مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی سه‌بعدی فرآیند منیپولیشن نانوذره طلا در محیط هوا با استفاده از مدل اصطکاکی اِچ‌کا

نویسنده
استادیار مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه سراسری اراک
چکیده
امروزه میکروسکوپ نیروی اتمی، در ساخت تجهیزات میکرو/نانو به‌طور گسترده‌ای مورد توجه محققین قرار گرفته است. برای این منظور استخراج معادلات جابه‌جایی و منیپولیشن میکرو/نانوذرات امری ضروری است. اگر چه نیروهای سطحی مانند اصطکاک و چسبندگی در مقیاس ماکرو قابل چشم‌پوشی هستند، افزایش نسبت سطح به حجم در مقیاس میکرو/نانو، آن‌ها را بسیار مهم می‌کند. از مدل‌های مختلف اصطکاکی جهت جابه‌جایی دوبعدی در کارهای گذشته استفاده شده است. در این مقاله به استفاده از مدل اصطکاکی اِچ‌کا در مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک سه‌بعدی نانوجابه‌جایی جهت نزدیک‌تر شدن هرچه بیشتر نتایج مدل‌سازی به نتایج حاصل از نانوجابه‌جایی واقعی پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا مدل‌های مهم اصطکاکی مورد بررسی قرار گرفته‌ و جهت کاربرد در مقیاس میکرو/نانو توسعه یافته‌اند. سپس معادلات سه‌بعدی جابه‌جایی تشریح شده و ماتریس ضرایب سختی تیرک استخراج شده است و تمامی این معادلات جهت محاسبه‌ی نیرو و زمان بحرانی جابه‌جایی ترکیب شده‌اند. در انتها با شبیه‌سازی معادلات به‌دست‌آمده، مقادیر نیرو و زمان بحرانی جابه‌جایی سه‌بعدی برای ذره طلا با استفاده از مدل اصطکاکی اِچ‌کا محاسبه شده است. نتایج به‌دست‌آمده بیانگر شروع به حرکت غلتشی ذره مورد بررسی حول محور x قبل از غلتش حول محور y و همچنین لغزش در راستای محور y قبل از لغزش در راستی محور x می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

3D Modeling of Gold Nanoparticle Manipulation in Air Using HK Friction Model

نویسنده English

Moein Taheri
Assistant Professor of Mechanical Engineering School of Mechanical Engineering Arak University
چکیده English

Nowadays, atomic force microscopy has widely attracted researchers’ attention in manufacturing of micro/nano equipment. For this purpose, the displacement and manipulation equations for micro/nano-particle are essential. Although surface forces such as friction and adhesion are ignorable in macro scale, increased surface to volume ratio in micro/nano scale makes them very important. Various friction models have been used for two-dimensional manipulation in previous works. In this paper, HK friction model has been used to model and simulate three dimensional manipulation dynamically in order to have closer results to real manipulation. For this purpose, the important friction models have been studied and developed to use in micro/nano scale. Then, three-dimensional manipulation equations have been obtained and stiffness coefficient matrix for beam is extracted and all these equations have been combined to calculate the critical force and time of manipulation. Finally, simulation of obtained equations was used to calculate the critical force and time values of the three-dimensional manipulation for gold particle using HK friction model. The results indicate that rolling starts around x-axis before y-axis, and sliding starts along y-axis before x-axis.

کلیدواژه‌ها English

HK friction model
Au nanoparticle
3D-manipulation
Atomic force microscope