Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mehdi Ahmadian
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مهدي احمديان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Noori lenjan nookabadi
زهرا نوري لنجان نوکابادي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
: Nanocrystalline materials compared to conventional coarse-grained polycrystalline materials, exhibit unique behavior and properties such as melting in lower temperatures. The main source of this difference in behavior with respect to conventional coarse-grained polycrystalline materials, is high volume fraction of grain boundaries in nanocrystalline materials. Since this boundary regions have different structure and energy states with respect to grains, the properties of nanocrystalline materials can not be accurately describe by dir=ltr Keywords: thermodynamic, nanostructured Al, grain size, grain boundary network, premelting, molecular dynamic.
چکيده مواد نانوکريستال در مقايسه با مواد پلي کريستال درشت دانه ي معمولي، رفتار و ويژگي هاي منحصربفردي نشان مي دهند که از آن جمله مي توان به ذوب شدن در دماهايي پايين تر اشاره نمود. منشأ اصلي اين تفاوت رفتاري با پلي کريستال هاي درشت دانه، وجود کسر حجمي بالاي نواحي مرزدانه اي در مواد نانوکريستال است. از آنجاييکه اين نواحي مرزي داراي ساختار و وضعيت هاي انرژي متفاوت با دانه هستند، بررسي ويژگي هاي مواد نانوکريستال با استفاده از روابط کلاسيک موجود امکانپذير نمي باشد. از اين رو تحقيق حاضر با بکارگيري مدل هاي تئوري ترموديناميکي موجود براي نانوکريستال ها شامل EOS، QDA و سانگ، به بررسي رفتار پايداري فازي مواد نانوساختار پرداخته است. اما نتايج به دست آمده حاکي از آن است که اين مدل ها نمي توانند دماي ذوب مواد نانوکريستال را به طور صحيح پيش بيني نمايند. با وجود اينکه اين مدل ها در بررسي ويژگي هاي ترموديناميکي مواد نانوکريستال به وفور مورد استفاده قرار گرفته اند، اما تا کنون صحت روابط آنها به لحاظ اصول ترموديناميکي حاکم بررسي نشده است. از اين رو در ادامه اساس ترموديناميکي روابط مورد بررسي قرار گرفته و عوامل خطا و اشتباهات موجود در اين مدل ها شناسايي گرديده است. از جمله مهم ترين اين خطاها مي توان به فرض نادرست فشار منفي مرزدانه، ناصحيح بودن ترم هاي وابسته به دما، روابط تئوري مربوط به ظرفيت گرمايي و نيز برخي تقريب هاي ساده کننده اشاره نمود. وجود اين خطاها بيانگر آن است که توصيف رفتار ترموديناميکي مواد نانوکريستال همچنان به صورت نقطه اي مبهم مستلزم مطالعه و بررسي بيشتر است. از اين رو به منظور بررسي رفتار ذوب شدن نانوکريستال هاي آلومينيم (به عنوان يک نمونه ي فلزي)، روش شبيه سازي ديناميک مولکولي به کار گرفته شده است. نتايج شبيه سازي حاکي از آن است که براي نانوکريستال هاي با اندازه دانه ي ميانگين nm 14 و بالاتر، دماي ذوب ثابت و مشابه با دماي ذوب پلي کريستال درشت دانه مي باشد. اما با کاهش اندازه دانه ي ميانگين، دماي ذوب به ميزان قابل توجهي نسبت به دماي ذوب پلي کريستال درشت دانه کاهش مي يابد، به گونه اي که براي نانوکريستال آلومينيم با اندازه دانه ي ميانگين nm 2، نقطه ذوب نسبت به نقطه ذوب پلي کريستال درشت دانه حدود 30% کاهش يافته است. علاوه بر اين با کاهش بيشتر اندازه دانه به مقادير حدود سه برابر پارامتر شبکه ي آلومينيم، رفتار ذوب مشابه با فاز آمورف مي باشد. همچنين مشاهده شده است که با کاهش اندازه دانه ي نمونه هاي نانوکريستال، گرماي نهان ذوب نيز کاهش مي يابد. از آنجاييکه به نظر مي رسد اين رفتارها مربوط به کسر حجمي بالاي مرزدانه ها در مواد نانوکريستال باشد، با استفاده از روش آناليز لايه اي اتم ها، اتم هاي موجود در نواحي مختلف نمونه هاي نانوکريستال، جداسازي و رفتار ذوب در نواحي مختلف مرزدانه اي به طور مجزا مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهند که بي hy;نظمي هاي موجود در نواحي مرزدانه اي منجر به ايجاد ساختار مشابه با مايع در دماهايي پايين تر از دماي ذوب نانوکريستال و در نتيجه پيش ذوب شدن اين نواحي گرديده است. تصاوير لحظه اي نمونه ي نانوکريستال شبيه سازي شده در دماهاي مختلف نشانگر آن است که بي نظمي هاي ساختاري در حالت جامد منجر به ذوب موضعي در نواحي مرزي گرديده است. لذا مشخص شده که در مواد نانوساختار، فرايند ذوب شدن ابتدا از نواحي اتصال چهارگانه (يا بالاتر) (VN) و سه گانه (TJ) به طور ناپيوسته شروع شده و با گسترش به نواحي اتصال دو گانه (GB)، به داخل دانه ها پيشروي و منجر به ذوب کامل نانوکريستال مي گردد. بنابراين چنين استنباط مي شود که روش هاي شبيه سازي ديناميک مولکولي، به خوبي مي توانند به عنوان روش هايي قدرتمند در بررسي رفتار پايداري فازي مواد در مقياس نانو مورد استفاده قرار گيرند. کلمات کليدي: ترموديناميک، آلومينيم نانوساختار، اندازه دانه، شبکه ي مرزدانه اي، پيش ذوب شدن، ديناميک مولکولي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی