Modeling of Carbon Nanotubes, Graphene and their Composites

بخش بزرگی از تحقیقاتی که در حال حاضر در زمینه‌های علم مواد و مکانیک مهندسی انجام می‌شود، به نانولوله‌های کربنی و کاربردهای آن‌ها اختصاص دارد. در این فرآیند، مدل‌سازی به دلیل مشکلاتی که در ساخت و آزمایش نانومواد وجود دارد، یک ابزار تحقیقاتی بسیار جذاب است. مدل‌سازی پیوسته مزایای قابل توجهی نسبت به مدل‌سازی اتمی دارد. علاوه بر این، فقدان دقت در روش‌های پیوسته را می‌توان با ترکیب داده‌های ورودی از آزمایش‌ها یا روش‌های اتمی سبقت گرفت. این کتاب پیشرفت‌های اخیر در مدل‌سازی پیوسته نانولوله‌های کربنی و کامپوزیت‌های آنها را بررسی می‌کند. مزایا و معایب روش های پیوسته نسبت به روش های اتمی به طور جامع مورد بحث قرار گرفته است. مدل‌های عددی، عمدتاً مبتنی بر روش اجزای محدود، و همچنین مدل‌های تحلیلی به روش مقایسه‌ای ارائه شده‌اند که از شبیه‌سازی نانولوله‌های بکر و معیوب جدا شده و تا کامپوزیت‌های مبتنی بر نانولوله شروع می‌شود. توانایی روش‌های پیوسته برای پل زدن مقیاس‌های مختلف مورد تاکید قرار می‌گیرد. توصیه‌هایی برای تحقیقات آتی با تمرکز بر آنچه روش‌های پیوسته باید از مقیاس نانو بیاموزند، ارائه می‌شوند. هدف این کتاب ارائه دانش فعلی با هدف حمایت از محققانی است که وارد حوزه علمی نانولوله‌های کربنی می‌شوند تا ابزار مدل‌سازی مناسب را برای انجام مطالعه خود انتخاب کنند و تلاش خود را برای بهبود بیشتر روش‌های پیوسته انجام دهند.

A large part of the research currently being conducted in the fields of materials science and engineering mechanics is devoted to carbon nanotubes and their applications. In this process, modeling is a very attractive investigation tool due to the difficulties in manufacturing and testing of nanomaterials. Continuum modeling offers significant advantages over atomistic modeling. Furthermore, the lack of accuracy in continuum methods can be overtaken by incorporating input data either from experiments or atomistic methods. This book reviews the recent progress in continuum modeling of carbon nanotubes and their composites. The advantages and disadvantages of continuum methods over atomistic methods are comprehensively discussed. Numerical models, mainly based on the finite element method, as well as analytical models are presented in a comparative way starting from the simulation of isolated pristine and defected nanotubes and proceeding to nanotube-based composites. The ability of continuum methods to bridge different scales is emphasized. Recommendations for future research are given by focusing on what still continuum methods have to learn from the nano-scale. The scope of the book is to provide current knowledge aiming to support researchers entering the scientific area of carbon nanotubes to choose the appropriate modeling tool for accomplishing their study and place their efforts to further improve continuum methods.