آناليز عددي و تجربي ارتعاشات ميكروتير وي شكل ميكروسكوپ نيروي اتمي با در نظر گرفتن نانو الياف پلي‌وينيل الكل به‌عنوان نمونه

Numerical and Experimental Analysis of V-Shaped Atomic Force Microscope Cantilever Vibrations by Considering Polyvinyl Alcohol Nanofibers as the Sample

در اين تحقيق، رفتار ارتعاشي ميكروتير وي ­شكل ميكروسكوپ نيروي اتمي با در نظر گرفتن نانوالياف پلي‌وينيل الكل با داربست­ ها و غلظت­هاي مختلف به­ عنوان نمونه نرم بررسي شده است. با توجه به اهميت نانوفيبرهاي پلي‌وينيل الكل و كاربرد آن­ها در علوم پزشكي و صنعت، انجام تحقيقي مستقل در مورد رفتار مكانيكي و ارتعاشي نانوالياف پلي‌وينيل الكل، لازم به نظر مي­رسد. پس از ساخت نانوالياف پلي‌وينيل الكل با ساختارها و غلظت­هاي مختلف، مدول كشساني و نيروي چسبندگي آن­ها براي هر دو مد نفوذي و بازگشتي ميكروسكوپ به دست آمده­ است. براي بررسي خواص مكانيكي نانوالياف پلي‌وينيل الكل با ساختارهاي متفاوت، از ميكروسكوپ نيروي اتمي جي­پي­كي مدل نانوويزارد 2 به­همراه نرم­افزار تخصصي آن با ويرايش 96/0/5 استفاده شده است. طبق نتايج، با افزايش غلظت پلي‌وينيل الكل همانند مد نفوذي ميكروسكوپ، مدول كشساني افزايش يافته، اما چسبندگي كاهش مي­يابد. براي بررسي رفتار-ارتعاشي ميكروتير از مدل تير تيموشنكو استفاده شده است. در تحقيق حاضر براي نخستين بار با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي، مدول كشساني نانوالياف پلي‌وينيل الكل با داربست­ها و غلظت­هاي مختلف، تعيين شده و سپس رفتار ارتعاشي ميكروتير وي­شكل ميكروسكوپ نيروي اتمي با توجه به پلي‌وينيل الكل به ­عنوان نمونۀ نرم با روش اجزاي محدود و با استفاده از تئوري برخورد دي ام تي و همچنين روش تجربي بررسي شده است. نتايج نشان مي­دهند كه با افزايش مدول كشساني، نمونۀ فركانس تشديد و اندازۀ پاسخ فركانسي در جهت جابه­ جايي عمودي افزايش مي­يابند. در نهايت، نتايج مدل‌سازي عددي با نتايج عملي ناشي از آزمايش، مقايسه شده كه همگرايي خوبي را بين آن­ها نشان مي­دهد.

In this study, the vibrational behavior of V shaped AFM beam by supposing poly vinyl alcohol (PVA) nanofibers scaffolds with different formats and PVA concentrations as the soft samples has been investigated. Based on the importance of polyvinyl alcohol nanofibers and their application in medical sciences and industry, it seems necessary to consider an independent study on the vibrational behavior of atomic force microscope cantilevers considering polyvinyl alcohol nanofibers. After making of PVA nanofibers scaffolds with different formats and PVA concentrations by electrospinning system, the elasticity modules and adhesions of the samples have been earned in extend and retraction strokes as the most important step to study the vibrational behavior of the AFM beam. By increasing the PVA concentration, the elasticity modules increases, but adhesion decreases. Appling the extend strokes increases the elasticity modules, but decrease the adhesion. For theoretical dynamic behavior of V shaped AFM beam, Timoshenko bema theory has been applied. In the present study, the elastic modulus of poly vinyl alcohol (PVA) nanofibers scaffolds with different formats and PVA concentrations has been defined using AFM, then the vibrational behavior of V shaped AFM cantilever by supposing PVA nanofibers as the soft sample has been studied. The obtained results by FEM modeling show that increasing the elasticity modules of the samples increases the resonant frequency and amplitude of FRF of vertical movement of the beam. The results by theoretical modeling has been compared with experimental method. The results show excellent agreement.