آناليز حساسيت ارتعاشات ميكروتيرك AFM به روش المان محدود در محيط هاي كاري مختلف در مود ضربه اي

كارشناسي ارشد

ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) به ابزاري قدرتمند و پيشتاز در علم نانوتكنولوژي تبديل شدهاست كه قادر به تصويربرداري از سطوح رسانا و نارسانا با تفكيك مكاني اتمي مي‌باشد. اين پاياننامه به بررسي و تحليل رفتار ارتعاشي ميكروكانتيلور پيزوالكتريكAFM ، با سطح مقطع مستطيلي، در محيطهاي كاري مختلف ميپردازد. تحليل رفتار ارتعاشي AFM در مود ديناميكي كه شامل مود غيرتماسي و مود ضربهاي مي‌باشد، انجام شدهاست. جهت مدل‌سازي ميكروكانتيلور، تئوري تير تيموشنكو ، بهكار گرفته شده و ميكروكانتيلور با در نظر گرفتن ناپيوستگيهاي هندسي، با استفاده از اصل هميلتون مدلسازي شدهاست و گسستهسازي معادلات حركت با استفاده از روش المان محدود انجام شدهاست. ديناميك اين سيستم تحت تأثير نيروهاي تداخلي بين نوك پراب و سطح نمونه شامل نيروهاي واندروالس ، مويينگي و تماسي ميباشد. در محيط مايع نيز مدلسازي بر اساس تغييرات ناشي از تاثير وجود سيال در اطراف ميكروكانتيلور انجام شدهاست. نتايج شبيهسازي نشان ميدهند كه در محيط هوا نيروهاي بين سطح نمونه و پراب، نه تنها باعث كاهش دامنه ميشوند، بلكه باعث كاهش فركانس تشديد نيز ميگردند. همچنين نتايج توپوگرافي سطح نشان مي‌دهد كه رفتار ميكروكانتيلور پيزوالكتريك در توپوگرافي سطح نمونه در مودهاي نوساني بالاتر و علي‌الخصوص مود ضربهاي به نسبت مود غيرتماسي بهبود يافته، تاخير زماني كاهش مييابد و شكل دقيقتري از ناهمواري را نشان ميدهد. در محيط مايع نشان داده شدهاست، با كاهش فاصله ميكروكانتيلور تا سطح نمونه، به دليل شدت گرفتن نيروي فشردگي سيال، دامنه ارتعاشي و فركانس ميكروكانتيلور كاهش مييابد. همچنين حساسيت حركت ارتعاشي ميكروكانتيلور زاويهدار نسبت به نيروي فشردگي به علت كاهش مقدار اين نيرو كاهش مييابد و افزايش طول پراب، كاهش نيروي فشردگي را به همراه دارد كه اين امر در افزايش دامنه حركت ارتعاشي تاثير گذار مي‌باشد. در بررسي حركت ارتعاشي ميكروكانتيلور در محيط مايع، نيروي برشي وارد به كانتيلور نيز مورد بررسي قرار گرفته است و مشاهده شدهاست با در نظر گرفتن اين نيرو، مقدار دامنه و فركانس كاهش يافته است. نتايج شبيهسازي توپوگرافي در محيط مايع در مود دامنه، نشانگر كاهش تاخير زماني نسبت به محيط هوا ميباشد. به منظور بررسي ميزان حساسيت حركت ارتعاشي ميكروكانتيلور به تغيير پارامترهاي هندسي و ثوابت نيرويي، آناليز حساسيت انجام شده است. نتايج آناليز حساسيت نشان ميدهد تاثيرگذارترين پارامتر بر دامنه و فركانس، طول ميكروكانتيلور ميباشد. در اولين مود، طول قسمت اول ميكروكانتيلور بيشترين تاثير را بر دامنه، عمق توپوگرافي و تاخير زماني دارد. در حالي كه در مود دوم بيشترين تاثير مربوط به طول نوك ميباشد. بعلاوه نتايج حاكي از آن است كه ميزان تاثير فاصلهي تعادلي بر دامنه نسبت به ديگر ثوابت نيرويي بيشتر ميباشد كه با افزايش رطوبت ميزان تاثير آن بيشتر ميشود.

189083

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي، مكاترونيك

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم