Frictional properties of quasi-two-dimensional materials from the Prandtl-Tomlinson model

Triboloji, sürtünme kuvvetinin araştırması, hem teorik olarak önemli bir araştırma alanı hem de günlük hayatta en çok karşımıza çıkan pratik bir fiziksel problemdir. Atomik kuvvet mikroskopu gibi teknolojik yeni araçların bulunuşları ile birlikte, nano boyutlardaki sürtünmenin keşfedilmesi nanotriboloji alanının niteliksel olarak meydana çıkmasına öncülük etmiştir. Mikroskopik ölçekte temel sürtünme özellikleri, yoğunluk fonsiyoneli teorisi(YFT) ve moleküler dinamik benzetimleri gibi kapsamlı hesaplar ile tarif edilmektedir. Literatürde bunların yanı sıra, genel özellikleri doğru bir şekilde modelleyen Prandtl-Tomlinson(PT) modeli gibi indirgenmiş hiyerarşik modeller de bulunmaktadır. Bu tezde bir ve iki boyutlu kristal ağ örgülerinde (kübik, üçgen yüzeyler gibi) PT modelin kapsayıcılığını gösterdik ve Langevin denklemini PT model çerçevesinde yeniden çözerek literatürdeki önemli sonuçları yeniledik. Ayrıca, bu sistemlerle ilgili modellerin literatürde tanımlanan parametrelere bağlı değişimi çalışılarak detaylı olarak tartışıldı. Son yıllarda üzerinde oldukça yoğun olarak çalışılan Silisen yapısı, bazı Silisyum atomlarının burulmasından dolayı düzlemsel değilde yaklaşık iki boyutludur. Daha sonra, PT modelin üç boyutlu genelleştirmesi konusu özgün olarak yapıldı. Düzlemsel yüzey geometrisinin dışında üçüncü boyutta tanımlanan yeni birim hücre atomlarının sisteme eklenmesi aracılığıyla Silisen gibi iki boyutumsu yapıların sürtünme özellikleri PT modeli ile incelendi. Her bir durumda, Prandtl-Tomlinson modelinin zamana bağlı hareket denklemleri sayısal olarak çözüldü ve sonuçta elde edilen sürtünme kuvvetlerinin eğrileri, iğnenin katettiği yol ve ağ örgüsüne göre karşılaştırmalı olarak incelendi. Sonuçlar temel alınan teoriyle uyum göstermekte ve gözlemlenebilir sonuçlar vermektedir. Bizimgenelleştirdiğimiz üç boyutlu PT modelinin sürtünme dinamiği için olayın fiziğini kapsayıcı ve uygun bir model olduğu sonucuna vardık. MD ve YFT gibi hesaplamalara göre hesaplama bedeli olarak çok fazla avantajlıdır. Bunun yanı sıra elde edilen denklemler basit ve kapsayıcıdır.