BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Văn Trang
MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA ỐNG NANO PHỐT PHO ĐEN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGUYÊN TỬ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC
Hà Nội - 2018
ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Văn Trang
MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA ỐNG NANO PHỐT PHO ĐEN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGUYÊN TỬ
Ngành: Cơ học
Mã số: 9440109
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
Hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Lê Minh Quý
Hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. Trần Ích Thịnh
Hà Nội - 2018
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ những nội dung được trình bày trong luận án này
được nghiên cứu bởi bản thân tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của Thầy
PGS.TS. Lê Minh Quý và GS.TS. Trần Ích Thịnh. Trừ những phần tham khảo đã
được ghi rõ trong luận án, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà nội, ngày tháng năm 2018
Người hướng dẫn 1
PGS.TS. Lê Minh Quý
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Văn Trang
Người hướng dẫn 2
GS.TS. Trần Ích Thịnh
iv
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lê Minh Quý
và GS.TS. Trần Ích Thịnh, Thầy hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ để tôi có thể hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ giảng viên bộ môn Cơ học vật liệu
và kết cấu, Viện Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo những điều kiện
thuận lợi để tôi thực hiện luận án này.
Tôi muốn cảm ơn sự giúp đỡ vô tư của bạn bè, đồng nghiệp tại bộ môn Thiết
kế cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã dành những điều
kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án của mình.
Tôi muốn bày tỏ sự biết ơn của mình đến Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo sau
đại học, Viện cơ khí Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội đã tạo những điều kiện
thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận án.
Cuối cùng tôi gửi lời cảm ơn tới gia đình, những người đã luôn động viên,
giúp đỡ tôi về mặt tinh thần trong suốt thời gian qua.
i
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. iii
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ........................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ......................................................................... vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
Chương 1 TỔNG QUAN ....................................................................................................... 5
1.1 Giới thiệu về vật liệu hai chiều (2D) và phốt pho đen................................................. 7
1.2 Các phương pháp tính ................................................................................................ 13
1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về tấm và ống nano ............................................ 17
1.3.1 Graphene và các vật liệu tương tự graphene ...................................................... 17
1.3.2 Tấm phốt pho đen ............................................................................................... 22
1.3.3 Ống phốt pho đen ............................................................................................... 23
1.4 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam về tấm và ống nano ........................................... 27
1.5 Kết luận ..................................................................................................................... 28
Chương 2 CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGUYÊN TỬ ÁP
DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN ỐNG NANO PHỐT PHO ĐEN ................................................. 30
2.1 Cấu trúc tấm và ống nano phốt pho đen ................................................................... 30
2.1.1 Cấu trúc tấm nano phốt pho đen ......................................................................... 30
2.1.2 Cấu trúc ống nano phốt pho đen ......................................................................... 32
2.2 Thế năng tương tác giữa các nguyên tử ..................................................................... 34
2.2.1 Giới thiệu chung về thế năng tương tác giữa các nguyên tử .............................. 34
2.2.2 Hàm thế Tersoff .................................................................................................. 34
2.2.3 Hàm thế Stillinger-Weber ................................................................................... 36
2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử .................................................................. 37
2.3.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử ..................................... 37
2.3.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử ........................... 37
2.3.3 Kiểu phần tử trong AFEM .................................................................................. 43
2.3.4 Mô hình phần tử hữu hạn nguyên tử với hàm thế Stillinger-Weber ................... 44
2.4. Kết luận ................................................................................................................ 47
Chương 3 KẾT QUẢ KÉO ỐNG NANO PHỐT PHO ĐEN .............................................. 48
3.1 Đánh giá độ tin cậy của chương trình tính kéo ống nano phốt pho đen .................... 48
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài ống đến đặc trưng cơ học của ống nano phốt pho
đen ................................................................................................................................... 49