13395

مطالعه و استخراج روابط رياضي حاكم بر تئوري‌هاي مكانيك تماس مواد پلاستيك و ويسكوپلاستيك با هدف استفاده براي ميكروسكوپ نيروي اتمي

1402

محرم حبيب نژاد كورايم

هنگامي كه مواد در تماس با يكديگر قرار داشته و تحت اثر نيرو قرار مي‌گيرند، رفتار مكانيكي پيچيده‌‌اي از خود نشان خواهند داد. با استفاده از مكانيك تماس، مي‌توان تشخيص داد كه اين مواد چگونه تغييرشكل داشته و چه رفتاري در سطح اتمي خواهند داشت. تئوري‌هاي تماس كلاسيك عمدتاً بر اساس برهمكنش اجسام الاستيك متمركز هستند، به گونه‌اي كه تنش‌هاي تماسي از حد استحكام تسليم اجسام فراتر نروند. در دهه‌هاي اخير، توسعه ابزارهاي نوين تصويربرداري در مقياس نانو علي‌الخصوص ميكروسكوپ نيروي اتمي(AFM) كه بر پايه تماس مكانيكي عمل مي‌نمايد، توجه محقّقان را به پژوهش در زمينه توسعه تئوري‌هاي تماس مناسب براي استفاده در مقياس‌هاي كوچك و شرايط خاص افزايش داده است. بخش عمده‌اي از نانوذرات تحت بررسي توسطAFM ، ضريب الاستيك بسيار كمي دارند؛ به گونه‌اي كه در اثر نيروي تماسِ سوزن AFM به راحتي دچار تغييرشكل‌هاي ماندگار مي‌شوند. در راستاي انجام اين مهم، مطالعه‌اي بر تئوري‌هاي تماس مواد در ناحيه پلاستيك انجام شد و مدل‌هاي توسعه داده شده در اين زمينه بررسي و مطالعه شدند. سپس تئوري‌هايي كه اين تغييرشكل‌هاي ماندگار را مدل‌سازي كرده‌اند(مانند چانگ و ژائو)، انتخاب شدند و روابط رياضي حاكم بر آن‌ها نيز استخراج شدند. روابط رياضي، پارامتر‌هاي تماس نظير مساحت تماس، نيروي تماس و فشار تماس را برحسب مقدار عمق نفوذ بيان ‌مي‌كردند. در ادامه با استفاده از روابط بدست آمده، شبيه‌سازي‌هايي صورت گرفت و نمودار‌هايي براي پارامترهاي تماس رسم شدند و با نتايج تجربي نيز مقايسه شدند. اين نمودارها نشان دادند كه با افزايش نيرو، مقدار عمق نفوذ و شعاع تماس افزايش خواهد داشت. همچنين مشخص شد كه تئوري‌هاي انتخاب شده در مقايسه با تئوري‌هاي الاستيك، رفتاري نزديك‌تر به نتايج تجربي خواهند داشت. اين نشان‌دهنده‌ي اين خواهد بود كه ذرات تحت اثر نيروها، فقط تغييرشكل الاستيك نخواهند داشت و به صورت پلاستيك و الاستيك-پلاستيك نيز تغييرشكل پيدا مي‌كنند. در نتيجه مطالعه و توسعه اين مدل‌ها، درك عميق‌تري از خواص و رفتار مواد در مقياس نانو را ممكن ساخته و به نوبه خود فرصت‌هاي جديدي را در زمينه‌هاي فناوري نانو، علوم سطح، بيومواد و فناوري نيمه هادي‌ها و ... باز خواهد كرد.

6/9/2024 12:00:00 AM

82852

1403/03/22