Luận án Tiến sĩ: Phân tích tĩnh và động tấm nano hữu cơ nhiều lớp có kể đến hiệu ứng kích thước nhỏ

Nghiên cứu về năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đang trở nên cấp thiết nhằm đối phó với thách thức cạn kiệt tài nguyên và biến đổi khí hậu. Trong bối cảnh đó, việc phát triển các cấu trúc hấp thụ năng lượng hiệu quả như tấm pin mặt trời đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về hành vi cơ học của vật liệu nano. Luận án này tập trung vào việc phân tích tĩnh và động tấm nano hữu cơ nhiều lớp, một loại vật liệu then chốt trong các ứng dụng công nghệ cao. Đặc biệt, hiệu ứng kích thước nhỏ ở quy mô nano có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của vật liệu, làm cho các mô hình truyền thống không còn phù hợp. Do đó, nghiên cứu này có tầm quan trọng khoa học và thực tiễn lớn, đóng góp vào việc thiết kế và tối ưu hóa các kết cấu nano cho các ứng dụng kỹ thuật tiên tiến.

Các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực cơ học vật liệu, công nghệ nano, kỹ thuật cơ khí, đặc biệt những người quan tâm đến phân tích kết cấu và thiết kế vật liệu nano cho các ứng dụng năng lượng tái tạo và hệ thống vi cơ điện tử.

Trước bối cảnh nhu cầu về năng lượng tái tạo ngày càng tăng, đặc biệt là khai thác hiệu quả năng lượng mặt trời thông qua các tấm pin, việc nghiên cứu các kết cấu nano tiên tiến trở nên cực kỳ quan trọng. Luận án này thực hiện phân tích tĩnh và động tấm nano hữu cơ nhiều lớp, tập trung làm rõ hành vi cơ học của chúng khi chịu tải trọng và rung động, đồng thời đặc biệt kể đến hiệu ứng kích thước nhỏ. Mục tiêu chính là xây dựng các mô hình toán học và thuật toán dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và lý thuyết đàn hồi phi cục bộ để đánh giá chính xác chuyển vị, ứng suất và tần số dao động riêng.
Nghiên cứu này khảo sát ba bài toán cụ thể: uốn tĩnh tuyến tính, dao động tự do tuyến tính và dao động cưỡng bức tuyến tính của tấm nano hữu cơ nhiều lớp. Phương pháp được áp dụng là PTHH tích hợp lý thuyết đàn hồi phi cục bộ và nguyên lý năng lượng toàn phần cực tiểu, cho phép phát triển các chương trình tính toán số trong môi trường Matlab. Luận án tiến hành kiểm tra độ tin cậy của các mô hình và thuật toán bằng cách so sánh kết quả với các tài liệu đã công bố, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các tham số kết cấu, hệ số phi cục bộ và điều kiện biên đến đáp ứng của tấm nano. Giá trị ứng dụng của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp nền tảng lý thuyết và công cụ tính toán hiệu quả để thiết kế, tối ưu hóa các thành phần nano trong các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS), cảm biến, bộ cộng hưởng và các ứng dụng năng lượng mặt trời, góp phần thúc đẩy sự phát triển của vật liệu nano.