واژه‌هاي كليدي: میکرولوله ی حاوی جریان، گرادیان کرنش، تنش کوپل، ارتعاشات غیرخطی، رفتار پس از کمانش، مواد هدفمند، اثرات اندازه فهرست مطالب چکيدهزفصل11مقدمهای بر نانوتکنولوژی و مروری بر پژوهشهای گذشته11-1. مقدمه21-2. تاریخچهی نانوتکنولوژی21-1. اهمیت نانوتکنولوژی31-2. کاربردهای نانوتکنولوژی41-2-1. صنایع هوانوردی و اتوماسیون:51-2-2. الكترونیك وارتباطات :51-2-3. مواد شیمیایی و مواد:51-2-4. درمان، بهداشت و علوم زیستی:51-2-5. ساخت وتولید :51-2-6. فناوریهای انرژی:61-2-7. كاوش درفضا :61-2-8. محیط زیست :61-2-9. امنیت ملی :61-1. روش ساخت میکرولولهها61-2. پیشینهی تحقیق8فصل212تحلیل ارتعاشات آزاد غیرخطی و رفتار پس از کمانش میکرولولههای حاوی جریان122-1. مقدمه132-2. تئوری تنش کوپل132-3. تئوری گرادیان کرنش142-4. روابط سینماتیک162-5. استخراج معادلات حاکم به روش انرژی192-6. روش حل تحلیل هموتوپی272-7. اعمال روش تحلیل هموتوپی282-8. روش حل ماکزیمم - مینیمم322-9. تحلیل رفتار پس از کمانش34فصل340اعتبارسازی و نتایج403-1. مقدمه413-2. اعتبار سنجی413-3. ارتعاش غیرخطی میکرولولههای حاوی جریان433-4. رفتار پس از کمانش میکرولولههای حاوی جریان524-1. مقدمه574-2. ارتعاشات آزاد میکرولولهی هدفمند حاوی جریان584-3. رفتار پس از کمانش میکرولولههای هدفمند654-4. نتایج664-4-1. ارتعاشات غیرخطی میکرولولههای هدفمند حاوی جریان674-4-2. رفتار پس از کمانش میکرولولههای هدفمند71فصل573نتیجهگیری و پیشنهادات735-1. نتیجهگیری745-2. پیشنهادات75مراجع76مراجع:77Abstract82 فهرست شکل‌ها شکل1-1. مراحل ساخت میکرولولهها7شکل1-2. رسوب فلز در روش الکترو-شیمیایی8شکل2-1. شماتیکی از میکرولوله حاوی جریان بر روی دو تکیهگاه ساده16شکل3-1. فرکانس طبیعی خطی میکرولولهی حاوی جریان بر حسب سرعت جریان42شکل3-2.فرکانس طبیعی بیبعد شده میکرولولهی حاوی جریان بر حسب سرعت بیبعد جریان سیال بر اساس تئوریهای گرادیان کرنش، تنش کوپل و مکانیک کلاسیک در حالت برای الف: ب: ج: و د: 46شکل3-3. نمودار تغییرات سرعت بحرانی بر حسب تغییرات قطر خارجی میکرولوله بر اساس تئوریهای غیرخطی گرادیان کرنش، تنش کوپل و مکانیک کلاسیک47شکل3-4. نسبت فرکانس غیرخطی به فرکانس خطی بر حسب ماکزیمم دامنهی ارتعاشی میکرولولهی حاوی جریان برای و 48شکل3-5. فرکانس طبیعی بیبعد میکرولوله حاوی جریان بر حسب سرعت بیبعد جریان سیال در اختلاف دماهای مختلف برای و .49شکل3-6. نمودار تغییرات سرعت بحرانی بر حسب تغییرات قطر خارجی میکرولوله با در نظر گرفتن اثر اختلاف دما برای 50شکل3-7. تاثیر اختلاف دما بر نسبت فرکانس غیرخطی به فرکانس خطی بر حسب ماکزیمم دامنهی ارتعاشی میکرولولهی حاوی جریان برای .50شکل3-8. رفتار ارتعاشی میکرولولهی حاوی جریان در دو حالت غیرخطی و خطی برای و الف: ، ب: 52شکل3-9. دامنهی پس از کمانش بی بعد شده بر حسب سرعت بیبعد جریان سیال بر اساس تئوریهای گرادیان کرنش، تنش کوپل و کلاسیک در حالت برای الف: ب: ج: و د: 54شکل3-10.تأثیر دما بر دامنهی پس از کمانش بیبعد بر حسب سرعت بیبعد جریان سیال بر اساس تئوری گرادیان کرنش در حالت و .55شکل4-1. شماتیکی از میکرولولهی هدفمند حامل جریان59شکل4-2. فرکانس طببیعی غیرخطی میکرولوله بر حسب سرعت جریان سیال برای مقادیر مختلف اندیس قانون توانی در حالت و با قطرهای خارجی الف: ب: و ج: 68شکل4-3. تأثیر اندیس قانون توانی بر سرعت بحرانی میکرولولهی هدفمند حاوی جریان در قطرهای مختلف میکرولوله69شکل4-4. فرکانس طبیعی میکرولولهی هدفمند تابعی از سرعت جریان بر اساس تئوریهای مختلف با ، و با قطرهای خارجی الف: ب: 70شکل4-5. دامنهی پس از کمانش