عنوان
بررسي سه‌بعدي حركت ارتعاشي ميكروكانتيلور پيزوالكتريك AFM در مود دامنه با در نظر گرفتن tip در مجاورت سطح در محيط‌هاي كاري و هندسه‌هاي مختلف كانتيلور
نويسنده اصلي
معين عبدي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
شناخت رفتار ديناميكي AFM به‌عنوان ابزاري قدرتمند براي تصويربرداري و بررسي توپوگرافي سطوح در مدهاي كاري مختلف دستگاه AFM براي بهبود عملكرد آن از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. يك روش مناسب به¬منظور نزديك شدن به شرايط آزمايشگاهي، شبيه‌سازي سه‌بعدي با استفاده از نرم‌افزار المان محدود و حل عددي آن است. در اين پايان‌نامه به مدل‌سازي و شبيه‌سازي ديناميكي هندسه‌هاي مستطيلي، خنجري و V شكل ميكروكانتيلور پيزوالكتريك AFM با دولايه الكترود در محيط هوا و مايع پرداخته‌شده است. براي درك بهتر ديناميك سيستم به معادلات ديناميكي ميكروكانتيلور چندلايه پرداخته‌شده و به‌منظور مدل‌سازي كانتيلور AFM از فرضيات تير اويلر برنولي استفاده‌شده است. جهت مدل‌سازي ميكروكانتيلور از اصل هميلتون و به‌منظور گسسته سازي آن از روش المان محدود استفاده‌شده است. در حالت سه‌بعدي ميكروكانتيلور پيزوالكتريك با در نظر گرفتن نيروهاي پراب و نمونه با استفاده از نرم‌افزار المان محدود كامسول شبيه‌سازي‌شده و نتايج پاسخ فركانسي و زماني استخراج‌شده است. توپوگرافي سطوح مختلف در مد ضربه‌اي و غير تماسي در حضور ناهمواري‌هاي مختلف صورت گرفته و با نتايج آزمايشگاهي و تئوري مقايسه شده است. همچنين تأثير پارامترهاي هندسي مختلف تير بر توپوگرافي سطوح و پاسخ فركانسي بررسي‌شده و مناسب¬ترين ابعاد توپوگرافي براي هر سه هندسه تير به‌دست‌آمده است. به‌منظور بررسي اثر ابعاد سوزن، شبيه‌سازي براي هندسه‌هاي مختلف سوزن صورت گرفته و نتايج پاسخ فركانسي و زماني آن‌ها باهم مقايسه شده است. همچنين تأثير جابجايي سوزن بر پاسخ فركانسي در طول‌هاي مختلف كانتيلور بررسي‌شده است. تست‌هاي آزمايشگاهي به‌منظور بررسي صحت نتايج شبيه‌سازي با استفاده از دستگاه AFM در مدهاي كاري و رطوبت¬هاي مختلف انجام‌شده است. شبيه‌سازي در محيط مايع در محفظه آكوستيك و با استفاده از فضاي FSI صورت گرفته است و نتايج محيط هوا و مايع با يكديگر مقايسه شده‌اند. تأثير چگالي و ويسكوزيته سيال بر روي ارتعاشات كانتيلور غوطه‌ور در محيط مايع بررسي‌شده است. توپوگرافي‌هاي انجام‌شده در حالت تئوري و تجربي در غالب محيط‌هاي متفاوت، هندسه‌ها و سطوح ناهموار مختلف باهم مقايسه شده‌اند و بهينه‌ترين ابعاد در هر حالت به‌منظور تهيه تصاويري باكيفيت بالا مشخص‌شده‌اند. در محيط مايع به‌منظور جلوگيري از آسيب ديدن كانتيلور تحت اثر نيروي فيلم فشردگي در نزديكي سطح كانتيلور به‌صورت مايل نصب مي¬شود. تأثير زاويه كانتيلور بر توپوگرافي سطوح و پاسخ زماني سيستم موردبررسي قرارگرفته است.
واژه‌هاي كليدي: ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، ميكروكانتيلور پيزوالكتريك، المان محدود، كامسول، توپوگرافي
شماره ركورد
188941
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
رشته تحصيلي
طراحي كاربردي - مكاترونيك
استاد راهنما
دكتر محرم حبيب نژاد كورايم