21029

۲۱۰۲۹

كنترل نانومنيپوليشن دوبعدي نانوذرات متخلخل بر پايه ميكروسكوپ نيروي اتمي و بررسي آزمايشگاهي خواص مكانيكي آن

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

۹۵-۹۶

۱۳۹۸/۰۳/۲۹

دكتر محرم حبيب‌نژاد كورايم

مكانيك

اعمال نيروي كنترل‌شده صحيح به نانوذره در فرآيند منيپوليشن، از آسيب و تخريب آن جلوگيري مي‌كند. لذا در اين پايان‌نامه سعي شده است تا با استفاده از قوانين كنترلي و ديناميكي براي دستگاه ميكروسكوپ نيروي اتمي جهت نانوذرات بيضوي ساده و بيضوي متخلخل به اعمال يك نيروي كنترلي دست يافت. نتايج براي قسمت ديناميك نشان مي‌دهد كه چه زماني نانوذرات شروع به لغزش و غلتش مي‌كنند. همينطور براي يك نوع ذره خاص آيا ابتدا غلتش روي صفحه اتفاق مي‌افتد و يا اين كه لغزش رخ مي‌دهد. براي نانوذرات بيضوي ساده، ذره ابتدا روي سطح مي‌غلتد و سپس لغزش آغاز مي‌شود. براي نانوذرات بيضوي متخلخل نيز با افزايش ضريب تخلخل ابتدا لغزش رخ مي‌دهد. هرچه تخلخل بيشتر شود، فاصله بين نيروي مورد نياز براي تغيير لغزش به غلتش زياد مي‌شود. اين امر به اين دليل است كه نيروي درگ، چسبندگي سطح و زبري روي سطح زياد شده است و باعث مي‌شود كه غلتش بسيار ديرتر از لغزش رخ دهد. بعلاوه براي كنترلر طراحي شده مقدار آن‌ها از 0.1 ثانيه زودتر به مقدار مطلوب رسيد. همچنين خواص مكانيكي ماده سراميكي آمورف آلومينا گرانولي با استفاده از تست‌هاي نانودندانه‌گذاري و نانوخراش گرفته شد تا مقاومت و پايداري قابل قبول آن‌ها مورد ارزيابي قرار گيرد. لذا مدول الاستيسيته و سختي آلومينا گرانولي توليد شده با استفاده از روش نانودندانه‌گذاري تحت نيروهاي مختلف تخمين زده شد. نتايج نشان داد كه اين ماده به شدت متخلخل بوده و خلل و فرج فراواني را شامل مي‌شود. همچنين نتايج بيانگر اين موضوع است كه مدول الاستيسيته و سختي با افزايش نيروي ايندنتر، روند خاصي را طي نمي‌كند. همينطور در يك محدوده خاص افزايش و يا كاهش مي‌يابد. مدول الاستيسيته اين ماده ۱۲.۶ گيگاپاسكال و سختي 0.433 گيگاپاسكال محاسبه شد. به‌علاوه شاخص پلاستيسيته نيز براي اين ماده آلومينا گرانولي نيز بررسي شد كه نشان مي‌دهد، اين ماده به شدت پلاستيك، با شاخص پلاستيسيته 0.83 مي‌باشد. در پايان، براي به دست آوردن مقاومت در برابر خراش اين ماده گرانولي از تست نانوخراش در دو نيروي مختلف انجام شد. نتايج نشان داد كه با افزايش نيروي ايندنتر، مقاومت در برابر خراش نيز بيشتر مي‌شود.

1398/06/26

Two dimentional nanomanipulation control of porous nanoparticles using atomic force microscopy and Experimental analysis of their mechanical properties

6/18/2020 12:00:00 AM

Applying the correct controlled force to the nanoparticle in the manipulation process prevents damage and degradation. So, in this research, it has been tried to apply a control force using the control and dynamics rules of simple and porous elliptical nanoparticles. The results for the dynamics section indicate when the nanoparticles begin to slip and rotate. Also for a particular type of particle, first, the roll occurs on the substrate or the slip occurs on the substrate. For elliptical nanoparticles, something else happens, and it's that the particle is first rolling on the surface, and then the slip begins. For porous elliptical nanoparticles, with increasing porosity coefficient, a slip occurs initially. As the porosity increases, the gap between the forces needed to change the slip to its rotation also rises. It is due to the fact that the drag force, surface adhesion and roughness increase on the surface, and this causes the rolling occurs much later than the slip. In addition, for the controller, their value ranges from 0.1 seconds earlier to the desired value. Also, the mechanical properties of amorphous ceramic granular alumina γ were taken using nanoindentation and nanoscratch tests to evaluate their resistance and stability. The elasticity modulus and hardness of granular alumina γ was estimated using a nanoindentation method under different forces. The results showed that this material is highly porous and includes a lot of porosity. The results also indicate that the modulus of elasticity and hardness does not go through a particular process with rising indenter force. It means these features increase or decrease in a certain range. The modulus of elasticity and hardness of this material were calculated 12.6 GPa and 0.433 GPa, respectively. In addition, the plasticity index for this granular alumina has also been investigated, indicating that this material is highly plastic, with a plasticity index of 0.83. In the end, to obtain the scratch resistance of this granular material, a nanoscratch test was performed on two different forces. The results show that with increasing the indenter force, the scratch resistance also growths.