تحلیل حساسیت پارامترهای محیطی در جابه‌جایی مقیاس نانو در فضای سه‌بعدی با استفاده از مدل اصطکاکی اِ‌چ‌کا

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه اراک

2 دانشجوی کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

منیپولیشن نانوذرات از دو فاز تشکیل شده است. فاز اول بررسی نیرو و زمان بحرانی و فاز دوم بررسی حرکت و جابه‌جایی نانوذرات است. در این مقاله به بررسی فاز اول منیپولیشن نانوذرات پرداخته شده است. نیروی بحرانی مقدار نیروی لازم برای غلبه بر نیروهای اصطکاک و چسبندگی سطح است. همچنین زمان بحرانی مدت زمانی است که ذره از حالت استاتیکی خود به حالت دینامیکی تغییر پیدا می‌کند. دو دسته پارامتر به‌صورت عمده بر این دو فاکتور مهم تأثیر گذار است: 1-پارامترهای محیطی و 2-پارامترهای ابعادی. در این مقاله با استفاده از آنالیز حساسیت که روش آماری ای-فست یکی از آن‌ها است و همچنین مدل دقیق اصطکاکی اِچ‌کا به بررسی تأثیر پارامترهای محیطی بر نیرو و زمان بحرانی غلطش پرداخته شده است. انرژی سطحی، کارچسبندگی، مدول الاستیسیته سوزن، مدول الاستیسیته ذره، ضریب پواسون سوزن و ضریب پواسون ذره پارامترهای محیطی مورد بررسی هستند. با فرض صلب بودن نانو ذره و بدون تغییر شکل آن مدول الاستیسیته ذره به‌عنوان تأثیر گذارترین فاکتور بر روی نیرو و زمان بحرانی غلطش در راستای محور x و مدول الاستیسیته سوزن اثرگذارترین پارامتر بر روی نیرو و زمان بحرانی غلطش در راستای محور y در نانومنیپولیشن با استفاده از مدل اصطکاکی اِچ‌کا بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Bhushan B, Jung Y, Nosonovsky M (2010) Springer handbook of nanotechnology.

[2] Korayem AH, Taghizadeh M, Abdi M (2017) Experimental analysis of rough surface topography and modifying the humidity effect in AFM images to improve the topography quality. Int J Adv Manuf Technol 94(4): 1229-1241.

[3] Korayem MH, Hoshiar AK, Badrlou S, Yoon J (2016) Modeling and simulation of critical force and time in 3D manipulations using rectangular,V-shaped and dagger-shaped cantilevers. Eur J Mech A-Solid 59: 333-343

[4] Jazi MM, Ghayour M, Rad SZ, Miandoab EM (2018) Effect of size on the dynamic behaviors of atomic force microscopes. Microsyst Technol 24(4): 1755-1765.

 [5] Korayem MH, Nosoudi S, Far SK, Hoshiar AK (2018) Hybrid IPSO-automata algorithm for path planning of micro-nanoparticles through random environmental obstacles, based on AFM. J Mech Sci Technol 32(2): 805-810.

 [6] Abbasi M (2018) A simulation of atomic force microscope microcantilever in the tapping mode utilizing couple stress theory. Micron 107: 20-27.

 [7] Korayem MH, Homayooni A, Hefzabad RN (2018) Non-classic multiscale modeling of manipulation based on AFM, in aqueous and humid ambient. Surf Sci 671: 27-35.

[8] Korayem MH, Khaksar H, Hefzabad RN, Taheri M (2018) Contact simulation of soft micro/nano bioparticles for use in identification of mechanical properties and manipulation based on atomic         force microscopy. P I Mech Eng K-J Mul 232(2): 274-285.

[13] Falvo M, Taylor R, Helser A, Chi V, Brooks FP, Washburn S, Superfine R (1999) Nanometre-scale rolling and sliding of carbon nanotubes. Nature  397: 236-238.

