تعیین مدول یانگ نانولوله های نیترید بور با استفاده از روش انرژی

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

2 گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان

3 دانشجو کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قوچان

چکیده

با توجه به استفاده روزافزون از نانولوله‌ها در صنایع مختلف، بررسی خواص مکانیکی این نانو ساختارها از اهمیت بالایی برخوردار است. امروزه به دلیل خواص فوق العاده که نانولوله‌ها در علوم مختلف از خود نشان دادند مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته‌اند. نانو‌لوله‌های نیتریدبور شکلی از نیتریدبور هستند که از لحاظ ساختاری بسیار شبیه نانولوله‌های کربنی می‌باشند. مطالعات زیادی برای دستیابی به خواص مکانیکی این مواد انجام شده است که دانشمندان با روش‌های مختلفی به این مهم دست یافته‌اند. اما همواره پیدا کردن راه حلی آسان و ساده مورد توجه بسیاری از دانشمندان بوده است که همچنان برای رسیدن به آن در تلاش هستند. در این مطالعه خواص مکانیک مولکولی و مکانیک جامد نانولوله نیترید بور با استفاده از مدل مکانیکی برای پیش‌بینی مدول یانگ مورد مطالعه قرار گرفته است؛ و از یک ساختار فضایی متشکل از یک سلول واحد استفاده شده است تا پاسخ مکانیکی نانولوله نیترید بور را به بارگذاری اعمال شده شرح دهد. با توجه به این فرض، یک سلول واحد جدید، با نام سلول واحد مکانیکی، در اینجا برای ساخت یک صفحه نیترید بور یا جداره نانولوله‌های نیترید بور معرفی شده است. تحلیل-های ارائه شده در این پژوهش یک روش ساده برای پیش بینی مدول یانگ نانولوله‌های نیترید بور را ارائه می‌دهد و نتایج بدست آمده با داده های تجربی و نظری مطابقت خوبی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Determination of Young's modulus of Boron Nitride nano tubes using energy method

نویسندگان [English]

  • Danial Ghahremani-Moghadam 1
  • Massoud Mir 2
  • Fatemehzahra Ranjbar 3
  • Mahnaz Golmareshk 3
1 mechanical engineering department, faculty of engineering, Quchan University of Technology, Quchan, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Quchan University of Technology
3 MSc student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Quchan University of Technology
چکیده [English]

Considering the increasing use of nanotubes in various industries, it is of great importance to investigate the mechanical properties of these nanostructures. Today, due to the extraordinary properties that nanotubes have shown in various sciences, they have attracted the attention of many scientists. Boron nitride nanotubes are a form of boron nitride that are structurally very similar to carbon nanotubes. Many studies have been done to achieve the mechanical properties of these materials, and scientists have achieved this with different methods. But finding an easy and simple solution has always been the focus of many scientists who are still trying to achieve it. In this study, the molecular mechanics and solid mechanics properties of boron nitride nanotubes have been studied using a mechanical model to predict Young's modulus; and a spatial structure consisting of a unit cell has been used to describe the mechanical response of boron nitride nanotubes to applied loading. According to this assumption, a new unit cell, named mechanical unit cell, is introduced here to make a boron nitride plate or wall of boron nitride nanotubes. The analytical research presented in this research provides a simple method for predicting the Young's modulus of boron nitride nanotubes, and the obtained results are in good agreement with experimental and theoretical data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanotube boron nitride
  • Young'
  • s modulus
  • Energy method
  • Mechanical unit cell

