Resumo: Florestas de nanotubos de carbono helicoidais sujeitos a compressão mecânica exibem um comportamento não linear da tensão mecânica em função da deformação. Resultados experimentais apontam que o comportamento mecânico está diretamente associado a geometria das hélices e da floresta, entretanto, parâmetros como separação entre hélices vizinhas, passo e diâmetro da hélice ainda não podem ser controlados durante o processo de síntese, limitando assim a exploração do efeito de tais parâmetros no comportamento mecânico das florestas. Nesse trabalho, a resposta mecânica de florestas de nanotubos de carbono helicoidais foi estudada utilizando simulações computacionais de dinâmica molecular clássica na aproximação atomística e coarse-grained. O modelo coarse-grained foi desenvolvido e parametrizado com base em dados experimentais e permitiu estudar florestas duas ordens de grandeza maiores que o modelo atomístico. As simulações permitiram observar o efeito da separação das hélices, do passo da hélice, do tamanho das florestas, da compressão máxima e velocidades de compressão, nos valores da tensão mecânica, da deformação e do tempo necessário para a recuperação das florestas. As florestas com maior separação exibiram comportamentos mecânicos similares a comportamentos de hélices individuais, enquanto que as florestas com menor separação exibiram comportamentos não lineares mais próximos do experimento Ver menos

Abstract: Helical carbon nanotube forests under mechanical compression exhibit a nonlinear stress/strain behavior. Experimental results indicated that the mechanical behavior is directly associated with the geometrical aspects of the forest, such as separation between neighboring tubes, pitch, and diameter. However, these aspects can not be controlled during the synthesis process, which limits the study of the effect of such parameters on the mechanical behavior of the forests. In this work, the mechanical response of helical carbon nanotubes forests was studied using classical molecular dynamics in the atomistic and coarse-grained approximations. The coarse-grained model was developed and parameterized based on experimental data and allowed to study forests two orders of magnitude higher than the atomistic model. The simulations allowed to observe the effect of tube separation, pitch, forest size, maximum compression, and compression velocities on the stress-strain behavior and on the forest recovering time. Forests with larger tube separation exhibited mechanical behaviors similar to the ones for individual tubes, whereas the nonlinear behavior, close to the experiments, was observer for denser, entangled forests Ver menos