"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8420
ETF8420 "Nanostruktuursete metamaterjalide valmistamine, karakteriseerimine ja modelleerimine (1.01.2010−31.12.2013)", Ilmar Kink, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.
ETF8420
Nanostruktuursete metamaterjalide valmistamine, karakteriseerimine ja modelleerimine
Processing, characterization, and modeling of nanoparticles-reinforced multiscale composites
1.01.2010
31.12.2013
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP250 Tahke aine: struktuur, termilised ja mehhaanilised omadused, kristallograafia, phase equilibria1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)34,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT150 Materjalitehnoloogia2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).33,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP260 Tahke aine: elektrooniline struktuur, elektrilised, magneetilised ja optilised omadused, ülijuhtivus, magnetresonants, spektroskoopia1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)33,0
PerioodSumma
01.01.2010−31.12.2010234 000,00 EEK (14 955,33 EUR)
01.01.2011−31.12.201114 955,60 EUR
01.01.2012−31.12.201214 955,60 EUR
01.01.2013−31.12.201314 955,60 EUR
59 822,13 EUR

Süsinik-nanotorud (i.k. carbon nanotubes, CNT) on tänu oma unikaalsetele omadustele potentsiaalsed lisandid väga mitmetele materjaliklassidele parandamaks nende mahaanilisi, elektrilisi, termilise jne. omadusi. Temaatika on väga aktuaalne ka Eesti kontekstis ja käimas on väga mitmeid rakendusliku suunitlusega uurimistöid tekstiili-, ehitusmaterjalide, energeetika, elektroonika ja keemiatööstuses kasutatavate materjalide omaduste parandamiseks CNT-de abil. CNT-rikastatud materjalide omaduste modelleerimiseks on loodud mitmeid matemaatilisi mudeleid, mis aga ei ole käesoleval ajal kaugeltki mitte piisava täpsusega realistlike süsteemide parameetrite ennustamiseks. Samas on modelleerimine vajalik, sest CNT-rikastatud materjalide katse-eksituse meetodil valmistamine ja uurimine on äärmiselt kulukas varieeritavate parameetrite suure hulga ja nanotasemel uurimistöö kõrge maksumuse tõttu. Käesoleva töö eesmärgiks on matemaatiliste mudelite täpsuse oluline suurendamine toetudes mudelsüsteemide igakülgse eksperimentaalsele uurimisele. Mudelsüsteemideks kasutatakse 1) CNT-ga dopeeritud metalloksiid mikro- ja nanofiibreid ja 2) dielektroforeesi meetodil valmistatud CNT-fiibreid. Esimesed annavad võimaluse igakülgselt uurida komposiitmaterjalides asetleidva CNT-maatriksi omavahelist vastasmõju. Teised mudelsüsteemid võimaldavad uurida CNT omavaheliset interaktsiooni. Terviklik andmebaas materjalide omaduste sõltuvusest lähteainete omadustest ja valmistamisparameetritest võimaldab oluliselt modifitseerida olamasolevaid teoeetilisi mudeleid lisades mudelitesse nii analüütilisi kui ka semiempiirilisi parameetreid.
Carbon nanotubes (CNT) are promising additives for many different classes of materials due to their extraordinary mechanical, electrical, and thermal properties. Carbon nanotubes (CNT) have been found to have very high elastic moduli along their axial directions, with an averaged value around 1 TPa, which are ideal for making a new class of nanocomposites. To characterize these CNT composites using computational methods in order to extract their effective mechanical properties, various approaches have been proposed in recent years, including molecular dynamics, continuum mechanics with finite element method (FEM) and boundary element method(BEM), and multi-scale approaches combining MD and continuum models. However, these simulation results in general yield overestimated properties of the CNT composites, such as higher effective Young’s moduli, than those observed in experiments. This may be due to the fact that in these simulation models, idealized conditions are often assumed, especially the perfect bonding conditions at the interfaces between the CNTs and matrix. The current models suffer mainly from the lack of available experimental data. Although numerous publications report experimental results on performance of CNT-enhanced materials, the data is very fragmented and incomplete. We propose development of new more accurate models of CNT and other nanoparticle interaction with matrices based on comprehensive set of experimental data on model test samples. Two different sets of test samples will be used: 1) CNT-doped oxide micro- and nanofibres produced by sol-gel methods, and 2) CNT-fibres produced by dielectrophoreses process. The former samples will be used as model samples describing CNT-matrix interactions whereas the latter describe CNT-CNT interactions. The detailed experimental data will be used to test current theoretical models and to develop the models further by including new and improved analytical and semi-empiric interaction parameters.