20229

۲۰۲۲۹

بررسي عملكرد نانو مواد دوبعدي بر خواص مكانيكي نانو كامپوزيت سيمان

كارشناسي ارشد

سازه

۹۴-۹۶

۱۳۹۶/۱۱/۰۱

دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

عمران

با پيشرفت علم نانو مواد و تأثير شگفت‌انگيز اين فنّاوري بر پيكره ريزساختار كامپوزيت‌ها، موقعيت مناسبي براي بررسي تأثيرات نانو مواد در كامپوزيت‌هاي پرمصرف دنيا ازجمله بتن به وجود آمده است. برطرف نمودن ضعف‌هاي ميكرو ساختار و نانو ساختار كامپوزيت بتن كه پرمصرف‌ترين ماده‌ ساختماني مي‌باشد مي‌تواند كمك شاياني به پيشرفت اين صنعت بنمايد. در اين بين نانو مواد دوبعدي جايگاه ويژه‌اي ازلحاظ خواص مقاومتي در بين نانو مواد دارا مي‌باشند. در گروه نانو مواد دوبعدي مي‌توان به گرافن، قوي‌ترين ماده طبيعي دنيا و بور نيتريد شش ضلعي تك لايه ، قوي‌ترين ماده‌اي كه بشر در آزمايشگاه توليد نموده است اشاره نمود. در اين پژوهش با تكيه‌بر نوآوري شبيه‌سازي ديناميك مولكولي و مكانيك كوانتومي از طريق محاسبات رايانه‌اي، مطالعاتي در خصوص متغيرهاي تأثيرگذار بر خواص مكانيكي اين دو نانو ماده دوبعدي و تأثير افزودن آن‌ها به ماتريس سيماني انجام گرديده است. ازجمله مواردي كه مورد بررسي قرارگرفته است مي‌توان به خواص رفتاري نانو ذرات دوبعدي در ماتريس سيماني، انرژي برهمكنش بين‌مولكولي و خواص مكانيكي نانو كامپوزيت شبيه‌سازي ‌شده اشاره نمود. در اين پروسه با عامل‌دار نمودن نانو ذرات دوبعدي عملكرد تقويت‌كنندگي به شكل قابل توجه‌اي بهبود مي‌يابد، با بررسي عوامل تأثير گذاري مانند در صد گروه‌هاي عاملي، نوع گروه‌هاي عاملي، محل قرارگيري گروه‌هاي عاملي بر روي نانو مواد دوبعدي رفتار بهينه اين نانو ذرات در ماتريس سيماني شناسايي گرديده است. نتايج حاصل‌شده نشان مي‌دهد كه صفحه گرافن به دليل عدم تعاملات الكتروني با ساختار سيمان، اثر تقويت‌كنندگي قابل ملاحظه‌اي در كامپوزيت سيماني ايجاد نمي‌كند. از سوي ديگر بور نيتريد شش ضلعي تك لايه به‌واسطه وجود نيتروژن در الگوي اتمي خود مقداري تمايلات قطبي در ساختارش وجود دارد كه مي‌تواند با اتم‌هاي كلسيم در سيمان تعاملات الكتروني داشته باشد و اثرات قابل ملاحظه‌اي در خواص سيمان ايجاد نمايد. در فرآيند كلي نتايج شبيه‌سازي‌هاي صورت گرفته، هنگامي‌كه گروه‌هاي عاملي به‌صورت بهينه روي سطح و كناره نانو ذرات گرافن و بور نيتريد شش ضلعي تك لايه اعمال مي‌گردند قادر هستند عملكرد تقويت‌كنندگي را در ماتريس سيماني به‌صورت قابل توجهي افزايش دهند.

1397/10/29

Evaluation of the performance of two-dimensional nanoscale materials on the mechanical properties of cement nano-composites

1/19/2019 12:00:00 AM

With the advent of nanoscience and the impact of this science on the structure of composites, it is a good place to study the effects of nanomaterials on high-density composites such as concrete. Eliminating the weaknesses of the microstructure and the nanostructure of composite concrete, which is the most profitable building material, can contribute to the development of this industry. In the meantime, two-dimensional nanoscale materials have a high level of resistance to nanoscale materials. In the nano family, two-dimensional materials include graphene, the strongest natural substance in the world, and mono-layer hexagonal boron nitride, the strongest substance produced by humans in the laboratory. In this research, using the innovations of molecular dynamics simulation and quantum mechanics, studies have been done on the variables affecting the mechanical properties of these two-dimensional nanomaterials and the effect of adding these nanomaterials to the cementitious matrix. Among the cases studied is the behavioral properties of two-dimensional nanoparticles in the cementitious matrix, the energy of inter-molecular interactions and the mechanical properties of simulated nanosized composites. In this process, with the functionalization of two-dimensional nanoparticles, the reinforcement behavior increases significantly by examining the factors affecting the percentage of functional groups, the type of functional groups, the location of functional groups on the two-dimensional nanoscale materials, the optimal behavior of these nanoparticles in the matrix Cement is detected. The results show that the graphene plate does not significantly increase the cementitious composite due to the cement structure's non-interactions. On the other hand, hexagonal boride nitride has a polar tendency in its structure due to the presence of nitrogen in its atomic pattern, which can have electron interactions with the calcium atoms in the cement and has significant effects on the properties of the cement. In the general process of the simulation results, when the functional groups are applied optimally to the surface and sides of the monolayer hexagonal graphene and boron nitride nanoparticles, the reinforcement performance in the cementitious matrix is significantly increased.