• شماره ركورد
    20420
  • شماره راهنما(اين فيلد مربوط به كارشناس ميباشد لطفا آن را خالي بگذاريد)
    ۲۰۴۲۰
  • پديد آورنده

    علي حافظي صفت

  • عنوان
    مدل‌سازي ارتعاشي ميكرو كانتيلور AFM با در نظر گرفتن بار محوري در محيط¬هاي كاري هوا و مايع
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    ارتعاشات و كنترل
  • سال تحصيل
    ۱۳۹۴
  • تاريخ دفاع
    ۱۳۹۷/۳/۲
  • استاد راهنما
    دكتر حبيب نژاد كواريم
  • دانشكده
    مكانيك
  • چكيده
    اين پايان‌نامه به مدل‌سازي ارتعاشي ميكرو كانتيلور ميكروسكوپ نيروي اتمي AFM با لايه¬هاي پيزوالكتريك در مود كاري غير تماسي با در نظر گرفتن بار محوري در محيط¬هاي هوا و مايع مي¬پردازد. ازآنجاكه در مودهاي ديناميكي نانو ربات AFM پارامترهايي چون دامنه، فركانس و فاز حركت به ‌عنوان فاكتور فيدبك در سيستم كنترلي در استخراج اطلاعات سطح نمونه و ولتاژ نانو ذرات استفاده مي‌شود، تحليل ارتعاشي ميكروكانتيلورهاي اين نانو ربات به‌منظور استخراج اين پارامترها اجتناب‌ناپذير است. همچنين به علت كاربردهاي زياد ميكروكانتيلور مايل ضرورت اعمال نيروهاي محوري و عرضي در مدل به‌شدت احساس مي‌شود. به منظور شبيه‌سازي ميكرو كانتيلور ميكروسكوپ نيروي اتمي از تئوري تير تيموشنكو و تئوري تنش كوپل اصلاح شده با در نظر گرفتن جابجايي محوري در مدل‌سازي ميكرو كانتيلور پيزوالكتريك چهار لايه استفاده مي¬شود. براي استخراج معادلات سيستم از روش انرژي و براي گسسته سازي معادلات از روش المان محدود بهره برده مي¬شود. در ادامه پاسخ¬هاي فركانسي و زماني سيستم با نتايج تجربي و شبيه‌سازي ديگر محققان مقايسه مي¬گردد. همچنين براي مشاهده تفاوت¬هاي نوع ميكرو كانتيلور پاسخ¬هاي فركانسي و زماني براي سه هندسه پركاربرد ميكرو كانتيلور AFM محاسبه و مقايسه مي¬شود. همچنين اثرات تغيير محيط كاري بر رفتار ارتعاشي بررسي مي¬شود و نشان داده شده كه با افزايش غلظت محيط، فركانس تشديد سيستم و همچنين دامنه ارتعاشات ميكرو كانتيلور كاهش مي¬يابد. در ادامه توپوگرافي سطح نمونه براي ناهمواري¬هاي مستطيلي و گوه¬اي براي تحريك در دو فركانس تشديد اول مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته شده است و نشان داده شده كه تأخير زماني در تحريك دوم كاهش مي¬يابد. همچنين تأخير زماني در محيط مايع كمتر از محيط هوا مي¬باشد. در محيط هوا تحريك با فركانس دوم تشديد شكل ناهمواري را بهتر از تحريك با فركانس اول نشان مي¬دهد اما در محيط مايع اين امر همواره برقرار نيست و با توجه به اختلاف فركانس تشديد محيط مايع و فركانس تحريك، وجود نويزهاي وارده به ميكرو كانتيلور، شكل ناهمواري در تحريك اول و دوم مي¬تواند بهتر با بدتر باشد. واژه‌هاي كليدي: ارتعاشات، ميكروكانتيلور پيزوالكتريك، AFM، تير تيموشنكو، بار محوري
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1398/02/14
  • عنوان به انگليسي
    Vibration modeling of AFM micro cantilever by considering the axial load in the air and ‎liquid workspaces
  • تاريخ بهره برداري
    5/23/2019 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    علي حافظي صفت

  • چكيده به لاتين
    This thesis is devoted to the vibrational modeling of the micro cantilever of the atomic force microscope with piezoelectric layers in noncontact work mode taking into account the axial load in air and liquid environments. The atomic force microscope has provided researchers with access to the nano world. This tool is used as a powerful tool for taking pictures of surfaces, moving particles, and measuring bits of force. As dynamic parameters of the AFM nano robot, parameters such as amplitude, frequency, and phase of motion are used as feedback factor in the control system in extracting sample surface information and nanoparticle voltage, the vibrational analysis of the nano robot micro cantilever in order to extract these parameters is inevitable. Also, the high utilization of slope micro cantilever is highly dependent on the need to apply axial and transverse forces in the model. In order to simulate the microscope of the atomic force microscope, this device should be considered. In non-contact mode, the vibrational micro cantilever gradually approaches the surface of the specimen, and due to the forces entering the micro cantilever from the sample surface and the environment, the frequency of amplification and oscillation amplitude change. In this regard, the theory of Timoshenko beam and the modified coupling stress theory are considered with consideration of axial displacement in four-layer piezoelectric microscope modeling. The energy method is used to derive systems equations and the finite element method is used to discriminate the equations. The frequency and time responses of the system are compared with experimental results and simulations of other researchers. Also, to observe differences in the type of micro cantilever, frequency and time responses are calculated and compared for three AFM microencapsulated geometries. Also, the effects of the work environment change on the vibrational behavior have been investigated and it has been shown that with increasing concentration of the environment, the frequency of the system intensification as well as the micro cantilever vibration amplitude decreases. In the next step, the topography of the surface of the sample for rectangular and curved roughnesses was investigated and evaluated for stimulation at two first resonance frequencies and it was shown that the delay time in the second stimulation decreases. Also, the time delay in the liquid environment is less than the air environment. In the ambient air, the stimulation with a second frequency actuation the shape of the ripple better than the first frequency stimulation, but in the fluid environment, this is not always the case, and due to the frequency difference between the excitement of the fluid medium and the frequency of excitation, the presence of disturbances and noise to the micro cantilever The form of roughness in the first and second stimulation can be better or the worse. Keywords: vibration, microcantilever, pizoelectric, AFM, Timoshenko beam, axial load