Nano-yayların yapısal parametrelere bağlı mekanik özellikleri: Moleküler dinamik simülasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında elmas kristal düzeninde karbon ve silisyum nanoyaylar, ve bunların kor@kabuk şeklindeki nanoyayları tasarlanmıştır. Bunların bazı mekanik özelliklerini incelemek için izobarik (NPT) istatistik küme topluluğunda moleküler dinamik (MD) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Atomlar arası etkileşimler Tersoff tipi potansiyel ile tanımlanmıştır. Elastik sınırları içerisinde potansiyel enerjinin küçük yerdeğiştirmeye karşı davranışından nanoyayların yay sabiti belirlenmiştir. Zor-zorlanma bağıntısından da yayların elastik modülleri hesaplanmıştır. Yay ve tel yarıçapları, yay aralığı ve dönme sayıları gibi geometrik parametrelerin mekaniksel özelliklere etkisi araştırılmıştır. Kabuk kalınlığı ve malzeme çeşidinin SiC bazlı kor@kabuk nanoyayların elastisite özelliklerine etkisi de incelenmiştir. Saf C ve Si, ve C@Si nanoyaylarının özellikleri ile karşılaştırıldığında, Si©C kor-kabuk nanoyayları elastik özellikleri iyileştirdiği MD simülasyon sonuçları göstermektedir. Kanonik (NVT) istatistik topluluğu MD simülasyon yöntemi ile Si nanoyayına ısıtma işlemi uygulanarak, toplam enerji, ısı kapasitesi ve çift dağılım fonksiyonunun davranışı tayin edilmiştir. Bu tez çalışmasında elde edilen simülasyon sonuçları orjinal olup, deneysel çalışmalara öncülük etme potansiyelindedir.

In this thesis, carbon and silicon nanosprings in diamond crystal structure and their core@shell nanosprings have been designed. Molecular dynamics (MD) simulations have been performed on isobaric (NPT) statistical ensemble to examine some of mechanical properties. Interatomic interactions are described by the Tersoff type potential. The spring constant of nanosprings is determined from the behavior of the potential energy as a function of small-displacement within the elastic limits. The elastic modulus of the springs are calculated from the stress-strain relationship. The effects of structural parameters, such as spring and wire radii, spring spacing and rotational numbers on mechanical properties are examined. The effects of shell thickness and material type on the elasticity properties of SiC based core@shell nanosprings are also investigated. Compared with the properties of pure C and Si, and C@Si nanosprings, our MD simulation results show that Si©C core-shell nanosprings improve elastic properties. The behaviors of the total energy, heat capacity and pair distribution function are identified by applying the heating process to the Si nanospring with the canonical (NVT) statistical ensemble MD simulation method. The simulation results obtained in this thesis study are original and have the potential to lead to experimental studies.