ارائه مدلی جهت تعیین رفتار دینامیک نانوساختارها
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 حوزه‌ی فعالیت بسیار حساس، باید با مدل‌سازی ریاضی این نیروها، به بررسی تأثیر آن‌ها بر ناپایداری این ساختارها پرداخته شود.
به گفته دکتر حمید محمدصدیقی، امروزه کاربرد مواد مدرج تابعی، که قابلیت کاربرد در محیط‌های خورنده و با دمای بالا را داراست 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 هدف اصلی انجام این پژوهش را بدین شرح بیان کرد: «تا کنون، هیچ پژوهشی مبنی بر کاربرد مواد مدرج تابعی در حوزه‌ی 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.»
بررسی‌های صورت گرفته نشان می‌دهد که استفاده‌ی صحیح از ترکیب مواد مدرج تابعی در طول ضخامت نانوحسگر، باعث تغییر حوزه‌ی ناپایداری نانوساختارها و کارکرد مطلوب آن‌ها در محیط‌های خورنده و با دمای بالا خواهد شد. علاوه‌براین به کمک طراحی و استفاده‌ی 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 شده‌ی ارتعاشی نانوساختارهایی که از مواد مرکب مدرج تابع ساخته شده‌اند، استخراج شد. همچنین برای تعیین فرم بسته‌ی فرکانس طبیعی ارتعاشی، که قابلیت پیش‌بینی پدیده‌ی ناپایدار پولین را دارد، از یک روش قدرتمند تحلیلی بهره گرفته شده است. در نهایت تأثیر پارامترهای مختلف مانند جنس مواد مدرج تابعی، اندازه‌ی نیروهای بین مولکولی و روند تغییرات خواص ماده در طول ضخامت تیر بر ولتاژ پولین و همچنین زمان پولین مورد ارزیابی قرار گرفته است.
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ، این تحقیقات از 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- حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ی Composite Structures (جلد 124، شماره 1، سال 2015، صفحه 55 تا 64) منتشر شده است.
وی هدف اصلی انجام این پژوهش را بدین شرح بیان کرد: «تا کنون، هیچ پژوهشی مبنی بر کاربرد مواد مدرج تابعی در حوزه‌ی 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.»
بررسی‌های صورت گرفته نشان می‌دهد که استفاده‌ی صحیح از ترکیب مواد مدرج تابعی در طول ضخامت نانوحسگر، باعث تغییر حوزه‌ی ناپایداری نانوساختارها و کارکرد مطلوب آن‌ها در محیط‌های خورنده و با دمای بالا خواهد شد. علاوه‌براین به کمک طراحی و استفاده‌ی 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 شده‌ی ارتعاشی نانوساختارهایی که از مواد مرکب مدرج تابع ساخته شده‌اند، استخراج شد. همچنین برای تعیین فرم بسته‌ی فرکانس طبیعی ارتعاشی، که قابلیت پیش‌بینی پدیده‌ی ناپایدار پولین را دارد، از یک روش قدرتمند تحلیلی بهره گرفته شده است. در نهایت تأثیر پارامترهای مختلف مانند جنس مواد مدرج تابعی، اندازه‌ی نیروهای بین مولکولی و روند تغییرات خواص ماده در طول ضخامت تیر بر ولتاژ پولین و همچنین زمان پولین مورد ارزیابی قرار گرفته است.
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ، این تحقیقات از 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- حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ی Composite Structures (جلد 124، شماره 1، سال 2015، صفحه 55 تا 64) منتشر شده است.
