عنوان
مدل‌سازي ميكروكانتيلور پيزوالكتريك AFM تك لايه با توجه به تئوري تيموشنكو در تقابل سطح نمونه با استفاده از روش‌هاي چند مقياسي در محيط‌هاي هوا و مايع در مود دامنه
نويسنده اصلي
فاطمه ايماني
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) يكي از شناخته‌شده‌ترين وسايل قادر به تصويرسازي در مقياس اتمي از سطوح رسانا و نارسانا با تفكيك مكاني مي¬باشد. اين پايان‌نامه به مدل‌سازي و شبيه‌سازي حركت ارتعاشي ميكروكانتيلور پيزوالكتريك مبتني بر تئوري تير تيموشنكو در شرايط محيطي هوا و مايع مي‌پردازد. بدين منظور، در ابتدا حركت ارتعاشي ميكروكانتيلور پيزوالكتريك در مود دامنه و با در نظر گرفتن ناپيوستگي‌هاي هندسي مدل‌سازي مي¬شود. به منظور حل معادله حركت متغيرها را جداسازي كرده و از روش چند مقياسي براي حل معادلات استفاده مي¬گردد. تحليل رفتار ارتعاشي ميكروكانتيلور پيزوالكتريك در مود ديناميكي كه شامل مود غير تماسي و مود ضربه¬اي هست، مورد بررسي قرار مي¬گيرد. ديناميك اين سيستم تحت تأثير نيروهاي تداخلي بين نوك پراب و سطح نمونه شامل نيروهاي واندروالس ، مويينگي و تماسي مي¬باشد؛ در محيط مايع نيز مدل¬سازي بر اساس تغييرات ناشي از تأثير وجود سيال در اطراف ميكروكانتيلور انجام مي¬شود. طبق نتايج به‌دست‌آمده در شرايط محيطي مختلف نيروهاي وارده به پراب، باعث كاهش دامنه و كاهش فركانس تشديد مي¬شوند. طبق نتايج حاصل از شبيه‌سازي تاخير زماني مود ضربه¬اي نسبت به مود غير تماسي كمتر مي¬باشد و توپوگرافي سطح نمونه در مودهاي نوساني بالاتر شكل دقيق¬تري از ناهمواري را نشان مي¬دهد و در مودهاي بالاتر عمق ناهمواري كمتر مي‌شود. نتايج شبيه¬سازي توپوگرافي در محيط مايع در مود دامنه، نشانگر كاهش تاخير زماني نسبت به محيط هوا مي¬باشد. در مود غير تماسي در فواصل خيلي كم نوك ميكروكانتيلور تا سطح نمونه نيروي جاذبه واندروالسي شدت پيدا مي¬كند، منحني پاسخ زماني ميكروكانتيلور از حالت تقارن نسبت به موقعيت تعادل خارج مي¬شود.
ضريبγ_f معياري از تأثير غيرخطي‌ها در سيستم است و تأثير طول و پهناي لايه پيزوالكتريك بر روي ضريب〖 γ〗_f بررسي مي-گردد. نتايج شبيه¬سازي نشان مي¬دهد كه اندازه ضريبγ_f با تغيير طول لايه در طول‌هاي كوچك افزايش يافته و پس از رسيدن به مقدار حداكثر با افزايش طول لايه كاهش پيدا مي‌كند و تأثيري كه ضخامت بر روي ضريب غير‌خطي مي‌گذارد، در طول‌هاي مختلف لايه متفاوت است و اندازه اين ضريب با افزايش پهناي لايه در ضخامت‌هاي مختلف كاهش مي‌يابد. با استفاده از روش جرم متمركز و مدل هساكا و مدل رانكل تحليل ارتعاشي ميكروكانتيلور پيزوالكتريك مورد بررسي قرار مي¬گيرد و حساسيت اين روش نسبت به نيروي فشردگي سيال از مدل تير غيريكنواخت كمتر است و طبق نتايج حاصل از شبيه¬سازي حل بر اساس تئوري مجموعه كره¬ها از دقت كمتري نسبت به حل چند مقياسي برخوردار هستند و مدل رانكل و مجموعه كره¬ها براي روش حل چند مقياسي از دقت بالاتري نسبت به مدل مشابه روش حل المان محدود برخوردار است و دقت مدل هساكا كمتر از مدل رانكل براي روش حل چند مقياسي است؛ بنابراين مدل رانكل براي روش حل چند مقياسي در تئوري تير تيموشنكو داراي كمترين خطا مي¬باشد.
واژه‌هاي كليدي: ميكروكانتيلور پيزوالكتريك AFM، تئوري تير تيموشنكو، حل چند مقياسي، توپوگرافي، روش مجموعه كره¬ها، مدل هساكا، مدل رانكل
شماره ركورد
191215
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
رشته تحصيلي
طراحي كاربردي
استاد راهنما
دكتر محرم حبيب نژاد كورايم