میکرولوله بر حسب سرعت جریان سیال برای مقادیر مختلف اندیس قانون توانی و با قطرهای خارجی الف: ب: و ج: 72 فهرست جدول‌ها جدول1-1. تاریخ رویدادهای مهم نانوفناوری3جدول3-1. مقایسهی دو روش تحلیل هموتوپی و ماکزیمم - مینیمم برای حل معادلات غیرخطی میکرولولههای حاوی جریان43 فصل1مقدمهای بر نانوتکنولوژی و مروری بر پژوهشهای گذشته1-1. مقدمهعلم و فناوری نانو ( نانوعلم و نانوتکنولوژی) توانایی بهدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیدههای این بعد در مواد، ابزارها و سیستمهای نوین است. در واقع نانوتکنولوژی فناوری تغییر در خواص ملکولهای تشکیل دهندهی مواد است و به همین دلیل تغییر در مقیاس نانو بهترین تعریف برای این تکنولوژی است. از این تعریف آن چنان بر میآید که نانو تکنولوژی یک رشته نیست بلکه رویکردی جدید برای تمام رشتهها است. هدف اصلی اکثر تحقیقات در این زمینه شکل دهی ترکیبات جدید با ایجاد تغییر در مواد موجود و همچنین تحلیل رفتار آنهاست.1-2. تاریخچه ی نانوتکنولوژیدر طول تاریخ و از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان بر این باور بودند که مواد را میتوان به اجزاء کوچک تقسیم نمود تا به ذراتی که خرد شدنی نیستند رسید و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند.، شايد بتوان دموكريتوس[1] فيلسوف يوناني را پدر علوم نانو دانست چرا كه در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژهی اتم را كه به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است، براي توصيف ذرات سازنده مواد به كار برد. نقطه شروع و توسعه اوليه فناوري نانو به طور دقيق مشخص نيست. اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن[2] طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنیم. واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي[3] استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت موادی كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. مینسكی توانست به تفكرات فیمن قوت ببخشد. ماروین مینسكی[4] پدر هوش مصنوعی و شاگردش كي اريك درکسلر[5]، گروهی از دانشجویان كامپیوتر را به صورت انجمنی دور هم جمع كردند. او افكار جوانترها را با ایدههایی كه آنها را نانو تكنولوژی نامگذاری كرده بود، مشغول میساخت. در سال 1986 اين واژه توسط دركسلر در كتابي تحت عنوان: « موتور آفرينش: آغاز دوران نانوتکنولوژی » بازآفريني و تعريف مجدد شد. درکسلر دكتری نانو تكنولوژی را در سال 1991 ازدانشگاهMITدریافت نمود. شكوفایی بسیاری از فناوریهای مهم از جمله فناوری اطلاعات و بیوتكنولوژی به عنوان دو دستاورد بسیار عظیم قرن بیستم، بدون بهرهگیری از نانو تكنولوژی دچار اختلال خواهند شد. تاریخ رویدادهای مهم نانوتکنولوژی در زیر اختصار آمده است. جدول1-1. تاریخ رویدادهای مهم نانوفناوریرویداد مهمتاریختشريح رفتار محلول‌هاي كلوئيدي توسط آلبرت انيشتين1905ايجاد لايه‌هاي اتمي به ضخامت يك مولكول توسط لنگموير[6]1932اختراع دستگاهي در شرکت IBM كه به كمك آن مي‌توان اتم‌ها را تك تك جا‌به‌جا كرد.1981كشف ساختار جديدي از كربن C60.1985نمایش توانايي كنترل نحوه قرارگيري اتم‌ها توسط شركت IBM.1990كشف نانو لوله‌هاي كربني1991توليد اولين نقاط كوانتومي با كيفيت بالا1993ساخت اولين نانوترانزيستور1997ساخت اولين موتور DNA2000ساخت يك مدل آزمايشگاهي سلول سوخت با استفاده از نانولولهها2001شلوارهاي ضدلك به بازار آمد2002توليد نمونه‌هاي آزمايشگاهي نانوسلول‌هاي خورشيدي2003تحقيق و توسعه براي پيشرفت در عرصه نانوتکنولوژی ادامه دارد.20041-1. اهمیت نانوتکنولوژیتجربه نشان داده