مشخصه یابی دینامیکی نانولوله کربنی با رویکرد ماکروسکوپی ضربه چکش در حضور سیال: شبیه سازی دینامیک مولکولی

در این مقاله با استفاده از رویکرد آنالیز مودال تجربی در مقیاس ماکروسکوپی، خواص ارتعاشاتی یک سیستم در ابعاد نانو مورد مطالعه قرار می گیرد. این آنالیز بر اساس رابطه بین طیف پاسخ ارتعاشی در یک نقطه از سازه و طیف نیروی تحریک در همان نقطه یا نقاط دیگر و تابع پاسخ فرکانسی (FRF) مربوطه، انجام می شود. این فرآیند در مقیاس بزرگ با استفاده از ضربه چکش و اعمال نیرویی متناسب با شرایط سازه در بازه زمانی بسیار کوچک صورت می پذیرد که سبب تحریک همه مودهای ارتعاشی سازه با انرژی یکسان می شود. با الهام از همین تکنیک، اعمال ضربه با ساختاری سخت به نانولوله کربنی نیز می تواند منجر به شناسایی فرکانس هاس طبیعی در ادوات در مقیاس نانو گردد. این ضربه با استفاده از نوک الماسه در میکروسکوپهای نیروی اتمی قابل اعمال است. همچنین با استفاده از همین نوع میکروسکوپ می توان جابجایی در ساختار نانو را نیز شناسایی و نمودار FRF را استخراج نمود.در پژوهش حاضر از شبیه سازی دینامیک مولکولی به منظور آزمون ایده فوق بهره گرفته شده است. بدین منظور نانولوله کربنی با کایرالیتی (۸,۸) و طول nm۱۰ به صورت خالی و پر شده از سیال با چگالی kg/m۳ ۹/۰ در دمای K ۳۰۰ تحت آزمون ضربه چکش قرار داده شده است. آزمون ضربه چکش برای چند کایرالیتی مختلف نانولوله کربنی نیز تکرار گردیده است. در انتها فرکانس های اصلی مستخرج از آزمون ضربه چکش با نتایج حاصل از رویکرد موج ترمومکانیکی که یک رویکرد رایج در استخراج فرکانس طبیعی سیستم های نانو با استفاده از روش دینامیک مولکولی است، مقایسه گردیده است. مشاهده شد که با افزایش چگالی سیال، فرکانس اصلی نانولوله در رویکر موج ترمومکانیکی در حال افزایش است و تست ضربه چکش نیز با تقریب خوبی می تواند فرکانس های اصلی سیستم را به درستی پیش بینی کند. در تمام چگالی ها نیز اختلاف بین فرکانس اصلی در تست ضربه چکش و موج ترمومکانیکی مقداری کمتر از ۵ درصد بدست می آید.