مطالعه خواص مكانيكي نانوصفحه‎ تك‎لايه تنگستن دي سولفيد

Studying the mechanical properties of monolayer tungsten disulfide (WS2) nanosheets

از آنجايي كه كالگوژن‎هاي عناصر واسطه‎، نانوموادي مقاوم براي تحمل كرنش‎هاي بزرگ بدون شكست هستند؛ كاربرد آن ها در نانو ابزارهاي انعطاف‎پذير الكترونيكي جديد بسيار مورد توجه است. تنگستن دي سولفيد يكي از نانوساختارهاي متعلق به اين دسته از نانو مواد است كه خواص الكتريكي، اپتيكي و سنسوري خاصي دارد و به علت داشتن ساختار غير صفحه اي، پاسخ‎هاي جالبي تحت كرنش‎هاي صفحه‎اي مختلف از خود نشان مي‎دهد. در اين مقاله خواص مكانيكي نانو‎ساختار تك لايه‎ تنگستن دي سولفيد مثل مدول يانگ، مدول بالك، مدول برشي و نسبت پواسون، با استفاده از نظريه‎ تابعيت چگالي، و براساس تقريب گراديان موضعي يا عمومي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‎دهند كه مقدار خواص الاستيك نانوساختار تنگستن دي سولفيد، كمتر از مقدار خواص نانوصفحات گرافن و برن‎نيترايد مي‎باشد، اما نسبت پواسون آن از دو نانوصفحه‎ گرافن و برن‎نيترايد بيشتر است. مشاهده مي‎شود كه به دليل ساختار ويژه‎ تنگستن دي سولفيد، ضخامت اين نانوصفحه (فاصله‎ بين دو اتم گوگرد-گوگرد)، طول پيوند تنگستن-گوگرد و زاويه‎ گوگرد- تنگستن- گوگرد تحت انواع كرنش‎هاي مختلف تغيير مي‎كنند. همچنين، درحالت كرنش دومحوره، ميزان تغييرات سه پارامتر طول پيوندي، ضخامت و زاويه‎ خمشي نسبت به حالت‎هاي كرنش تك‎محوره و برشي بيشتر است

Forasmuch as, Transition Metal Dichalcogenides (TMDs) are robust nanomaterials to sustain large strains without fracture, their application in new pliable electronic nanodevices is so appealing. Of these nanomaterials is tungsten disulfide which has specific electrical, optical and sensor properties; and due to possessing a non-planar structure, shows interesting responses under different plane strains. This investigation explores the mechanical properties of a monolayer tungsten disulfide (WS2) such as Youngʹs modulus, bulk modulus, shear modulus and Poissonʹs ratio by applying the Density Functional Theory (DFT) calculations based on the Generalized Gradient Approximation (GGA). The results demonstrate that elastic properties of WS2 are less than those of graphene and its analogous inorganic Hexagonal Boron-Nitride (h-BN) nanosheets. Unlikely, Poissonʹs ratio is calculated higher than that of graphene and h-BN nanosheets. It is observed that, due to the special structure of WS2, the thickness of nanosheet (distance between S-S atoms), bond length of W-S and the angle S-W-S change under different kinds of strains. Also, in the case of biaxial strain, the amount of variations in bond length, thickness and bending angle is higher than that in the cases of uniaxial and shear strain.