22776

بررسي خواص مكانيكي كامپوزيت گرافن- كاربيد سيليكون به روش ديناميك مولكولي

كارشناسي ارشد

نانوفناوري - نانومواد

1398/8/25

دكتر صادق صادق زاده - دكتر ميثم جلالي

فناوري‌هاي نوين

گرافن داراي خواص متعددي ازجمله تحرك الكتروني بالا در دماي اتاق، مدول يانگ بالا، استحكام شكست بالا، انتقال حرارت فوق‌العاده و... است، كه اين ويژگي¬ها موجب گشته كه گرافن در بسياري از موارد ازجمله سنسورها، الكترودها، پيل¬هاي سوختي، ابر خازن¬ها و... كاربرد پيدا كند. كاربيد سيليكون يك نيمه‌هادي با خواص بسيار مناسب براي استفاده در شرايط دشوار محيطي (فرسايش زياد، درجه حرارت بالا، فشار بالا و...) است. درواقع، ويژگي¬هاي منحصربه‌فرد كاربيد سيليكون ناشي از ساختار قوي آن، گاف انرژي وسيع، ثبات حرارتي بالا و غيره است. در مطالعه¬ي حاضر به بررسي خواص مكانيكي كامپوزيت كاربيد سيليكون-گرافن با استفاده از روش ديناميك مولكولي پرداخته‌شده تا بخشي از خلأ موجود درزمينه‌ي خواص مكانيكي كامپوزيت¬هاي داراي گرافن را موردبررسي قرار دهد. به‌منظور بررسي خواص مكانيكي كامپوزيت كاربيد سيليكون-گرافن، ابتدا تست كشش تك‌محوره بر روي كاربيد سيليكون خالص و كامپوزيت كاربيد سيليكون-گرافن (تك لايه¬ي گرافن) بررسي شد. نتايج به‌دست‌آمده از تست كشش نشان داد با افزايش گرافن به ميزان حدود 3 درصد حجمي مدول الاستيك به ميزان 27 درصد و تنش تسليم به ميزان 21 درصد افزايش يافت. سپس تست دندانه گذاري به‌منظور بررسي تأثير گرافن بر كامپوزيت كاربيد سيليكون-گرافن موردبررسي قرار گرفت، براي اين مقصود ابتدا تست دندانه گذاري بر روي كاربيد سيليكون خالص انجام شد و با نتايج مشابه در مقالات مقايسه شد. سپس كامپوزيتي شامل تك لايه¬هاي گرافن ايجاد شد تا تأثير تعداد لايه¬ها گرافن (درصد حجمي) بر سختي كامپوزيت كاربيد سيليكون-گرافن (تك لايه، دو لايه، سه لايه و پنج لايه) موردبررسي قرار گيرد. نتايج نشان داد با افزايش درصد حجمي گرافن سختي كاهش مي¬يابد به‌طوري‌كه سختي در كامپوزيت داراي پنج لايه گرافن تنها 83/28 درصد سختي كاربيد سيليكون خالص است. نتايج حاصل از دندانه گذاري پوشش گرافن بر روي كاربيد سيليكون مبين افزايش سختي در اثر پوشش گرافني بود.

1399/09/13

Investigation of mechanical properties of graphene-silicon carbide composite by molecular dynamics method

11/16/2019 12:00:00 AM

Graphene has many unique properties including high electron mobility at room temperature, high Young's modulus, high fracture toughness, high heat transfer, etc., which have made graphene a perfect choice in many cases such as sensors, Apply electrodes, fuel cells, supercapacitors, etc. Silicon carbide is a semiconductor with suitable properties for use in harsh environmental conditions (high erosion, high temperature, high pressure, etc.). In fact, the unique features of silicon carbide are because of its strong structure, large energy band gap, high thermal stability and so on. Silicon carbide is a very hard material with Young's modulus of 424 GPa. In this thesis, the mechanical properties of silicon-graphene carbide composite are investigated using molecular dynamics method. In order to investigate the mechanical properties of silicon-graphene carbide composite, uniaxial tensile test on pure silicon carbide and silicon-graphene carbide composite (graphene monolayer) was first investigated. Then the effect of number of graphene layers on the hardness of Silicon carbide-graphene composite (monolayer, double-layer, three-layer and five-layer) was investigated investigated using nanoindentation test. The results show that although the addition of graphene can increase the elastic modulus of the composite, the hardness of silicon carbide-graphene composite is lower than that of silicon carbide.