محققان دانشگاه آزاد مشهد در یک مطالعه‌ی تئوری اقدام به بررسی پارامترهای مختلف و بررسی نشده بر خواص مکانیکی صفحات گرافنی تحت بار نمودند. نتایج این تحقیقات کمک شایانی به پیش بینی رفتار سازههای گرافنی و ساخت قطعات با کیفیت‌تر خواهد نمود.
مشهد: مطالعه‌ی اثر پارامترهای تأثیرگذار در ساختار صفحات گرافنی
استفاده از گرافن در طیف گسترده‌ای از صنایع نظیر ساخت نانوحسگرها، باتری‌های الکتریکی و ابزارهای پزشکی، ناشی از خواص بی‌نظیر آن است. تولید انبوه گرافن مرغوب و استفاده از آن نیازمند ابزار دقیق و فناوری‌های پیشرفته است. طبیعتاً با توجه به هزینه و محدودیت‌های موجود، دقت در محاسبات و پیش‌بینی رفتار سازههای گرافنی از اهمیت بالایی برخوردار است.
توسعه‌ی روابط و فرمول‌ها و مطالعه‌ی تأثیر پارامترهای متعدد از جمله پارامتر مقیاس کوچک به منظور بررسی جامع و دقیق‌تر پایداری نانوصفحات گرافن از جمله اهداف این پژوهش بوده است.
جواد رضاطلب، کارشناس ارشد مکانیک از دانشگاه آزاد مشهد، در مورد شرایط در نظر گرفته شده در این مطالعات بیان کرد: «در این پژوهش نانوصفحه‌ی مستطیلی گرافن که بر روی زمینه‌ی پلیمری (پسترناک) قرار گرفته، در حالی مورد بررسی قرار گرفته است که چهار لبه‌ی آن (بارگذاری دومحوری) در معرض بارهای مکانیکی غیر یکنواخت و درون صفحه‌ای (در راستای صفحه) قرار گرفته‌اند.»
به گفته‌ی وی در این گزارش اثر توزیع و مقدار بار بر مدهای کمانشی، نحوه‌ی رفتار پارامتر غیرموضعی و چگونگی تقریب آن، تأثیر خواص زمینه‌ی الاستیک بر مدهای مختلف و سایر موارد به صورت دقیق و با جزییات کامل بررسی شده است.
لازم به ذکر است که در تحلیل‌های انجام شده از ادغام تئوری غیرموضعی ارینگن با مدل دقیق‌تر میندلین صفحات (در مقایسه با مدل کیرشهف به کار رفته در بسیاری از مقالات) استفاده شده است. همچنین خواص وابسته به راستا (ارتوتروپیک) که شرایط واقعی‌تری از خواص گرافن‌ها را در مقایسه با خواص ایزوتروپیک توصیف می‌کند، در نظر گرفته شده است. حل معادلات نیز با روش عددی مربعات دیفرانسیل صورت گرفته است.
رضاطلب در ادامه افزود: «این نتایج توانسته تقریب خوبی از رفتار بعضی پارامترهای مهم مانند پارامتر مقیاس کوچک فراهم کند. بدین ترتیب ضمن گسترش علم، امکان دستیابی به مقاصد مورد نظر، فقط با چند محاسبه‌ی ساده میسر خواهد شد. این موضوع می‌تواند در کنترل سیستم‌های هوشمند و پیش‌بینی رفتار سازههای گرافنی سودمند باشد.»
لذا روابط ارائه شده در تمامی مواردی که صفحه‌ی گرافن در معرض بارهای محوری قرار گیرد، قابل استفاده است. به طور نمونه می‌توان به پیش‌بینی رفتار گرافن در حسگرهای دقیق و پیشرفته، ابرخازن‌ها، تقویت کامپوزیت‌ها، میکروسکوپ‌های نیروی اتمی، باطری‌ها و غیره اشاره کرد.
این کار تحقیقاتی حاصل همکاری جواد رضاطلب و دکتر محمد اسماعیل گلمکانی- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد مشهد- است که نتایج آن در مجله‌ی Composite Structures (جلد ۱۱۹، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۳۸ تا ۲۵۰) به چاپ رسیده است.
توسعه‌ی روابط و فرمول‌ها و مطالعه‌ی تأثیر پارامترهای متعدد از جمله پارامتر مقیاس کوچک به منظور بررسی جامع و دقیق‌تر پایداری نانوصفحات گرافن از جمله اهداف این پژوهش بوده است.
جواد رضاطلب، کارشناس ارشد مکانیک از دانشگاه آزاد مشهد، در مورد شرایط در نظر گرفته شده در این مطالعات بیان کرد: «در این پژوهش نانوصفحه‌ی مستطیلی گرافن که بر روی زمینه‌ی پلیمری (پسترناک) قرار گرفته، در حالی مورد بررسی قرار گرفته است که چهار لبه‌ی آن (بارگذاری دومحوری) در معرض بارهای مکانیکی غیر یکنواخت و درون صفحه‌ای (در راستای صفحه) قرار گرفته‌اند.»
به گفته‌ی وی در این گزارش اثر توزیع و مقدار بار بر مدهای کمانشی، نحوه‌ی رفتار پارامتر غیرموضعی و چگونگی تقریب آن، تأثیر خواص زمینه‌ی الاستیک بر مدهای مختلف و سایر موارد به صورت دقیق و با جزییات کامل بررسی شده است.
لازم به ذکر است که در تحلیل‌های انجام شده از ادغام تئوری غیرموضعی ارینگن با مدل دقیق‌تر میندلین صفحات (در مقایسه با مدل کیرشهف به کار رفته در بسیاری از مقالات) استفاده شده است. همچنین خواص وابسته به راستا (ارتوتروپیک) که شرایط واقعی‌تری از خواص گرافن‌ها را در مقایسه با خواص ایزوتروپیک توصیف می‌کند، در نظر گرفته شده است. حل معادلات نیز با روش عددی مربعات دیفرانسیل صورت گرفته است.
رضاطلب در ادامه افزود: «این نتایج توانسته تقریب خوبی از رفتار بعضی پارامترهای مهم مانند پارامتر مقیاس کوچک فراهم کند. بدین ترتیب ضمن گسترش علم، امکان دستیابی به مقاصد مورد نظر، فقط با چند محاسبه‌ی ساده میسر خواهد شد. این موضوع می‌تواند در کنترل سیستم‌های هوشمند و پیش‌بینی رفتار سازههای گرافنی سودمند باشد.»
لذا روابط ارائه شده در تمامی مواردی که صفحه‌ی گرافن در معرض بارهای محوری قرار گیرد، قابل استفاده است. به طور نمونه می‌توان به پیش‌بینی رفتار گرافن در حسگرهای دقیق و پیشرفته، ابرخازن‌ها، تقویت کامپوزیت‌ها، میکروسکوپ‌های نیروی اتمی، باطری‌ها و غیره اشاره کرد.
این کار تحقیقاتی حاصل همکاری جواد رضاطلب و دکتر محمد اسماعیل گلمکانی- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد مشهد- است که نتایج آن در مجله‌ی Composite Structures (جلد ۱۱۹، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۳۸ تا ۲۵۰) به چاپ رسیده است.
