Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Jamshidian,Mohammad Silani
مصطفی جمشیدیان (استاد راهنما) محمد سیلانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sayed alireza Ashrafnia
سید علیرضا اشرف نیا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Calculating the size-dependent surface energy of nanoparticles using molecular dynamics method
The unique characteristics of nanostructures are mainly due to their large surface to volume ratio. One of the most important quantities in investigating the surface properties of materials is the surface energy. Therefore, calculating the surface energy is necessary for the proper understanding of the behavior and properties of nanostructured materials. The present study investigates the size dependent surface energy of crystalline nanoparticles and nanocavities of aluminum, silver, copper and iron in crystalline state and aluminum in amorphous state. For this purpose, spherical nanoparticles and nanocavities with different diameters are modeled by molecular dynamics simulations and their surface energy is obtained. Initially, the molecular dynamics simulation results for the flat surface of a semi-infinite body are verified against the existing data in the literature. The simulation results demonstrate that for nanoparticles and nanocavities with sufficiently small diameters in the range of a few tens of nanometers, the surface energy depends on the size of the nanostructure. For spherical nanoparticles the surface energy increases with increasing nanoparticle diameter, while for the spherical nanocavities the surface energy decreases by increasing nanocavity diameter. Also, the surface energy variation with size is more intense for nanocavities in comparison with nanoparticles. By increasing the diameter, the surface energy of nanoparticles and nanocavities approaches to an asymptotical value which in case of crystalline materials is the surface energy of a crystalline flat surface or the Gi surface energy for the crystallographic surface orientation with the maximum surface energy and in case of amorphous material is the surface energy of semi-infinite body. Keywords: Surface free energy, Nanoparticle, Nanocavity, Metallic glass, Nanostructures
ویژگی‌های نانوساختارها اساسا به نسبت سطح به حجم بالای آن‌ها وابسته است. انرژی سطح به‌عنوان یکی از مهم‌ترین کمیت‌هایی است که ویژگی‌های سطح را توصیف می‌کند. بنابراین محاسبه انرژی سطح برای درک صحیحی از ویژگی‌ها و رفتار نانوساختارها ضروری است. در پژوهش حاضر، با به‌کارگیری روش دینامیک مولکولی انرژی سطح برای نانوذرات و نانوحفرات کروی نقره، آلومینیوم، مس و آهن در حالت کریستالی و آلومینیوم آمورف مورد بررسی قرار گرفته‌است. برای این منظور نانوذرات و نانوحفرات کروی در اندازه‌های مختلف مدل شده و انرژی سطح آن‌ها محاسبه شده است. با استفاده از نتایج شبیه‌سازی برای صفحات نیمه‌بی‌نهایت برای این فلزات صحت یکی از مدل‌های مکانیک محیط‌های پیوسته که اخیراً ارائه شده‌است مورد بررسی قرار گرفت. تطابق قابل قبولی بین نتایج شبیه‌سازی و مدل محیط پیوسته مشاهده شد. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که در نانوذرات و نانوحفرات با اندازه‌هایی در حدود چند ده نانومتر انرژی سطح به اندازه وابسته است. در مورد نانوذرات با افزایش اندازه انرژی سطح آن‌ها افزایش می‌یابد درحالی که . برای نانوحفرات با افزایش اندازه‌ی حفره مقدار انرژی سطح کاهش می‌یابد . انرژی سطح در نانوحفرات نسبت به نانوذرات وابستگی بیشتری به اندازه دارد. با افزایش قطر، انرژی سطح نانوذرات و نانو حفرات به یک مقدار حدی که انرژی سطح صفحه‌ی نیمه‌بی‌نهایت نامیده می‌شود میل می‌کند. در مورد مواد کریستالی این انرژی، انرژی سطح صفحه‌ی کریستالی با بیشترین انرژی سطح است. کلمات کلیدی: 1- انرژی آزاد سطح 2-دینامیک مولکولی 3-مکانیک محیط‌های پیوسته 4-نانوساختار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی