طراحی یک نانوگیره در فرایند گیرش و جدایش نانولوله های کربنی تحت بارهای محوری

کاربرد نانوگیره ها در ساخت، مونتاژ و جابجایی قطعات و مجموعه ها در مقیاس نانو به سرعت رو به گسترش است. از جمله این کاربردها می توان به جداسازی نانوذرات از محیط رشد آن ها، تغییرشکل نانوساختارها و انجام انواع آزمون های مکانیکی نظیر تست کشش برروی اجزاء ساخته شده از مواد جدید در دامنه های مختلف نیرویی اشاره نمود. جابجایی قطعات و ذرات در مقیاس نانو و تولید ساختارهای پیچیده در این مقیاس، بدون دراختیار داشتن نانوگیره هایی با دقت، حساسیت وکنترل پذیری مناسب امکان پذیر نیست. وجود نیروهای سطحی از یک سو باعث سهولت گیرش و انتقال ذرات و قطعات در مقیاس نانو می گردد و از سوی دیگر رهاسازی دقیق این ذرات و قطعات را با دشواری مواجه می سازد. بر این اساس، شناخت نانوگیره ها و بررسی عملکرد آن ها، هم به عنوان یک ابزار پرکاربرد مستقل و هم به عنوان وسیله ای برای ساخت سیستم های نانویی پیچیده تر اهمیت زیادی یافته است. از همین روست که طراحی، ساخت، پیاده سازی و بهبود عملکرد نانوگیره ها و برطرف کردن مشکلات نمونه های موجودآن ها 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 نانو ذرات از بستر رشد آن ها بدون آسیب دیدگی هیچ یک از دو قطعه، به کمک روش دینامیک مولکولی می باشد. فرایند پیشنهادی برای انجام این کار به گونه ای است که برای حل مسایل مشابه همچون گیرش و کشش رشته های پلیمری و پروتئینی نیز قابل استفاده خواهد بود. در فرایند پیشنهادی ابتدا استحکام کششی و پایداری جانبی نمونه نانویی مورد آزمایش (در این جا نانولوله کربنی) به همراه انواع تغییرشکل های بازگشت ناپذیر 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 نانولوله کربنی به ازای نیروهای مختلف به کمک نمودارهای نیرو- عمق نفوذ تخمین زده شده و حد مناسبی از عمق نفوذ به جا 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 به ازای ضخامت های متفاوت دهانه تعیین می شود. هم چنین وابستگی عددی نیروی اصطکاک به سطح تماس بررسی شده و نتایج به دست 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 می شود. در پایان نیز آسیب احتمالی قسمت فوقانی دهانه نانوگیره به روش اجزاء محدود بررسی می گردد. کلمات کلیدی: نانوگیره، نانولوله کربنی، تست کشش، روش دینامیک مولکولی