پیش‌بینی خواص نانوکامپوزیت‌های پلیمر/ خاک رس

 پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف، توانستند روش محاسباتی مناسبی را برای پیش‌بینی
خواص مکانیکی و ساخت نانوکامپوزیت‌های پلیمر/ خاک رس ارایه دهند.

نتایج محاسبات این مهندس ایرانی نشان داده‌است که مدل‌های تحلیلی و
میکرومکانیکی نسبت به مدل‌های قبلی دارای انعطاف‌پذیری بیشتر و دقت بالاتری
هستند. همچنین مدل میکرومکانیکی به دلیل قابلیت در نظر گرفتن Aspect ratio
بزرگتر و مدول فاز گالری متفاوت از زمینه پلیمری، نسبت به مدل تحلیلی برتری
دارد. در مدل تجربی نیز، از چندین سیستم نانوکامپوزیتی شامل پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن،
اپوکسی و نایلون ۶ با وزن مولکولی زیاد و متوسط استفاده شده که مقایسه نتایج دو
مدل ارایه شده با داده‌های تجربی، بیانگر دقت بالاتر مدل میکرومکانیکی نسبت به
مدل تحلیلی است.

علیرضا زهتاب یزدی، محقق این پژوهش، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه
فناوری نانو گفت: «بر اساس مقایسه‌های انجام گرفته بین روش‌های مختلف مدل‌سازی
ارایه شده در ساخت نانوکامپوزیت پلیمر/ خاک رس، در این پژوهش با اصلاح مدل
میکرومکانیکی Mori-Tanaka، مدول الاستیک این نانوکامپوزیت‌ها پیش‌بینی شده‌است.
از طرف دیگر، تحقیقات بسیاری در زمینه استفاده از این روش برای پیش‌بینی مدول
الاستیک این نانوکامپوزیت‌ها به صورت تابعی از پارامترهای ساختاری انجام گرفته‌است.
ولی بررسی جزئیات هر یک از تحقیقات انجام شده نشان داده‌اند که هنوز جنبه‌های
ریزساختاری مهمی به طور دقیق مطالعه نشده‌است. بنابراین ما در این پژوهش سعی
کرده‌ایم که مدلی را ارایه دهیم که تا حد امکان بتواند کلیه پارامترهای ساختاری
موثر بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلیمر/ خاک حاوی ساختارهای کاملا بین
لایه‌ای، ترکیبی از ورقه ورقه شده و بین لایه‌ای و کاملا ورقه‌ورقه شده را در
نظر بگیرد».

دانشجوی دکتری دانشگاه صنعتی شریف، برای انجام این کار پژوهشی، ابتدا به مدل‌سازی
تحلیلی و میکرومکانیکی نانوکامپوزیت با ساختار کاملا بین لایه‌ای ولی
غیریکنواخت و همچنین مدل‌سازی میکرومکانیکی نانوکامپوزیت با ساختار ترکیبی بین
لایه‌ای و ورقه ورقه شده پرداخته است. سپس اثر ویژگی‌های فاز گالری بین ورقه‌های
خاک رس بر مدول الاستیک در دو ساختار ورقه ورقه شده/ بین لایه‌ای و کاملا بین
لایه‌ای غیریکنواخت را بررسی کرده و در نهایت توانسته‌است؛ رویکردی جدید در
تعریف نسبت ساختار ورقه ورقه شده به بین لایه‌ای و حل مدل میکرومکانیکی ارایه
دهد.

در ادامه نیز به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف ساختاری بر مدول الاستیک
نانوکامپوزیت حاوی ساختار کاملا بین لایه‌ای غیریکنواخت و ساختار ورقه ورقه شده/
بین لایه ای به طور مجزا و مقایسه آنها با نتایج تجربی پرداخته‌است.

این نانوکامپوزیت‌ها می‌توانند با خواص منحصربه‌فرد خود همچون مدول و استحکام
بالا، پایداری ابعادی مناسب، مقاومت در برابر آتش و خواص نفوذپذیری خوب در
صنایع هوافضا بسیار موثر باشند.

جزئیات این پژوهش که به راهنمایی دکتر رضا باقری انجام شده، در مجله Journal of
COMPOSITE MATERIALS (جلد ۴۳، صفحات ۲۹۴۱- ۲۹۲۱، سال ۲۰۰۹) منتشر شده‌است.