Luận án Mô phỏng ứng xử cơ học của ống nano phốt pho đen bằng phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử

Tên luận án:

“Mô phỏng ứng xử cơ học của ống nano phốt pho đen bằng phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử”

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu ứng xử cơ học của ống nano phốt pho đen, một vật liệu bán dẫn mới được tổng hợp vào năm 2014 với nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực như nano điện tử, quang điện tử, cảm biến và pin Li-ion. Mặc dù cơ tính của tấm phốt pho đen đã được nghiên cứu rõ ràng, cơ tính của ống phốt pho đen vẫn chưa được khảo sát kỹ lưỡng. Do đó, mục tiêu chính của luận án là tính toán mô phỏng để xác định các đặc trưng cơ học của ống nano phốt pho đen, bao gồm mô đun đàn hồi, ứng suất và biến dạng phá hủy, hệ số Poisson, và đường cong ứng suất-biến dạng, thông qua các thí nghiệm mô phỏng kéo và nén. Luận án cũng khảo sát ảnh hưởng của đường kính và chiều dài ống đến các đặc trưng cơ học này.

Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là Phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử (AFEM), được ứng dụng và mở rộng để tính toán, mô phỏng cho ống nano phốt pho đen sử dụng hàm thế Stillinger-Weber. Việc nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng, đặc biệt khi việc nghiên cứu thực nghiệm với vật liệu nano phốt pho đen còn gặp nhiều khó khăn do tính mới. Điểm mới của luận án là đã xác định được ứng xử cơ học của ống nano phốt pho đen bằng phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử với hàm thế Stillinger-Weber.

Luận án được cấu trúc gồm bốn chương. Chương 1 cung cấp tổng quan về vật liệu hai chiều, phốt pho đen và các phương pháp tính toán, cùng tình hình nghiên cứu liên quan trên thế giới và tại Việt Nam. Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử, bao gồm cấu trúc của tấm và ống nano phốt pho đen, các thế năng tương tác giữa các nguyên tử (Tersoff, Stillinger-Weber) và cơ sở lý thuyết của AFEM. Chương 3 và 4 lần lượt trình bày kết quả mô phỏng các thí nghiệm kéo và nén ống nano phốt pho đen, phân tích các đặc trưng cơ học và ảnh hưởng của các yếu tố hình học. Cuối cùng, luận án đưa ra các kết luận về các đặc trưng cơ học đã xác định, so sánh với tấm phốt pho đen và các vật liệu nano khác như CNT và BN, đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1. Tổng quan

  • 1.1 Giới thiệu về vật liệu hai chiều (2D) và phốt pho đen
  • 1.2 Các phương pháp tính
    • Phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ
    • Phương pháp động lực phân tử
    • Phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử
  • 1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về tấm và ống nano
    • 1.3.1 Graphene và các vật liệu tương tự graphene
    • 1.3.2 Tấm phốt pho đen
    • 1.3.3 Ống phốt pho đen
  • 1.4 Tình hình nghiên cứu tại việt nam về tấm và ống nano

• Chương 2 Cơ sở của phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử áp dụng để tính toán ống nano phốt pho đen

  • 2.1 Cấu trúc tấm và ống nano phốt pho đen
    • 2.1.1 Cấu trúc tấm nano phốt pho đen
    • 2.1.2 Cấu trúc ống nano phốt pho đen
  • 2.2 Thế năng tương tác giữa các nguyên tử
    • 2.2.1 Giới thiệu chung về thế năng tương tác giữa các nguyên tử
    • 2.2.2 Hàm thế Tersoff
    • 2.2.3 Hàm thế Stillinger-Weber
  • 2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử
    • 2.3.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử
    • 2.3.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp AFEM
    • 2.3.3 Kiểu phần tử trong AFEM
    • 2.3.4 Mô hình phần tử hữu hạn nguyên tử với hàm thế Stillinger-Weber

• Chương 3 Kết quả kéo ống nano phốt pho đen

  • 3.1 Đánh giá độ tin cậy của chương trình tính kéo ống nano phốt pho đen
  • 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài ống đến đặc trưng cơ học của ống nano phốt pho đen
    • 3.2.1 Ảnh hưởng của chiều dài ống đến đường cong ứng suất-biến dạng của ống nano phốt pho đen chịu kéo
    • 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài ống đến giá trị mô đun đàn hồi của ống nano phốt pho đen chịu kéo
    • 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài ống đến giá trị ứng suất phá hủy của ống nano phốt pho đen chịu kéo
  • 3.3 Kết quả kéo ống nano phốt pho đen bằng AFEM
    • 3.3.1 Đường cong ứng suất-biến dạng
    • 3.3.2 Mô đun đàn hồi
    • 3.3.3 Hệ số Poisson
    • 3.3.4 Ứng suất và biến dạng phá hủy

• Chương 4 Kết quả nén ống nano phốt pho đen

  • 4.1 Đánh giá độ tin cậy của chương trình tính nén ống nano phốt pho đen
  • 4.2 Kết quả nén ống nano phốt pho đen tính bằng AFEM
    • 4.2.1 Ảnh hưởng của đường kính ống khi tỷ số chiều dài/đường kính cố định, L/D=8 và đường kính ống thay đổi
    • 4.2.2 Ảnh hưởng của chiều dài ống khi cố định đường kính ống
    • 4.2.3 Ảnh hưởng của đường kính khi chiều dài ống cố định
  • 4.3 So sánh đặc trưng cơ học của ống nano phốt pho đen khi kéo và nén khi đường kính ống thay đổi và tỷ số L/D=8

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