Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Mô phỏng dao động của tấm và ống na nô đơn lớp

Mục đích của luận án nhằm mô hình hóa và mô phỏng số tìm đặc trưng dao động tự do (tần số và dạng dao động riêng) tuyến tính, không cản của các tấm và ống vật liệu na nô đơn lớp cấu trúc lục giác. Sử dụng hàm thế điều hòa (tuyến tính) để thiết lập ma trận độ cứng của các kết cấu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Mô phỏng dao động của tấm và ống na nô đơn lớp 1MỞ ĐẦULý do chọn đề tài: Công nghệ về vật liệu na nô được nghiên cứu rộng rãi trong thời gian gần đây. Đãcó nhiều công trình khoa học về công nghệ na nô được công bố và ứng dụng thànhcông. Các vật liệu na nô cấu trúc lục giác có nhiều tính chất đặc biệt như dẫn nhiệt,dẫn điện tốt, có độ cứng rất lớn. Do có những tính chất đặc biệt nên vật liệu này ứngdụng cho nhiều lĩnh vực quan trọng như tích trữ năng lượng, pin mặt trời, transistors,xúc tác, cảm biến, vật liệu polymer tổ hợp…Việc xác định đặc trưng dao động nhưtần số, dạng dao động riêng của chúng là rất cần thiết. Do đó nghiên cứu sinh đãchọn hướng nghiên cứu tính toán, mô phỏng dao động của vật liệu na nô với tên đềtài là: “MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA TẤM VÀ ỐNG NA NÔ ĐƠN LỚP”Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Mô hình hóa và mô phỏng số tìm đặc trưng dao động tự do (tần số và dạng daođộng riêng) tuyến tính, không cản của các tấm và ống vật liệu na nô đơn lớp cấutrúc lục giác. Sử dụng hàm thế điều hòa (tuyến tính) để thiết lập ma trận độ cứngcủa các kết cấu. Trong đó, có các phân tích và khảo sát ảnh hưởng của kích thướcnhư tỉ lệ cạnh đối với tấm, chiều dài và đường kính đối với ống. Ảnh hưởng của cácđiều kiện biên khác nhau đến tần số dao động tự do của tấm và ống na nô cũng đượcnghiên cứu sinh khảo sát.Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp mô phỏng số trên máy tính là một lựa chọn tối ưu và ngày càngchứng minh được tính hiệu quả. Trong luận án này, nghiên cứu sinh cùng thầy hướngdẫn đã ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử (AFEM) để khảo sát đặctrưng về dao động của các cấu trúc từ vật liệu na nô. Kết quả thu được sẽ được kiểmchứng bằng cách so sánh với các phương pháp MD, DFT và nhiều phương pháp tincậy khác. Quá trình tính toán cũng như mô phỏng được nghiên cứu sinh lập trìnhtrên phần mềm Matlab.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Việc xác định đặc trưng dao động như tần số, dạng dao động riêng của chúng làrất cần thiết trước khi triển khai đưa vào thực tế sản xuất. Nó giúp tiết kiệm chi phícho quá trình thiết kế, sản xuất thử nghiệm và sản xuất hàng loạt các vật liệu mớinày. Kết quả của luận án có ý nghĩa quan trọng đối với khoa học kỹ thuật, đối vớicác nhà sản xuất và ứng dụng các vật liệu na nô.Bố cục của luận án:Luận án bao gồm phần mở đầu, 5 chương, kết luận và hướng phát triển của luận án,tài liệu tham khảo và phụ lục. 2CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ TẤM VÀ ỐNG NA NÔ CÓ CẤU TRÚC LỤC GIÁC1.1 Giới thiệu Hình chiếu bằng Hình chiếu cạnh Năm 1991, Sumio Iijima phát hiện raống cácbon na nô đa lớp (MWCNTs) a1 a2trong khi đang tiến hành khảo sátfullerene C60 (Iijima 1991). Đến năm 120o lo1993 Iijima và cộng sự tiếp tục báo cáoviệc tổng hợp được ống cácbon na nô đơn (a)lớp (SWCNT) với đường kính 1 nm. Năm2004, graphene, tấm graphite đơn lớp đầutiên được bóc tách bởi hai nhà khoa học a1 a2Kostya Novoselov và Andre Geim. Đến lo2010 họ đã được trao giải Nobel Vật lý y, Armchair θocho những đóng góp của họ trong việc tạora và tiến hành thực nghiệm trên tấmgraphene. (b) x, Zigzag ∆Low-buckledNgoài graphene và CNT, cho đến nay đãcó thêm nhiều vật liệu na nô có cấu trúc Hình 1.2 Hình chiếu bằng và hìnhdạng lục giác tương tự đã được dự đoán chiếu cạnh của tấm vật liệu na nô cấutồn tại trên lý thuyết. Trong đó có tấm và trúc lục giác: a) tấm phẳng với góc liên kết luôn là θ=120o; b) tấm low-ống BN đã được tổng hợp trên thực tế. buckled với góc liên kết θ 3và tấm low-buckled (các nguyên tử nằm trên hai mặt phẳng song song với nhau,hình 1.2b). Như vậy kích thước hình học một tấm vật liệu na nô dạng lục giác đượcxác định bởi hai thông số độc lập là chiều dài liên kết ban đầu lo và khoảng  Low-buckled. Từ đó rút ra được các thông số góc liên kết θ và độ dài véc tơ đơn vị a1 , a2 như sau: (a = a1 = a2 = 3 lo2 −  2Low-buckled ) (1.1)  3 2Low-buckled − lo2  = arccos   (1.2)  2lo2  Tấm phẳng có  Low-buckled = 0 , nên theocông thức (1.3), góc liên kết θ luônbằng 120o. Còn góc liên kết của tấm Hình 1.4 Mô phỏng quá trình cuộn tấmlow-buckled sẽ luôn nhỏ hơn 120o. thành ống vật liệu na nô Năm 1995, Dresselhaus và cộng sựđưa ra một hệ thống các tham số biểu diễn hình học để mô tả cấu trúc tấm graphenetrước khi được cuộn thành ống SWCNT và sau này được dùng cho các vật liệu nanô cấu trúc lưới lục giác khác (hình 1.3). Khi đó, một ống na nô xem như được tạothành bằng cách cuộn một tấm vật liệu na nô theo phương véc tơ Ch như sau:C h = OA = na1 + ma2 (1.3) Trong đó cặp chỉ số ( n, m ) là số bước dọc theo liên kết dích dắc của lưới lục giácvà a1 , a2 là c ...