Modelos de comportamiento para suspensiones de nanotubos de carbono. Aplicación a la simulación de procesos de fabricación

Monge Prieto, Rosa María
Cueto Prendes, Elías (dir.) ; González Ibáñez, David (dir.)

Universidad de Zaragoza, CPS, 2011
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Mec. de Medios Contínuos y Teor. de Estructuras

Máster Universitario en Mecánica Aplicada

Resumen: Los nanotubos de carbono son estructuras de escala nanométrica formadas a partir de láminas de grafito enrolladas sobre sí mismas. Dependiendo del número de capas, los nanotubos (CNTS por sus siglas en inglés) pueden ser single-walled (una sóla capa) o multi-walled (multicapa). Tanto unos como otros presentan unas propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que los hacen muy atractivos para el desarrollo de materiales compuestos. Para el buen aprovechamiento de estas características es necesario conocer la orientación de los CNTS en el seno de la matriz polimérica, ya que el comportamiento mecánico depende de esta orientación y el comportamiento eléctrico y térmico es notablemente mejor cuanto menos aglomeraciones presenten los nanotubos. Para este objetivo es de suma importancia disponer de técnicas numéricas de simulación que permitan una evaluación rápida de condiciones de fabricación de estos compuestos, así como para la validación de hipótesis realizadas a partir de los ensayos experimentales realizados en el laboratorio. El proceso de fabricación que se ha simulado en el trabajo ha sido el de spin-coating, presentando éste unas particularidades (grades deformaciones, superficie libre, etc.) que hacen que la simulación numérica mediante los métodos tradicionales con malla no sea fácil, siendo más adecuado un método sin malla, más concretamente, el Método de los Elementos Naturales (MEN), ya que este método nos permite la descripción Lagrangiana actualizada de la cinemática del flujo. Otro de los aspectos que merece la pena ser estudiado en estos compuestos es su particular reología. Para ellos hay que recurrir a modelos microestructurales si se quiere, mediante Dinámica Browniana, simular lo que ocurre a escala macroscópica. Los nanotubos de carbono (tanto los single-walled como los multi-walled) pueden ser tratados químicamente, variando de esta manera su comportamiento reológico, por lo que el mismo modelo no sirve para explicar ambos comportamientos (el de los que están tratados y el de los que no). Se tiene así el modelo de Orientación (nanotubos tratados químicamente) y el de Agregación/Orientación (nanotubos no tratados). Los resultados de las simulaciones correspondientes a ambos modelos son presentados en este trabajo.

Palabra(s) clave (del autor): nanotubos de carbono ; cnts ; spin-coating ; fene ; men ; método de los elementos naturales ; fokker-planck ; modelo de orientación ; modelo de agregación orientación

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master