[14] Taheri M (2016) 3D modeling of gold nanoparticle manipulation in air using HK friction model. Modares Mechanical Engineering 16(10): 311-316. (in Persian)

 [15] Taheri (2016) Manipulation dynamic modeling for micro/nano-devices manufacturing using the LuGre friction model. Modares Mechanical Engineering 16(10): 311-316. (in Persian)

 [16] Junno T, Deppert K, Montelius L, Samuelson L (1995) Controlled manipulation of nanoparticles with an atomic force microscope. Appl Phys Lett 66: 3627-3629.

[17] Zakeri M, Kharazmi M (2014) Modeling of friction in micro/nano scale with random roughness distribution. Modares Mechanical Engineering 14(11): 175-184. (in persion)

[18] Taheri M (2018) Using of sphericalcontact models in 3d manipulationmodeling of Au nanoparticles using atomic force microscopy to calculate the critical force and time. Mechanical Engineering Tabriz University 48(2): 175-184. (in persion)

[19] Castillo J, Dimaki M, Svendsen WE (2009) Manipulation of biological samples using micro and nano techniques. Integr Biol 1(1): 30-42.

[20] Arsuaga J, Tan RK-Z, Vazquez M, Harvey SC (2008) Investigation of viral DNA packaging using molecular mechanics models. Biophys Chem 4(2): 475-487

[21] McNamee CE, Pyo N, Tanaka S, Vakarelski IU, Kanda Y, Higashitani K (2006) Parameters affecting the adhesion strength between a living cell and a colloid probe when measured by the atomic force microscope. Colloid Surface B 48(2): 176-82.

[22] Ikai A, Afrin R, Sekiguchi H (2007) Pulling and pushing protein molecules by AFM. Curr Nanosci 3(1): 17-29.

[23] Xi N, Yang R, Fung CKM, Lai KWC, Song B, Qu C (2010) Atomic force microscopy based nanorobotic operations for biomedical investigations. Nanotechnology (IEEE-NANO), 2010 10th IEEE Conference on; 2010: IEEE.

[24] Shen Y, Nakajima M, Ahmad MR, Kojima S, Homma M, Fukuda T (2011) Effect of ambient humidity on the strength of the adhesion force of single yeast cell inside environmental-SEM. Ultramicroscopy 11(8): 1176-1183.

 [25] Frey H, Patil SR (2002) Identification and review of sensitivity analysis methods. Risk Anal 22(3): 553-578.

 [26] Saltelli A, Annoni P (2010) How to avoid a perfunctory sensitivity analysis. Environ Modell Softw 25(12): 1508-1517.

 [27] Weyl H (1938) Mean motion. Am J Math 60(4): 889-896.

 [28] Saltelli A, Bolado R (1998) An Alternative way to compute Fourier amplitude sensitivity test (FAST). Comput Stat Data An 26(4): 445-460.

 [29] Hurtado JA, Kim KS (1999) Scale effects in friction of single–asperity contacts. I. From concurrent slip to single–dislocation–assisted slip. P Roy Soc A-Math Phy 455: 3363-3384.

 [30] Hurtado JA, Kim KS (1999) Scale effects in friction of single–asperity contacts. I. From concurrent slip to single–dislocation–assisted slip. P Roy Soc A-Math Phy 455: 3385-3400.

[31] Korayem MH, Badkoobehhezaveh H, Taheri M, Ghasemi M (2016) Sensitivity analysis of the critical conditions of AFM-based biomanipulation of cylindrical biological particles in various biological mediums by means of the sobol method. Int J Nanosci Nanotechno 12(3): 149-166.

[32] Korayem MH, Ghasemi M, Taheri M, Badkoobehhezaveh H (2015) Investigating the effective parameters in the Atomic Force Microscope–based dynamic manipulation of rough micro/nanoparticles by using the Sobol sensitivity analysis method. Simul-T Soc Mod Sim 91(12): 1068-1080.