است، ویژگی‌های یک ماده خالص، تا حد قابل قبولی ثابت است و این امر سبب میشود که ما بتوانیم مواد را از روی خواصشان شناسایی کنیم. اما یافته‌های دانشمندان نشان می‌دهد که یک ماده در اندازه نانومتر ویژگی‌های متفاوتی با ذرات بزرگتر خود خواهند داشت. این در حالی است که کوچک‌کردن ذرات، یک تغییر فیزیکی است و ما انتظار داریم که با این تغییر فیزیکی، ویژگی‌های اصلی ماده تغییر نکند.1-2. کاربردهای نانوتکنولوژینانو تكنولوژی توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با خواص برتر در مقیاس یك تا یكصدم نانومتر (یكمیلیاردم متر) میباشد كه در دهه گذشته این حوزه چند رشتهای توانسته است جایگاه ویژه ای را در بخش تحقیقات و صنعت در زمینههای مختلف علوم مهندسی و پزشكی به خود اختصاص دهد. اساس نانوفناوری كار در این سطوح برای ایجاد ساختارهای بزرگتر و سازماندهی مولكولی جدید است. این نانوساختارها كه از كوچكترین بلوكهای ساختمانی شناخته شده، ساخته میشوند و كوچكترین اشیاء ساخت دست بشر بوده است و دارای خصوصیات و رفتار فیزیكی، شیمیایی و زیستی جدیدی هستند.هدف نانوتکنولوژی آگاهی و بهره گیری از این خصوصیات و استفاده موثر از آنهاست. هم اكنون كنترل خصوصیات اجسام نانو مقیاس، دارای نقش مهمی در شاخه های مختلف همچون: فیزیك، شیمی علم مواد، زیست شناسی، پزشكی، مهندسی هستهای و شبیه سازی كامپیوتری است. ثابت شده است نانولولههای كربنی ده برابر مقاومتر و مستحكمتر از فولاد بوده در حالیكه وزن آن یك ششم فولاد میباشد همچنین با نانو ذرات میتوان سلولهای سرطانی را مورد هدف قرار داد و آنها را از بین برد. سیستمهای با مقیاس نانو این توانایی را دارند كه مسافرتهای مافوق صوت را كم هزینه تر و بازده كامپیوترها را میلیونها برابر افزایش دهند. لذا محققین برای تولید محصولات مبتنی بر مقیاس نانومتری بهدنبال روشهای سیتماتیك میروند. اساس همه مواد و سیستمهای طبیعی برپایه مقیاس نانومتری است. كنترل و تغییرات مواد در سطوح مولكولی به این معنی است كه میتوان با تعیین خصوصیات جدید برای مواد در این مقیاس، تولید تمام اشیاء ساخت بشر را از خودروها، تایرها، مدارات كامپیوتری گرفته تا داروها و جایگزینی بافتها را تحت تاثیر قرارداد و باعث اختراع و ایجاد اشیاء جدید شد. نانو فناوری در قرن بیست و یكم شاخهای استراتژیك از علوم و مهندسی خواهد بود كه فناوریهای مورد استفاده كنونی در ساخت وتولید بسیاری از محصولات را در شاخههای مختلف از نو پیریزی خواهد كرد و در تمام زوایا و بخشهای مختلف اقتصادی، فرهنگی، اجتماعی، سیاسی، نظامی و... نفوذ میکند و زندگی انسان را به طور گسترده تحت الشعاع قرار خواهد داد. چراكه علم به مقیاس نانو، افق فردا را ترسیم خواهد كرد. با عنایت به موارد فوق میتوان به کاربردهای نانو بر اساس تقسمبندی زیر اشاره کرد:1-2-1. صنایع هوانوردی و اتوماسیون:مواد تقویت شده با نانو ذرات برای بدنههای سبكتر، تایرهای تقویت شده با نانوذرهها با فرسایش كمتر و قابلیت بازیافت، نقاشیهای خارجی كه نیاز به شستشو ندارند، پلاستیكهای غیرقابل اشتعال و ارزان قیمت و همچنین سیستمهای الكترونیكی برای كنترل.1-2-2. الكترونیك وارتباطات :سیستم های ضبط چند رسانهای با استفاده از نانو لایهها، صفحههای نمایش مسطح، فناوری سیستمهای بیسیم، افزایش هزاران برابری در ظرفیت و سرعت پردازش دادهها با قیمت پائین تر و بازدهی بیشتر.1-2-3. مواد شیمیایی و مواد:كاتالیزورهایی كه بازده انرژی واكنشهای شیمیایی را بالا برده و بازده عمل احتراق را در وسایط نقلیه بهبود میبخشد (آلودگی كمتر) ، دریل و ابزارهای برش بسیار سخت و غیرشكننده و همچنین سیالهای مغناطیسی هوشمند.