Frictional properties of quasi-two-dimensional materials from the Prandtl-Tomlinson model
Prandtl-Tomlinson modelini kullanarak iki boyutumsu sistemlerin sürtünme özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 444572
- Danışmanlar: Prof. Dr. OĞUZ GÜLSEREN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Triboloji, sürtünme kuvvetinin araştırması, hem teorik olarak önemli bir araştırma alanı hem de günlük hayatta en çok karşımıza çıkan pratik bir fiziksel problemdir. Atomik kuvvet mikroskopu gibi teknolojik yeni araçların bulunuşları ile birlikte, nano boyutlardaki sürtünmenin keşfedilmesi nanotriboloji alanının niteliksel olarak meydana çıkmasına öncülük etmiştir. Mikroskopik ölçekte temel sürtünme özellikleri, yoğunluk fonsiyoneli teorisi(YFT) ve moleküler dinamik benzetimleri gibi kapsamlı hesaplar ile tarif edilmektedir. Literatürde bunların yanı sıra, genel özellikleri doğru bir şekilde modelleyen Prandtl-Tomlinson(PT) modeli gibi indirgenmiş hiyerarşik modeller de bulunmaktadır. Bu tezde bir ve iki boyutlu kristal ağ örgülerinde (kübik, üçgen yüzeyler gibi) PT modelin kapsayıcılığını gösterdik ve Langevin denklemini PT model çerçevesinde yeniden çözerek literatürdeki önemli sonuçları yeniledik. Ayrıca, bu sistemlerle ilgili modellerin literatürde tanımlanan parametrelere bağlı değişimi çalışılarak detaylı olarak tartışıldı. Son yıllarda üzerinde oldukça yoğun olarak çalışılan Silisen yapısı, bazı Silisyum atomlarının burulmasından dolayı düzlemsel değilde yaklaşık iki boyutludur. Daha sonra, PT modelin üç boyutlu genelleştirmesi konusu özgün olarak yapıldı. Düzlemsel yüzey geometrisinin dışında üçüncü boyutta tanımlanan yeni birim hücre atomlarının sisteme eklenmesi aracılığıyla Silisen gibi iki boyutumsu yapıların sürtünme özellikleri PT modeli ile incelendi. Her bir durumda, Prandtl-Tomlinson modelinin zamana bağlı hareket denklemleri sayısal olarak çözüldü ve sonuçta elde edilen sürtünme kuvvetlerinin eğrileri, iğnenin katettiği yol ve ağ örgüsüne göre karşılaştırmalı olarak incelendi. Sonuçlar temel alınan teoriyle uyum göstermekte ve gözlemlenebilir sonuçlar vermektedir. Bizimgenelleştirdiğimiz üç boyutlu PT modelinin sürtünme dinamiği için olayın fiziğini kapsayıcı ve uygun bir model olduğu sonucuna vardık. MD ve YFT gibi hesaplamalara göre hesaplama bedeli olarak çok fazla avantajlıdır. Bunun yanı sıra elde edilen denklemler basit ve kapsayıcıdır.
Özet (Çeviri)
Tribology, the study of friction, is both an old theoretical problem in physics and an area of great practical importance. The invention of experimental instru- ments such as Atomic Force Microscope (AFM) has lead to the emergence of the eld of nanotribology, the exploration of friction phenomenon at the nanoscale. While more complete descriptions of friction make use of density functional the- ory (DFT) and molecular dynamics (MD) simulations, many essential features of frictional phenomena are accurately modeled by so called“reduced order models”such as the Prandtl-Tomlinson (PT) Model. We illustrate the PT model in both one-dimensional and two-dimensional forms via application to various crystal lattice surfaces (cubic, planar hexagonal) and reproduce important results from the literature by solving the resulting Langevin equation within the PT model. We also discuss the parameter dependence in this model via relevant simulations. We then generalize the PT model to a three-dimensional case and analyse quasi-two-dimensional systems. These systems thus exhibit a small amount of“buckling”- i.e. with out-of-plane basis atoms. The equations of motion of the Prandtl-Tomlinson model are solved numerically and the resulting friction force curves, tip path and lattice are analysed comparatively. The results agree with underlying theory and make testable predictions. We conclude that our gen- eralized, three-dimensional PT model is a good approximation to the frictional dynamics at this scale for these systems and has the advantage of being compu- tationally less intensive than full scale MD or DFT calculations.
Benzer Tezler
- Dinamik çarpma problemlerinde malzeme seçiminin önemi
İmportance of the material selection in impact problems
REYHAN UYAN ÖZSOYSAL
- Talaş kaldırma işleminin sonlu elemanlar yöntemi yardımıyla analizi
Başlık çevirisi yok
VAHİT KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUZAFFER ERTEN
- Tabakalar arası çiftlenme ve kuantum faz dalgalanmalarının josephson-bağlı tabakalı süper iletkenlerin fiziksel özelliklerine etkisi
Başlık çevirisi yok
METİN HÜNER
Doktora
Türkçe
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENVER NAKHMEDOV
- Nanoscience for sustainable energy production
Sürdürülebilir enerji üretimi için nanobilim
CAN ATACA
Doktora
İngilizce
2011
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. SALİM ÇIRACI
- Viskoelastik çubukların kuazi-statik ve dinamik analizi
Quasi-static and dynamic analysis of viscoelastic beams
FETHİ KADIOĞLU