌توان در تولید حسگرها استفاده کرد.