تحلیل رفتار ‌مکانیکی نانوساختارهای غیرهمگن توسط محققان ایرانی

به گزارش ICTPRESS، نتایج این تحقیقات در طراحی و ساخت سازه‌های نانوساختار در صنایع مختلف از جمله الکترومکانیک، ارتباطات و یا ساخت حسگرها قابل استفاده خواهد بود.
مواد مدرج هدفمند، دسته‌ای از مواد غیرهمگن هستنند که از ترکیب دو یا چند ماده با درصد حجمی معینی ساخته می‌شوند. این دسته از مواد دارای خواص فیزیکی یا مکانیکی متغیری هستند و در صورت ایجاد تغییرات، خواص دلخواهی از خود نشان می‌دهند. از جمله ویژگی این مواد، عدم وجود مرزهای داخلی مشخص در ماده است که مانع از ایجاد تمرکز تنش و واماندگی در فصل مشترک اجزای سازه‌ای می‌شود.
دکتر فرزاد ابراهیمی در اشاره به هدف این تحقیق بیان کرد:"امروزه با گسترش استفاده از سازه‌ها در مقیاس کوچک و نیاز به بهینه کردن عملکرد آن‌ها، محققین به سمت استفاده از مواد مدرج هدفمند در سازه‌هایی با ابعاد میکرو و نانو ترغیب شدند. هدف اصلی این تحقیق نیز، تحلیل استاتیکی، ارتعاشاتی و بررسی تأثیر دما روی نانوتیرهای ساخته شده از مواد مدرج هدفمند، با هر نوع توزیع دلخواه مواد بوده است."
مواد مدرج هدفمند و نانو تیرهای ساخته شده از این دسته از مواد به طور گسترده‌ در ساخت نانوساختارهایی از قبیل فیلم‌های نازک، سیستم‌های نانو الکترومکانیکی، میکروسوئیچ‌ها، میکرو پیزوعملگرها و میکروسکوپ‌های نیروی اتمی به کار برده می‌شوند.
همانگونه که اشاره شد، در این پژوهش تأثیر تغییرات دما، ضخامت نانوتیر و پارامتر غیرموضعی (مقیاس نانو) روی رفتار ارتعاشی و کمانشی نانوسازه‌ ساخته شده از ماده‌ هدفمند بررسی شده است. برای این منظور از تئوری الاستیسیته‌ غیرموضعی استفاده شده است.
ابراهیمی در توضیح اهمیت بررسی صورت گرفته عنوان کرد: "با کوچک شدن ابعاد سیستم‌ها و قابل مقایسه شدن این ابعاد با فواصل بین ذرات، نیروهای بین اتمی و بین مولکولی مطرح می‌شوند که تئوری‌های موجود بر پایه‌ مکانیک کلاسیک قادر به پیش بینی رفتار این سیستم‌ها نیست. این در حالی است که تئوری‌های غیرموضعی، همانند تئوری غیرموضعی ارینگن، بسیاری از پدیده‌های مشاهده شده در ابعاد بسیار ریز را پیش بینی می کنند. نتایج حاصل از این تئوری‌ها تطابق خوبی با بسیاری از نتایج آزمایشگاهی دارد."
طبق نتایج حاصل شده، عوامل بررسی شده تأثیر بسزایی روی فرکانس‌های ناشی از رفتار ارتعاشی این نانوتیرها دارند به طوری که با افزایش دما، فرکانس‌های منتج کاهش می‌یابد که این پدیده ناشی از کاهش سختی نانوتیر است. همچنین افزایش عامل مهم دیگر که همان پارامتر غیر موضعی است، سبب کاهش فرکانس حاصله از ارتعاشات این نوع از نانو‌سازه‌ها میشود. در نهایت با افزایش ضخامت نانوتیر، فرکانس‌های طبیعی برخلاف دو پارامتر بحث شده، افزایش می‌یابند.
این تحقیقات با همکاری دکتر فرزاد ابراهیمی(عضو هیأت علمی دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)) و عرفان سالاری صورت گرفته که نتایج آن در مجله‌ Composite Structures (جلد 128، شماره 1، سال 2015، صفحات 363 تا 380) منتشر شده است.