Rastgele Dağılmış Karbon Nanotüp Ağ Yapılarında Mekanik Özelliklerinin Moleküler Dinamik Yöntemi İle İncelenmesi

Abstract

Bu tezde, rastgele dağılmış karbon ağ yapılarının mekanik özellikleri moleküler dinamik simülasyonları yardımıyla detaylıca incelenmiştir. Öncelikle, karbon nanotüpler oluşturulan bir algoritma ile iki-boyutlu veya üç-boyutlu tasarım uzay rastgele olarak dağıtılmıştır. Bu dağılım yapılırken rastgelelik vardır fakat bu işlem sistematik bir şekilde ilerlemektedir. Ayrıca, algoritma nanotüplerin uzunluklarını, çaplarını, kesişen nanotüp sayısını, nanotüplerin birbirlerine göre uzaklıklarını ve açılarını kontrol etmektedir. Çalışmanın ikinci bölümünde, birbirleri ile kesişen nanotüplere ısı kaynağı yöntemi uygulanarak düzgün bağlama bölgeleri oluşturulmuştur. Bu bölgelerin sıcaklıkları kademe kademe artırılarak daha dengeli bir sistem elde edilmeye çalışılmıştır. Son bölümde ise, moleküler dinamik simülasyonları yardımı ile sisteme çekme testi uygulanmış ve malzemenin Young s modülü, akma dayanımı, kopma dayanımı, Poisson oranı ve yoğunluğu gibi özellikleri bulunmuştur. Ayrıca simülasyon parametrelerinin etkisi incelenmiş ve tartışılmıştır. Son olarak karbon nanotüp yoğunluğunun mekanik özellikleri ne denli değiştireceğini gözlemlemek için iki ayrı ağ yapısı incelenmiştir.

In this thesis,mechanical properties of random carbon nanotube networks are investigated by using molecular dynamics simulations. First, a self-controlled algorithm is described to generate two-dimensional and three-dimensional networks consisting of numerous random intersected carbon nanotubes, which are distributed systematically in design space. The algorithm manipulates length and chirality of nanotubes, junction density and angular position of cross-linked carbon nanotubes in to obtain the best network. Afterwards, a molecular dynamics simulation is employed in order to create true junctions by heat welding method. Heating the system to a definite temperature enables the formation of covalent bonds between intersected CNTs. Finally, a tensile test simulation is also carried out to investigate mechanical properties such as the Young s modulus, ultimate tensile strength, yield strength, Poisson?s ratio or density of current network. Results are obtained and discussed. Optimum solutions are sought for the best mechanical properties by altering the simulation parameters including temperature interval, welding temperature, simulation time, timestep, displacement increment etc. Eventually, various simulations are conducted and results are compared. Moreover, two network structures having different tube density are analyzed and their mechanical properties are compared.