Sıkı bağ moleküler dinamik yöntemiyle karbon nanotüplerin bilgisayar simülasyonu
Tight binding molecular dynamics simulation of carbon nanotubes
Yazar: BANU SÜNGÜ
Danışman: PROF.DR. GÜLAY DERELİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Tezin ilk bölümünde O(N) (N mertebe) Sıkı Bağ Moleküler Dinamik (SBMD) simülasyonyöntemi kullanılarak (10,10) Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin (TDKNT) sıcaklığa göre yapısalkararlılıklarının, fiziksel özelliklerinin ve enerjilerinin değişimi; yüksek sıcaklıklardaki yapısalbozulmaları incelendi. Sıcaklık arttıkça yapının ekseni boyunca şeklinin bozulduğu, ancakyüksek sıcaklıklara kadar kararlılığını koruduğu görüldü. Sıcaklık arttıkça KNT lerde atombaşına toplam enerji doğrusal olarak artmakta ve tüp yarıçap yönünde genleşmektedir. 2000K inüzerindeki sıcaklıklarda ise karbon atomları tüpten kopmaya ve KNT nin altıgen yapısıdağılmaya başladı. Isıtma yönteminin ve elektronik sıcaklığın sonuçlara etkileri araştırıldı.Tezin ikinci bölümünde sıcaklığın, eş-eksenel gerinim altındaki KNT nin dayanıklılığına vemekanik özelliklerine etkisi araştırıldı. Sıcaklık artışının KNT yi germeye karşı daha duyarlı halegetirdiği ve atom kopmalarının daha düşük gerinim oranlarında gerçekleştiği belirlendi. Ancaksıkıştırmaya karşı KNT nin yüksek dayanıklılığa sahip olmadığı ve sıcaklık artışının sıkıştırmaaltındaki gerinim oranını değiştirmediği görüldü. KNT nin gerilim-gerinim eğrileri elde edildi.Bu eğrilerden KNT nin elastik limit, Young modülü ve eksenel dayanıklılık değerleri bulundu.Ayrıca Poisson oranı da hesaplanarak sıcaklığın parametrelere etkisi incelendi.Anahtar Kelimeler: Karbon nanotüp, N mertebe sıkı-bağ, moleküler dinamik simülasyonu,sıcaklık, kararlılık, dayanıklılık, gerinim, gerilim, mekanik özellikler.JÜRİ:1. Prof. Dr. Gülay DERELİ (Danışman) Kabul Tarihi: 29.06.20062. Prof. Dr. Hasan TATLIPINAR Sayfa Sayısı: 1263. Prof. Dr. Fatma TEPEHAN4. Doç. Dr. Hikmet YÜKSELİCİ5. Prof. Dr. Mine YURTSEVER

Abstract:
In the first part of the thesis, the variation of the structural stability, physical characteristics andthe energetics of the (10,10) Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNT?s) with respect totemperature and the structural deformations at high temperatures have been investigated by usingO(N) Tight Binding Molecular Dynamics (TBMD) simulation method. As the temperatureincreases some deformations have been observed along the axis of the tube, while the structure isobserved to sustain its stability up to high temperatures. As the temperature increases the totalenergy per atom increases linearly and the tube expands radially. Above simulation temperaturesof around 2000K, carbon atoms are observed to start to detach from the tube and therefore thehexagonal structure started to disintegrate. The effects of the heating method and the electronictemperature on the results have been examined.In the second part of the thesis, the effect of temperature on the tensile strength and themechanical properties of CNT?s are investigated under uniaxial strain. It is observed that CNT?sbecome more sensitive to tension due to an increase in temperature and the disintegration ofatoms from their places is possible at lower strain values with the increasing temperature.However, it is shown that CNT?s do not have high strength under compression and the increaseof temperature does not affect this strain value. The stress-strain curves of CNT?s weredetermined. The elastic limit, Young?s modulus and tensile strength of the tube were calculatedfrom these curves. Poisson ratio was also calculated and the effect of temperature on theseparameters has been examined.Keywords: Carbon nanotube, O(N) tight binding, molecular dynamics simulation, temperature,stability, strength, strain, stress, mechanical properties.JURY:1. Prof. Dr. Gülay DERELİ (Supervisor) Date: 29.06.20062. Prof. Dr. Hasan TATLIPINAR Page: 1263. Prof. Dr. Fatma TEPEHAN4. Assoc. Prof. Dr. Hikmet YÜKSELİCİ5. Prof. Dr. Mine YURTSEVER