نظریه تحلیلی جدید پژوهشگران ایرانی درباره نانولوله‌های کربنی

پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف، با ارائه نظریه‌ای جدید، راهی سریع و دقیق را برای توصیف تحلیلی رفتار نانولوله‌های کربنی در برابر انواع شرایط بارگذاری مکانیکی به دانشمندان جهان معرفی کرده و به کمک آن موفق شدند برخی ویژگی‌های مهم این نانولوله‌ها را با دقتی کوانتومی محاسبه کنند؛ همچنین آنها توانستند به حقایقی جدید درباره نانولوله‌های کایرال دست یابند.

کد خبر: ۱۱۹۷۲۲۶

تاریخ: ۱۲ مهر ۱۳۹۴ - ۰۷:۳۸

به گزارش خبرگزاری دانا، بیش از دو دهه است که نانولوله‌های کربنی در سطح وسیعی مورد توجه دانشمندان و محققان قرار گرفته‌اند و حجم قابل توجهی از مطالعات را به خود اختصاص داده‌اند. دکتر حسین محمدی شجاع، استاد دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف با اشاره به خواص منحصر به فرد الکترونیکی، الکتریکی، مکانیکی، حرارتی و ... این مواد می‌گوید: نانولوله‌های کربنی که قطری در حدود یک صد هزارم تار مو دارند، استحکامی چند صد برابر فولاد از خود نشان می‌دهند. هدایت الکتریکی نوع رسانای نانولوله‌های کربنی تا هزار برابر مس گزارش شده است. هدایت حرارتی آنها نیز تقریبا ده برابر مس است.

وی در ادامه، ظهور این مواد را راهگشای بسیاری از دانشمندان در رشته‌های مختلف برای پیش‌برد پژوهش‌هایشان دانسته و می‌افزاید: تا به امروز، کاربردهای فراوانی در حوزه‌های گوناگون برای نانولوله‌های کربنی پیشنهاد شده است که از جمله می‌توان به تسلیح کامپوزیت‌های پرمقاومت، پیل‌های سوختی، میکروسکوپ‌های نیروی اتمی و حتی کاربردهایی در پزشکی همچون دارورسانی به بافت‌های سرطانی اشاره کرد.

پیش‌بینی بسیاری از رفتار‌های نانولوله‌های کربنی تا کنون با استفاده از روش‌های شبیه‌سازی انجام می‌شد که برای این کار نیاز به رایانه‌های پرسرعت بود که به مدت طولانی مسائل را پردازش کنند. ضمن آن‌که این روش‌ها درک و فهم تحلیلی از واقعیت‌های فیزیکی درون ماده را برای محققان فراهم نمی‌کرد. اما یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه صنعتی شریف موفق شده است نظریه تحلیلی جدیدی را تدوین کند که نه تنها فرمولاسیون آن به صورت گام به گام با فیزیک مسئله انطباق دارد؛ بلکه برای اولین بار، اثرات توأمان رفتار غیرخطی ماده و نیز هندسه‌ غیر خطی ناشی از تغییر شکل‌های بزرگ به وجود آمده در بارگذاری‌های مکانیکی در این نظریه لحاظ شده است.

دکتر محمد رسول دلفانی، همکار پروژه جزئیات دیگری از این مطالعات را اینگونه تشریح می‌کند: بر اساس این مطالعات که تماما مبتنی بر مفاهیم مکانیک محیط‌های پیوسته بوده و در عین حال دارای دقت کوانتومی برای توصیف پاسخ نانولوله‌های کربنی به انواع شرایط بارگذاری مکانیکی هستند، نانولوله‌ کربنی به عنوان ماده‌ای هایپر الااستیک با رفتار غیر خطی مدل می‌شود. مواد هایپر الاستیک، موادی هستند که می‌توانند در مقابل نیروها و بارهای وارده از خود انعطاف زیادی نشان دهند که این رفتار تناسبی غیر خطی با بار دارد.

یکی از مسائل مهم در نانولوله‌ها به دست آوردن ویژگی‌های مورفولوژیکی این مواد است که تاثیر بسزایی در خواص مکانیکی و الکترونیکی آنها دارد و یکی از مسائل مهم در این موضوع پدیده‌ای به نام چرخش خود به خودی است که پیشتر چندان بدان توجهی نشده بود. دکتر دلفانی در این باره می‌گوید: یکی از شناخته شده‌ترین مثال‌ها از تأثیر ویژگی‌های مورفولوژیکی، اثر زاویه‌ کایرالیتی نانولوله‌ها بر رسانایی آنهاست که اتفاقا مطالعات ما نشان می‌دهد ارتباط مستقیمی میان زاویهی چرخش خود به خودی و زاویه‌ کایرالیتی نانولوله‌ها وجود دارد. نکته درخور توجه آن است که در این مطالعات روابط حاکم بر زاویه‌ چرخش به وجود آمده به واسطه‌ اعمال بار محوری و یا فشار داخلی درون نانولوله نیز به دست آمد؛ چرخش‌هایی که تحت اثر اعمال بارهایی غیر از بارهای پیچشی ایجاد می‌شوند.

همچنین بنا به گفته مسئولین این پروژه، فرمول بندی ارائه شده در تئوری تدوین شده، آشکار میکند که مسأله‌ نانولوله‌های کایرال مشخصا در حالتی که تحت اثر هیچ گونه بار خارجی نیستند، بدون در نظر گرفتن چرخش خود به خودی، خوش تعریف نیست و بدین ترتیب، برای اولین بار وجود چنین پدیده‌ای با یک رویکرد تحلیلی به اثبات می‌رسد.

پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف با انتشار سه مقاله در معتبرترین نشریات علمی-پژوهشی جهان سعی دارند، راه جدید خود برای تحلیل رفتار یکی از عجیب‌ترین مواد تولید شده در جهان را به دانشمندان معرفی کنند.