در جامعه تحقیقاتی و همچنین در وبلاگ COMSOL، مدل سازی گرافن یکی از موضوعات مورد توجه بوده است. خصوصیات منحصربه‌فردی که این ماده را بسیار قابل‌توجه می‌کند، می‌تواند تجزیه و تحلیل آن را نیز چالش‌برانگیز کند. در شبیه‌سازی گرافن با کامسول، یک سؤال دشوار برای پرداختن به این مسئله وجود دارد که آیا گرافن باید به عنوان یک صفحه دوبعدی یا یک توده سه‌بعدی نازک مدل سازی شود. ما پاسخ این سؤال را در این پست ارائه می‌دهیم.
مدل سازی گرافن: به عنوان یک ماده فوق‌العاده و پیچیده
احتمالاً با مادی که به گرافن معروف است آشنا هستید و می دانید که بیشتر هیجان مربوط به گرافن به دلیل خواص مواد عجیب و غریب آن است. دلیل این خواص این است که گرافن یک صفحه دوبعدی از اتم‌های کربن با ضخامت یک لایه اتمی است. گرافن به عنوان یک ماده دوبعدی مورد بحث قرار می‌گیرد، اما سؤالاتی در مورد آن وجود دارد مثلاً آیا واقعاً گرافن دوبعدی است یا مانند یک کاغذ بسیار ظریف بسیار نازک است؟ یا چون ضخامت آن یک اتم است، آیا می‌تواند ضخامت داشته باشد؟ شبیه سازی گرافن در کامسول چه گونه است؟
شماتیکی از گرافن.
این‌ها سؤالات پیچیده‌ای هستند که بهتر است تحقیقات در سمت و سوی پاسخ به این سؤالات سوق داده شوند. با این حال، این مسئله ما را به سوی یک سؤال مهم دیگر در محیط شبیه‌سازی سوق می‌دهد: آیا ما باید شبیه سازی گرافن در کامسول را به عنوان یک صفحه دوبعدی یا یک توده سه‌بعدی نازک مدل کنیم؟ برای پاسخ به این، چالش‌های مهم و گوناگونی وجود دارد که باید ابتدا مورد بحث قرار گیرد.
تأیید و اعتبار سنجی
ازنقطه‌نظر شبیه‌سازی، مدل باید واقعیت را به درستی نشان دهد. این امر از طریق روش‌های تأیید و اعتبارسنجی انجام می‌شود که اغلب شامل مقایسه با راه‌حل‌های تحلیلی است. در زمینه‌های تحقیقاتی در خصوص بررسی مواد جدید مانند گرافن، روند تأیید و اعتبارسنجی به چندین مرحله بهم پیوسته بستگی دارد. زیرا ممکن است هیچ معیار یا نتیجه تحلیلی برای مقایسه وجود نداشته باشد و پیش‌بینی‌های نظری ممکن است فرضیه‌هایی باشد که در انتظار تأیید تجربی باشند.
برای تأیید و اعتبار سنجی گرافن، فرآیند با نظریه‌ای شروع می‌شود (مانند تقریب تصادفی فاز (RPA)) که خصوصیات مواد را توصیف می‌کند. پس باید گرافن با کیفیت کافی و بالا ساخته شود و اندازه‌های نمونه به‌اندازه کافی بزرگ باشند تا اندازه‌گیری‌های آزمایشی انجام شود. سپس، آزمایشات باید انجام و نتایج به دست آمده از تجزیه و تحلیل با پیش‌بینی‌های تئوری مقایسه شود. در نهایت فرآیند در صورت لزوم تکرار شود.
شبیه‌سازی عددی (گرافن)
شبیه‌سازی عددی بخش جدایی‌ناپذیر هر مرحله در فرآیند تحقیق است. در اینجا، ما فقط بر کاربرد آن در مقایسه پیش‌بینی‌های نظری و نتایج تجربی تمرکز خواهیم کرد. اما پیش‌بینی‌های نظری همیشه در معادلات ساده و مستقیم وجود ندارد. در چنین مواردی، تئوری را می‌توان با COMSOL Multiphysics حل عددی کرد که مقایسه دقیق‌تری با نتایج تجربی ارائه می‌دهد.
هنگام انجام شبیه سازی گرافن در کامسول در مناطق تحقیقاتی مطرح، مهم است که روند انجام تحقیق قبل از شروع آزمایش اصلی طراحی‌شده باشد. یک شبیه‌سازی می‌تواند به‌درستی تنظیم شود، اما اگر از پیش‌بینی‌های نظری نادرست برای خصوصیات مواد استفاده شود، نتایج شبیه‌سازی با نتایج تجربی همخوانی نخواهند داشت. به همین ترتیب، پیش‌بینی‌های نظری دقیق باید به‌درستی در شبیه‌سازی‌ها انجام شود تا نتایج معنی‌داری حاصل شود. که این یک نگرانی مهم هنگام مدل‌سازی گرافن به عنوان اولین ماده 2 بعدی جهان است.
بنابراین این سؤال پیش می‌آید دو بعدی بودن یک جسم به چه معناست و چگونه آن را به‌طور صحیح در شبیه‌سازی پیاده‌سازی کنیم؟ این ما را به سؤال اصلی‌مان برمی‌گرداند که آیا بهتر است مدل سازی گرافن را به عنوان یک لایه دوبعدی یا یک ماده سه‌بعدی نازک در نظر بگیریم؟ شاید اکنون بتوانید پاسخ را با وضوح بیشتری بیان کرد. درواقع خود تکنیک شبیه‌سازی باید طی مراحل تحقیق تأیید شود!
بیایید اکنون به متخصصان مراجعه کنیم.
نتایج شبیه‌سازی گرافن در کامسول و نتایج تجربی
محققان مرکز نانوتکنولوژی Birck دانشگاه Purdue با هدایت دانشیار الكساندر v. كیلدیشف پیشتازان تحقیقات گرافن هستند. ازجمله بسیاری از کارهای آن‌ها، دستگاه‌های گرافن هستند که در COMSOL Multiphysics طراحی شده و سپس ساخته و آزمایش شده‌اند. پروفسور كیلدیشف اخیراً برای یك وبینار با عنوان “شبیه‌سازی دستگاه‌های فوتونیك و الكترونیكی مبتنی بر گرافن” به وبسایت COMSOL Multiphysics پیوست كه در آن درباره عناصر مهم مدل‌سازی گرافن بحث كرده است.
هنگام طراحی گرافین و دستگاه‌های مبتنی بر گرافن، شبیه‌سازی به افزایش طراحی و بهینه‌سازی کمک کرده و به بالاترین کارایی ممکن دست یافته است.
در طول وبینار، كیلدیشف نتایج شبیه‌سازی را نشان داد كه در آن مدل سازی گرافن به عنوان یك حجم سه‌بعدی نازك و یك صفحه دوبعدی تحت بررسی قرار گرفته بود. هنگام انجام این تحقیق با همکارانش، او دریافت که بهترین همخوانی بین نتایج شبیه‌سازی و نتایج تجربی از طریق مدل‌سازی گرافن به عنوان یک صفحه دوبعدی حاصل می‌شود. همچنین در این وبینار كیلدیشف شبیه‌سازی‌های گرافن در کامسول را در حوزه‌های فرکانس و زمان نیز به نمایش گذاشت.
مراحل بعدی
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد شبیه‌سازی گرافن در کامسول، می‌توانید وبینار را در اینجا تماشا کنید. ما همچنین شما را به بازدید از بخش Application Exchange در وبسایت COMSOL تشویق می‌کنیم، جایی که می‌توانید مدل‌های ارائه‌شده در وبینار را بارگیری کرده و شبیه‌سازی‌های گرافن دوبعدی را انجام دهید.
این متن از وبسایت comsol به فارسی با عنوان آیا باید گرافن را به عنوان یک صفحه دوبعدی یا یک توده سه‌بعدی نازک مدل سازی کنیم؟ برگردان شده است، استفاده از ترجمه با ذکر نام کامسولفا مجاز است. مشاهده متن اصلی
