تحلیل رفتار شکست پلی کریستال نیترید کربن به روش های الگوریتم ژنتیک و دینامیک مولکولی

کمانش غیرخطی ناشی از مرزدانه ها در ساختارهای دو بعدی و عیوب هندسی به عنوان عوامل اثرگذار بر رفتار شکست این ساختارها معرفی می شوند. از آنجایی که رفتار مکانیکی نانوساختارهای پلی کریستال به خوبی شناخته نشده است، در این مقاله، بررسی رفتار مکانیکی نانوصفحات نیترید کربن به عنوان تابعی از دما و مرزدانه مورد مطالعه قرار گرفت. عملکرد مکانیکی پلی کریستال نیترید کربن در حضور و عدم حضور ترک لبه ای و در دماهای ۱۰۰ تا ۹۰۰ کلوین مورد آزمایش قرار گرفت. از شبیه سازی دینامیک مولکولی به عنوان یک روش مقرون به صرفه برای مدلسازی صفحات دو بعدی با انتخاب تابع پتانسیل مناسب و شرایط مرزی استفاده شد. نتایج نشان داد که خواص مکانیکی مونوکریستال نیتزید کربن با افزایش دما کاهش یافت و نتایج در راستای زیگزاگ بالاتر از آرمچیر گزارش شد. همین روند برای ساختار پلی کریستال نیز مشاهده شد که با افزایش دما، مدول یانگ، تنش و کرنش شکست کاهش یافت. همچنین، افزایش طول ترک از ۵ به ۲۵ آنگستروم نیز سبب کاهش خواص مکانیکی شد. از سویی دیگر، افزایش تعداد ناحیه برای پلی کریستال نیترید کربن موجب کاهش تنش شکست گردید. علاوه بر این، بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفت و نتایج نشان داد که مقدار بهینه ی مدول یانگ برای پلی کریستال نیترید کربن با ۵۳ ناحیه در دمای ۹۵/۵۸۶ کلوین و طول ترک ۵۲/۶ آنگستروم، معادل ۱۸/۳۳۸ گیگاپاسکال است. نتایج بدست آمده از این مطالعه را می توان به موارد پیچیده تر تعمیم داد تا درک عمیق تری از نسل های بعدی ساختارهای دو بعدی را پیش بینی نماید.

Keywords:

نیترید کربن , خواص مکانیکی , شبیه سازی , پلی کریستال , الگوریتم ژنتیک , دینامیک مولکولی