Пружні властивості одношарових вуглецевих нанотрубок

Abstract

В даній роботі виконано моделювання пружних властивостей двох основних типів одношарових вуглецевих нанотрубок: armchair та zigzag за допомогою аналітичної моделі молекулярної механіки. Мета даної роботи полягає у дослідженні і порівнянні модуля Юнга, модуля зсуву та коефіцієнта Пу- ассона різних типів трубок як функцій від діаметра. Ми отримали ряд спрощених виразів для розмі- рно-залежних пружних властивостей трубок armchair (n, n) та zigzag (n, 0), які є базовими для побудо- ви математичних моделей. З використанням цих моделей були оцінені еластичні властивості одн о- шарових вуглецевих нанотрубок. Було передбачено, що трубка zigzag більш чутлива до хіральності ніж armchair. Модулі Юнга та зсуву обох типів трубок зменшувались з ростом діаметра. Коефіцієнт Пуассона варіювався від 0.16 до 0.29 та від 0.32 до 0.42 для трубок armchair та zigzag відповідно, але він був незалежний від хіральності. Помітно, що передбачені значення еластичних характеристик трубки zigzag більші ніж для armchair, особливо для малих трубок. Результати дослідження можуть бути використані для дизайну, аналізу та оцінки функціонування і створення нових матеріалів на ос- нові вуглецевих нанотрубок. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/24923

В данной работе выполнено моделирование упругих свойств двух основных типов однослойных углеродных нанотрубок: armchair и zigzag с помощью аналитической модели молекулярной механи- ки. Цель данной работы заключается в исследовании и сравнении модуля Юнга, модуля сдвига и ко- эффициента Пуассона различных типов трубок как функций от диаметра. Мы получили ряд упро- щенных выражений для размерно-зависимых упругих свойств трубок armchair (n, n) и zigzag (n, 0), которые являются базовыми для построения математических моделей. С использованием этих моде- лей были оценены эластичные свойства однослойных углеродных нанотрубок. Было предсказано, что трубка zigzag более чувствительна к хиральности чем armchair. Модули Юнга и сдвига обоих типов трубок уменьшались с ростом диаметра. Коэффициент Пуассона варьировался от 0.16 до 0.29 и от 0.32 до 0.42 для трубок armchair и zigzag соответственно, но он был независимым от хиральности. Заметно, что предсказанные значения эластичных характеристик трубки zigzag больше чем для armchair, осо- бенно для малых трубок. Результаты исследования могут быть использованы для дизайна, анализа и оценки функционирования и создания новых материалов на основые углеродных нанотрубок. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/24923

In this paper the elastic properties of two main types of single-walled carbon nanotubes (armchair and zigzag) were simulated by analytical molecular mechanics models. The aim of this work is investigation and comparison of Young’s modulus, shear modulus and Poisson’s ratio variations of different types of tubes as functions of diameter. We obtained a set of closed-form expressions for the size-dependent elastic properties of armchair (n, n) and zigzag (n, 0) tubes, which are basic for constructing mathematical models. Using those models elastic properties of single-walled nanotubes were evaluated. It was predicted that zigzag tube is more sensitive to chirality then armchair. Young’s and shear modules of both tubes were decreasing with diameter increasing. Poisson’s ratio was ranging from 0.16 to 0.29 and from 0.32 to 0.42 for an armchair and zigzag tubes respectively, but it was independent on chirality. It can be seen that predicted values of elastic characteristics for zigzag tube are larger then that for armchair tube, especially for smaller tubes. Results of this research can be used for design, analysis and evaluating of functioning and creating new materials based on carbon nanotubes. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/24923