Skip to main content
SUPERVISOR
حسن نحوی (استاد راهنما) مهدی مقیمی زند (استاد مشاور) مسعود شریعت پناهی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Elnaz Haddadi
الناز حدادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Designing a Nanogripper for Grasping and Releasing Carbon Nanotubes Subjected to Axial Loads
The application of ano-grippers in manufacturing, assembling and displacing Nano-scale components is growing rapidly. Among these applications are the separation of Nano-particles from their growth substrate, deformation of Nano-structures and various mechanical tests on newly developed materials under a vast range of loadings. The displacement of Nano-components would not be possible without Nano-grippers of high accuracy, sensitivity and controllability. While the presence of surface forces would facilitate the gasping of Nano-components, it would impede the accurate release of components due to the adhesion between particles and the gripper. This challenge has rendered the study of Nano-grippers and their performance characteristics a rather hot topic within the Nano-technology community. Nano-grippers can be used both as independent tools and as part of more complex Nano-structures. Therefore, having proper knowledge about nano-grippers and their operation is critical due to their widespread applications. That is why the design, manufacturing and performance improvement of Nano-grippers and resolving their shortcomings have attracted many researchers. The fabrication of nano-electromechanical systems for special activities has been made possible via improvements in the manufacture of nanodevice in last decade. In fact, the separation of nanoparticles or nanotubes from their grown substrate or performing the tensile test on them could be suggested as such activities. The goal of the present study is to present a design methodology for Nano-grippers to grasp and separate Nano-particles from their grown substrate without damaging other components. A comprehensive Molecular Dynamics simulation is employed to achieve this objective. The proposed methodology would be applicable to such problems as grasping and separating polymer and protein fibers. It begins with the evaluation of tensile stress and lateral stability of the carbon nanotube. Next the impression of the Nano-gripper is closely studied using “force-impression” graphs. The results are then used to calculate the friction between the head of the Nano-gripper and the carbon nanotube. Finally, the obtained results are compared with those from previous studies and a criterion is proposed for the design of Nano-gripper heads. Keywords: Nano-gripper, Carbon nanotubes, Tensile test, Molecular Dynamics
کاربرد نانوگیره‌ها در ساخت، مونتاژ و جابجایی قطعات و مجموعه ها در مقیاس نانو به‌سرعت رو به گسترش است. از جمله این کاربردها می‌توان به جداسازی نانوذرات از محیط رشد آن‌ها، تغییرشکل نانوساختارها و انجام انواع آزمون های مکانیکی نظیر تست کشش برروی اجزاء ساخته شده از مواد جدید در دامنه‌های مختلف نیرویی اشاره نمود. جابجایی قطعات و ذرات در مقیاس نانو و تولید ساختارهای پیچیده در این مقیاس، بدون دراختیار داشتن نانوگیره‌هایی با دقت، حساسیت وکنترل‌پذیری مناسب امکان‌پذیر نیست. وجود نیروهای سطحی از یک‌ سو باعث سهولت گیرش و انتقال ذرات و قطعات در مقیاس نانو می‌گردد و از سوی دیگر رهاسازی دقیق این ذرات و قطعات را با دشواری مواجه می‌سازد. بر این اساس، شناخت نانوگیره‌ها و بررسی عملکرد آن ها، هم به‌عنوان یک ابزار پرکاربرد مستقل و هم به‌عنوان وسیله ای برای ساخت سیستم‌های نانویی پیچیده تر اهمیت زیادی یافته است. از همین روست که طراحی، ساخت، پیاده‌سازی و بهبود عملکرد نانوگیره ها و برطرف کردن مشکلات نمونه های موجودآن‌ها توجه پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده است. هدف از پژوهش حاضر، ارائه یک متدولوژی برای طراحی دهانه نانوگیره ها برای دستیابی به اهداف خاصی همچون گیرش و جدایش نانو‌ذرات از بستر رشد آن‌ها بدون آسیب دیدگی هیچ‌یک از دو قطعه، به‌کمک روش دینامیک ‌مولکولی می‌باشد. فرایند پیشنهادی برای انجام این کار به گونه ای است که برای حل مسایل مشابه همچون گیرش و کشش رشته‌های پلیمری و پروتئینی نیز قابل استفاده خواهد بود. در فرایند پیشنهادی ابتدا استحکام کششی و پایداری جانبی نمونه نانویی مورد آزمایش (در این‌جا نانولوله‌کربنی) به‌همراه انواع تغییرشکل‌های بازگشت‌ناپذیر ایجاد شده بر اثر اعمال بار جانبی به آن مورد بررسی قرار می گیرد. سپس عمق نفوذ ایجاد شده در دهانه نانوگیره در فرآیند گیرش نانولوله‌کربنی به‌ازای نیروهای مختلف به‌کمک نمودارهای نیرو- عمق نفوذ تخمین زده شده و حد مناسبی از عمق نفوذ به‌جا مانده در دهانه نانوگیره که تضمین کننده عدم آسیب نانولوله در حین گیرش و جدایش نانو ذرات باشد انتخاب می گردد. نتایج بدست آمده برای محاسبه نیروی اصطکاک بین دهانه نانوگیره و نمونه مورد استفاده قرار می گیرد و مقدار نیروی اصطکاک به‌ازای ضخامت‌های متفاوت دهانه تعیین می‌شود. هم‌چنین وابستگی عددی نیروی اصطکاک به سطح تماس بررسی شده و نتایج به‌دست آمده از طریق مقایسه با نتایج پژوهش های قبلی اعتبار سنجی می گردد. در مرحله بعد بر اساس نتایج بدست آمده معیاری برای طراحی دهانه این دسته از نانوگیره ها ارائه می‌شود. در پایان نیز آسیب احتمالی قسمت فوقانی دهانه نانوگیره به‌روش اجزاء محدود بررسی می‌گردد. کلمات کلیدی : نانوگیره، نانولوله‌کربنی، تست کشش، روش دینامیک‌مولکولی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی