УДК 539.31, 539.32

DOI 10.24411/1683-805X-2019-16005

 

 

Работа посвящена исследованию механических свойств хиральных металлических нанотрубок методом молекулярной статики. Атомная структура нанотрубок получена сворачиванием тонких нанопластин из кубических кристаллов меди, железа, алюминия и кобальта с ориентацией (010) при различных углах хиральности. Показано, что такие нанотрубки могут закручиваться при растяжении и с увеличением угла хиральности в диапазоне от 0° до 45° значение коэффициента Пуассона уменьшается. Коэффициент Пуассона для растягиваемых нанотрубок из меди, железа и кобальта при определенных углах хиральности становится отрицательным. Установлен характер связи между одноосной деформацией нанотрубок и их кручением при различных углах хиральности (обратный эффект Пойнтинга). Найдено, что с увеличением угла хиральности нанотрубок возрастает их модуль Юнга. Установлено, что результаты атомистического моделирования находятся в качественном согласии с теоретическими оценками с использованием теории анизотропной упругости, но имеются существенные количественные различия для разных кристаллических материалов.

Ключевые слова: хиральные нанотрубки, коэффициент Пуассона, ауксетики, эффект Пойнтинга, атомистическое моделирование

 

Atomistic modeling of the mechanical properties of chiral metallic nanotubes

The work studies the mechanical properties of chiral metallic nanotubes by molecular statics simulations. The atomic structure of nanotubes was obtained by rolling up thin nanoplates from cubic crystals of copper, iron, aluminum, and cobalt with the (010) orientation at various chirality angles. It is shown that such nanotubes can experience torsion under tension and their Poisson's ratio decreases with increasing chirality angle within the range from 0° to 45°. Poisson's ratio of stretched copper and cobalt nanotubes becomes negative at certain chirality angles. A relationship is determined between the uniaxial deformation of nanotubes and their torsion at different chirality angles (inverse Poynting's effect). As the chirality angle increases, Young's modulus of nanotubes also increases. Atomistic modeling results are shown to agree qualitatively well with theoretical estimates obtained in the framework of anisotropic elasticity theory, but with significant quantitative differences for various crystalline materials.

Keywords: chiral nanotubes, Poisson's ratio, auxetics, Poynting's effect, atomistic modeling

 

 

И.А. Брюханов, В.А. Городцов, Д.С. Лисовенко  Атомистическое моделирование механических свойств хиральных металлических нанотрубок // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 6. - С. 48-57