دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی

سوسا جوان نیکخواه (دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی شیمی)، دوم دیماه 1394 از رساله دکتری خود با عنوان «بررسی استحکام چسبندگی فصل مشترک پلیمر/ زیر لایه به روش شبیه سازی دینامیک مولکولی» دفاع می کند.

چکیده این رساله که راهنمایی آن را دکتر محمدرضا مقبلی و دکتر سید مجید هاشمیان زاده بر عهده دارند؛ به شرح زیر است. ضمنا این جلسه دفاعیه ساعت 13:30 در کلاس 146 دانشکده مهندسی شیمی برگزار می شود.

چکیده

با توجه به اهمیت استحکام فصل مشترک بین پلیمر و سطح نانو ذرات در ساخت مواد نانو مرکب، مطالعه چسبندگی فصل مشترک بین پلیمر و سطح نانو ذرات تقویت کننده در مقیاس مولکولی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این رساله با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی فصل مشترک بین پلی ­اتیلن (PE) به عنوان زمینه پلیمری و گرافن (G) به عنوان تقویت کننده، مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا به منظور تقویت چسبندگی فصل مشترک تأثیر اصلاح سطوح گرافن، پلی اتیلن و یا هر دو سطح با استفاده از گروه­ های عاملی و چگالی مختلف آنها بر کار چسبندگی ترمودینامیکی بین گرافن و پلی اتیلن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که چگالی اتمی سطوح و طبیعت برهم­کنش ها فصل مشترک دو عامل مهم در کنترل میزان چسبندگی در فصل مشترک هستند. براساس نتایج به دست آمده اصلاح سطح گرافن با گروه آمینو، حداکثر کار ترمودینامیک چسبندگی در فصل مشترک را فراهم می آورد. از طرف دیگر، به علت رفتار گرانرو-کشسان پلی اتیلن در هنگام شکست فصل مشترک بر اثر اعمال فرآیند کشش، علاوه بر برهم کنش در فصل مشترک انرژی اتلافی ناشی از تغییر شکل پلاستیک پلیمر نیز به مقداری زیادی بر میزان استحکام و چسبندگی فصل مشترک اثر می گذارد. به این منظور استحکام چسبندگی، کار لازم برای شکست واحد سطح فصل مشترک، و عوامل مؤثر بر آن، با انجام شبیه ­سازی کشش بر فصل مشترک تعیین گردید. در نمودارهای تنش-جا به­ جایی بدست آمده از شبیه­ سازی کشش فصل مشترک نواحی خطی کشسان، تسلیم، ناحیه پسا تسلیم و در نهایت شکست فصل مشترک مشاهده شد. به منظور بررسی تأثیر عامل­ دار کردن گرافن بر رفتار فصل مشترک PE/G در فرآیند جدایش، شبیه ­سازی کشش علاوه بر فصل مشترک پلی ­اتیلن و گرافن خالص، بر  فصل مشترک پلی ­اتیلن و گرافن اصلاح شده با گروه آمینو نیز انجام شد. نتایج نشان داد که استحکام چسبندگی با عامل ­دار کردن سطح گرافن بهبود می ­یابد. در پایان با انجام شبیه ­سازی کشش بر روی سامانه PE/G تحت سرعت­های جدایش و دمای مختلف، روابط ریاضی تابع اتلافی بر حسب سرعت کشش بدست آمد. نتایج نشان داد که تابع اتلافی با افزایش سرعت جدایش در دماهای پایین­ تر و یا در محدوده دمای انتقال شیشه ­ای به صورت تابع توانی و در دماهای بالاتر از دمای انتقال شیشه ای به شکل توابع نمایی افزایش می ­یابد. همچنین، افزایش دما در همه سرعت ­های جدایش به علت کاهش سفتی پلیمر، استحکام چسبندگی را کاهش می ­دهد. همچنین به منظور بررسی اثر هم زمان سرعت جدایش و دما برچسبندگی فصل مشترک پس از تعیین مقادیر عامل انتقال (Shift factor) در دماهای مختلف نمودار منحنی شاخص (Master curve) بدست آمد.

واژه‌های کلیدی:استحکام چسبندگی، فصل مشترک پلیمر/نانو ذره، شبیه­ سازی دینامیک مولکولی، تابع اتلافی