مدل‌ سازي سه‌ بعدي فرآيند منيپوليشن نانو ذره طلا در محيط هوا با استفاده از مدل اصطكاكي اِچ‌ كا

3D modeling of nanoparticle manipulation in air using HK friction model

امروزه ميكروسكوپ نيروي اتمي، در ساخت تجهيزات ميكرو/نانو به‌طور گسترده‌اي مورد توجه محققين قرار گرفته است. براي اين منظور استخراج معادلات جابه‌جايي و منيپوليشن ميكرو/نانوذرات امري ضروري است. اگر چه نيروهاي سطحي مانند اصطكاك و چسبندگي در مقياس ماكرو قابل چشم‌پوشي هستند، افزايش نسبت سطح به حجم در مقياس ميكرو/نانو، آن‌ها را بسيار مهم مي‌كند. از مدل‌هاي مختلف اصطكاكي جهت جابه‌جايي دوبعدي در كارهاي گذشته استفاده شده است. در اين مقاله به استفاده از مدل اصطكاكي اِچ‌كا در مدل‌سازي و شبيه‌سازي ديناميك سه‌بعدي نانوجابه‌جايي جهت نزديك‌تر شدن هرچه بيشتر نتايج مدل‌سازي به نتايج حاصل از نانوجابه‌جايي واقعي پرداخته شده است. بدين منظور ابتدا مدل‌هاي مهم اصطكاكي مورد بررسي قرار گرفته‌ و جهت كاربرد در مقياس ميكرو/نانو توسعه يافته‌اند. سپس معادلات سه‌بعدي جابه‌جايي تشريح شده و ماتريس ضرايب سختي تيرك استخراج شده است و تمامي اين معادلات جهت محاسبه‌ي نيرو و زمان بحراني جابه‌جايي تركيب شده‌اند. در انتها با شبيه‌سازي معادلات به‌دست‌آمده، مقادير نيرو و زمان بحراني جابه‌جايي سه‌بعدي براي ذره طلا با استفاده از مدل اصطكاكي اِچ‌كا محاسبه شده است. نتايج به‌دست‌آمده بيانگر شروع به حركت غلتشي ذره مورد بررسي حول محور x قبل از غلتش حول محور y و همچنين لغزش در راستاي محور y قبل از لغزش در راستي محور x مي‌باشد

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/nanoparticle 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 for use in micro/nano scale. Then, three-dimensional manipulation equations have been obtained and stiffness coefficient matrix for beam is extracted and all of the equations are 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 xaxis before y-axis, and sliding starts along y-axis before x-axis.