استفاده از مدل‌هاي تماس كروي در مدل‌سازي منيپوليشن سه‌بعدي نانوذرات طلا با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي جهت محاسبه‌ي نيرو و زمان بحراني

Using of SphericalContact Models in 3D ManipulationModeling of Au Nanoparticles using Atomic Force Microscopy to Calculate the Critical Force and Time

امروزه منيپوليشن با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي به‌عنوان يكي از روش‌هاي نوين ساخت تجهيزات مقياس ميكرو/نانو مورد توجه محققين قرار گرفته است. ازآنجاكه اين روش نياز به فرآيندهاي دقيق و پيچيده داشته و هزينه‌هاي بالايي را دربردارد، لذا پيش از انجام هرگونه كار تجربي بايستي به مدل‌سازي دقيق آن پرداخت.مدل‌سازي دقيق فرآيند منيپوليشن سه‌بعدي از چهار بخش عمده شامل سينماتيك، ديناميك، اصطكاك و تماس تشكيل شده است. مدل‌سازي استاتيكي و ديناميكي منيپوليشن سه‌بعدي پيش‌ از اين توسط محققين مختلف بررسي شده است، اما به مدل‌سازي اصطكاكي و تماسي توجه كمتري شده است. در اين مقاله براي نخستين بار چهار مدل تماسي كروي، شامل مدل‌هاي هرتز، جي‌كاآر، دي‌اِم‌تي و بي‌سي‌پي جهت نانومنيپوليشن سه‌بعدي توسعه يافته و به كار برده شده‌اند. هدف از كاربرد اين مدل‌ها، بررسي اثر آن‌ها بر نيرو و زمان بحراني در منيپوليشن سه‌بعدي به‌منظور مدل‌سازي دقيق حركت نانوذره بر روي سطح مبنا مي‌باشد. نتايج به دست آمده بيانگر آن است كه مدل تماسي هرتز به دليل صرف‌نظر از نيروهاي چسبندگي كم‌ترين مقدار نيرو و زمان بحراني را نشان مي‌دهد، همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه غلتش ذرات حول محور xبه‌عنوان محتمل‌ترين مد حركتي، و لغزش در راستاي محور x به‌عنوان كم‌احتمال‌ترين مد حركتي خواهند بود.

Nowadays manipulation by using atomic force microscopeis one of the modern methods of construction micro/nano-scale equipment has been of interest to researchers.Because of this method requires detailed and complex processes and involves high costs, before any experimental work should be paid to accurate modeling of this process.The accurate modeling of 3D manipulation process is made of four major parts including the kinematic, dynamic, friction and contact.3D modeling of static and dynamic manipulation previously has been studied by various researchers, but less attention has been to the frictional and contact modeling.In this paper for the first time, four contact spherical models, including Hertz, JKR, DMT and BCP models for 3D nanomnipulation have been developed and used.The purpose of the application of these models is investigating their effects on critical force and time in 3D manipulation, in order to accurate modeling of motion of nanoparticles on the substrate.The results indicate that, Hertz contact model,because regardless of the adhesion forces, shows the least amount of critical force and time, also the results show that the rolling particles around the x axis is the most likely mode of motion and sliding particle along the x axis is the less likely mode of motion.