مراجع

[1] M. Griebel, J. Hamaekers,  “Molecular dynamics simulations of boron-nitride nanotubes embedded in amorphous Si-BN”, Computational materials science, Vol. 39, No. 3, 2007, pp. 502-517.
[2] W.H. Moon, H.J. Hwang, ”Molecular-dynamics simulation of structure and thermal behaviour of boron nitride
nanotubes”, Nanotechnology, Vol. 15, No. 5, 2004, pp. 431-439.
[3] C. Li, T.W. Chou, “Static and dynamic properties of single-walled boron nitride nanotubes”, Journal of
nanoscience and nanotechnology, Vol. 6, No. 1,  2006, pp. 54-60.
[4] D. Vahedi Fakhrabad, N. Shahtahmassebi,  “First-principles calculations of the Young's modulus of double wallboron-nitride nanotubes”, Materials Chemistry and Physics, Vol. 138, No. 2,  2013, pp. 963-966.
[5] L. Jiang, W. Guo, “A molecular mechanics study on size-dependent elastic properties of single-walled boron
nitride nanotubes”, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 59, No. 6, 2011, pp. 1204-1213.
[6] X. Wei, M.S. Wang, Y. Bando and D. Golberg, “Tensile tests on individual multi‐walled boron nitride nanotubes”, Advanced Materials, Vol. 22, No. 43, 2010, pp. 4895-48999.
[7] M. Griebel, J. Hamaekers and F. Heber, “ A molecular dynamics study on the impact of defects and functionalization on the Young modulus of boron–nitride nanotubes”, Computational Materials Science, Vol. 45, No. 4, 2009, pp. 1097-1103.
[8] H. Wang, N. Ding, X. Zhao and C. Wu, “Defective boron nitride nanotubes: mechanical properties, electronic
structures and failure behaviors”, Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 51, No.12, 2018, pp. 125-133.
[9] A.E. Tanur, J. Wang, A.L Reddy, D.N Lamont, Y.K. Yap and G.C Walker, “Diameter-dependent bending modulus of individual multiwall boron nitride nanotubes”, The Journal of Physical Chemistry B, Vol. 117, No. 1, 2013, pp. 4618-4625.
[10] N.G. Chopra, A.  Zettl, “Measurement of the elastic modulus of a multi-wall boron nitride nanotube”, Solid State Communications, Vol. 105, No. 5, 1998, pp. 297-300.
[11] H.M Ghassemi, C.H. Lee, Y.K. Yap and R.S Yassar, “In situ TEM monitoring of thermal decomposition in individual boron nitride nanotubes”,  JOM, Vol. 62, No. 1, 2010, pp. 69-73.
[12] V.K Choyal, V. Choyal, S. Nevhal, A. Bergaley and S. Kundalwal, “Effect of aspects ratio on Young’s modulus of boron nitride nanotubes: A molecular dynamics study”, Materials Today: Proceedings, Vol. 26, No. 1, 2020, pp. 1-4.
[13] A.P. Suryavanshi, M.F. Yu, J. Wen, C. Tang, Y. Bando, “Elastic modulus and resonance behavior of boron nitride nanotubes”, Applied Physics Letters Vol. 84, NO.1, 2004, pp. 2527-2529.
[14] L. Boldrin, F. Scarpa, R. Chowdhury and S. Adhikari, “Effective mechanical properties of hexagonal boron nitride nanosheets”, Nanotechnology, Vol. 22, No. 50, 2011, pp. 505-512.
[15] V. Verma, V.K. Jindal and K. Dharamvir, “Elastic moduli of a boron nitride nanotube”, Nanotechnology,
Vol. 18, No. 1, 2007, pp. 435-442.
[16] T. Natsuki, J. Natsuki, “Prediction of mechanical properties for hexagonal boron nitride nanosheets using
molecular mechanics model”, Applied Physics A, Vol. 123, No. 4, 2017, pp. 1-6.
[17] A. Fereidoon, M. Mostafaei, M.D. Ganji and F. Memarian, “Atomistic simulations on the influence of diameter,number of walls, interlayer distance and temperature on the mechanical properties of BNNTs”, Superlattices and Microstructures, Vol. 86, No. 1, 2015, pp. 126-133.
[18] E. Hernandez, C. Goze, P. Bernier, A. Rubio, “Elastic properties of single-wall nanotubes”, Applied Physics A, Vol. 68, No.3, 1999, pp. 287-292.
[19] M. Santosh, P.K. Maiti and A. Sood, “Elastic properties of boron nitride nanotubes and their comparison with carbon nanotubes”, Journal of nanoscience and nanotechnology, Vol. 9, No. 9, 2009, pp. 5425-5430.
[20] H. Mousavi, R. Moradian, “Metallic and semimetallic properties of doped graphene and boron
nitride planes”, Solid State Communications, Vol. 153, No. 1, 2013, pp. 17-22.
[21] M. Mir, M. Tahani and B. Hassani, “Analytical prediction of Young's modulus of carbon nanotubes using a
variational method”, Applied Mathematical Modelling, Vol. 45, No. 1, 2017, pp. 1031-1043.
مدل سازی در مهندسی
دوره 21، شماره 73
تیر 1402
صفحه 159-169

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 0-240 فروردین 781
  • تاریخ بازنگری: 0-169 فروردین 781
  • تاریخ پذیرش: 0-153 فروردین 781

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار