مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

محاسبه انرژی سطح وابسته به اندازه نانوصفحات فلزی با روش دینامیک مولکولی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
2 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان
3 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
پژوهش حاضر به بررسی انرژی سطح نانوصفحات فلزی به عنوان اساسی‌ترین مفهوم ترمودینامیکی نانوساختارها با استفاده از یکی از کارآمدترین ابزارهای محاسباتی موجود در حوزه علوم نانو یعنی شبیه‌سازی دینامیک مولکولی پرداخته است. هرگاه خواص فیزیکی و شیمیایی نانوساختارها مورد بحث قرار می‌گیرد، انرژی سطح یکی از پارامترهای کلیدی است. این پارامتر در مقیاس نانو از اهمیت زیادی برخوردار است، چراکه در این مقیاس نسبت سطح به حجم بسیار بزرگ بوده و در نتیجه خواص نانوساختارها به‌طور قابل توجهی متفاوت با مقیاس مهندسی است. در پژوهش حاضر، انرژی سطح نانوصفحات فلزی طلا و نقره با شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی بررسی شده و وابستگی آن به اندازه نشان داده شده است. بدین منظور انرژی سطح نانوصفحات فلزی با ضخامت‌های مختلف محاسبه گردید و نشان داده شد که برای نانوصفحات فلزی بسیار نازک با ضخامت‌های به اندازه کافی کوچک در محدوده چند نانومتر، انرژی سطح به ضخامت نانوصفحه وابسته بوده و با کاهش ضخامت نانوصفحه، انرژی سطح کاهش می‌یابد. با بررسی چگالی انرژی آزاد اضافی ناشی از اثرات سطح در لایه‌های مختلف در نانوصفحات بسیار نازک مشخص شد که این وابستگی به اندازه ناشی از کاهش این انرژی اضافی در لایه‌های سطحی و افزایش آن در لایه‌های درونی است که در کل باعث کاهش انرژی سطح نانوصفحه می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Calculation of size-dependent surface energy of metallic nanoplates using molecular dynamics simulations

نویسندگان English

Abdolazim Dehghani 1
Mostafa Jamshidian 2
Mohammad Saeid Talaei 1
Mohammad Silani 3
1 Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

The present study investigates the surface energy of metallic nanoplates as the most basic thermodynamic concept of nanostructures using one of the most efficient available computational tools in the field of nanoscience i.e. the molecular dynamics simulations. Whenever physicochemical properties of nanostructures are discussed, the surface energy is one of the key parameters. This parameter has the utmost importance at nanoscale since at this scale the surface to volume ratio is very large and thus there is a significant difference between nanoscale properties and the engineering scale properties. In this study, the surface energy of gold and silver metallic nanoplates using molecular dynamics simulations are investigated and shown to be dependent on size. The surface energy of metallic nanoplates with different thicknesses were calculated and it was shown that for very thin metallic nanoplates with sufficiently small thickness in the order of a few nanometers, the surface energy is dependent on the thickness of nanoplate and the surface energy decreases by reducing the thickness of the nanoplate. By analyzing the excess energy of different layers in very thin nanoplates, it was found that this size-dependent behavior is due to the reduction of excess surface free energy density in surface layers and its increase in the inner layers that overall reduces the surface energy of nanoplate.

کلیدواژه‌ها English

Surface energy
Excess Energy
Metallic Nanoplates
molecular dynamics