آنالیز عددی و تجربی ارتعاشات میکروتیر وی شکل میکروسکوپ نیروی اتمی با در نظر گرفتن نانو الیاف پلی‌وینیل الکل به‌عنوان نمونه

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دماوند، دماوند، تهران، ایران

2 نویسنده مسئول: استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دماوند، دماوند، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق، رفتار ارتعاشی میکروتیر وی ­شکل میکروسکوپ نیروی اتمی با در نظر گرفتن نانوالیاف پلی‌وینیل الکل با داربست­ها و غلظت­های مختلف به­عنوان نمونه نرم بررسی شده است. با توجه به اهمیت نانوفیبرهای پلی‌وینیل الکل و کاربرد آن­ها در علوم پزشکی و صنعت، انجام تحقیقی مستقل در مورد رفتار مکانیکی و ارتعاشی نانوالیاف پلی‌وینیل الکل، لازم به نظر می­رسد. پس از ساخت نانوالیاف پلی‌وینیل الکل با ساختارها و غلظت­های مختلف، مدول کشسانی و نیروی چسبندگی آن­ها برای هر دو مد نفوذی و بازگشتی میکروسکوپ به دست آمده­ است. برای بررسی خواص مکانیکی نانوالیاف پلی‌وینیل الکل با ساختارهای متفاوت، از میکروسکوپ نیروی اتمی جی­پی­کی مدل نانوویزارد 2 به­همراه نرم­افزار تخصصی آن با ویرایش 96/0/5 استفاده شده است. طبق نتایج، با افزایش غلظت پلی‌وینیل الکل همانند مد نفوذی میکروسکوپ، مدول کشسانی افزایش یافته، اما چسبندگی کاهش می­یابد. برای بررسی رفتار-ارتعاشی میکروتیر از مدل تیر تیموشنکو استفاده شده است. در تحقیق حاضر برای نخستین بار با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، مدول کشسانی نانوالیاف پلی‌وینیل الکل با داربست­ها و غلظت­های مختلف، تعیین شده و سپس رفتار ارتعاشی میکروتیر وی­شکل میکروسکوپ نیروی اتمی با توجه به پلی‌وینیل الکل به­عنوان نمونۀ نرم با روش اجزای محدود و با استفاده از تئوری برخورد دی ام تی و همچنین روش تجربی بررسی شده است. نتایج نشان می­دهند که با افزایش مدول کشسانی، نمونۀ فرکانس تشدید و اندازۀ پاسخ فرکانسی در جهت جابه­جایی عمودی افزایش می­یابند. در نهایت، نتایج مدل‌سازی عددی با نتایج عملی ناشی از آزمایش، مقایسه شده که همگرایی خوبی را بین آن­ها نشان می­دهد.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Binnig G, Quate CF, Gerber C. Atomic force microscope. Physical review letters. 1986;56(9):930.##
[2] Rabe U, Hirsekorn S, Reinstädtler M, Sulzbach T, Lehrer C, Arnold W. Influence of the cantilever holder on the vibrations of AFM cantilevers. Nanotechnology. 2006;18(4):044008.##
[3] Sahin O, Magonov S, Su C, Quate CF, Solgaard O. An atomic force microscope tip designed to measure time-varying nanomechanical forces. Nature nanotechnology. 2007;2(8):507-14.##
[4] Eslami S, Jalili N. A comprehensive modeling and vibration analysis of AFM microcantilevers subjected to nonlinear tip-sample interaction forces. Ultramicroscopy. 2012;117:31-45.##
[5] Payam AF. Sensitivity of flexural vibration mode of the rectangular atomic force microscope micro cantilevers in liquid to the surface stiffness variations. Ultramicroscopy. 2013;135:84-8.##
[6] Korayem MH, Sharahi HJ, Korayem AH. Comparison of frequency response of atomic force microscopy cantilevers under tip-sample interaction in air and liquids. Scientia Iranica. 2012;19(1):106-12.##
[7] Korayem M, Alipour A, Younesian D. Vibration suppression of atomic-force microscopy cantilevers covered by a piezoelectric layer with tensile force. Journal of Mechanical Science and Technology. 2018;32(9):4135-44.##
[8] Gholizadeh PashaA H, Sadeghi A. Modeling of Non-Linear Dynamic Behavior of Tapered Atomic Force Microscope Cantilevers Immersed in Different Liquids Based on Theoretical and Experimental Methods. Modares Mechanical Engineering. 2020;21(1):29-37.##
[9] Marin E, Rojas J. Evaluation of crosslinking on the water sorption properties of poly (vinyl) alcohol. Int J Pharm Sci Rev Res. 2015;35:189.##
[10] Cosgun A, Fu R, Jiang W, Li J, Song J, Song X, et al. Flexible quantum dot–PVA composites for white LEDs. Journal of Materials Chemistry C. 2015;3(2):257-64.##
[11] Kumar A, Han SS. PVA-based hydrogels for tissue engineering: A review. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials. 2017;66(4):159-82.##
[12] Coelho D, Sampaio A, Silva CJ, Felgueiras HP, Amorim MTP, Zille A. Antibacterial electrospun poly (vinyl alcohol)/enzymatic synthesized poly (catechol) nanofibrous midlayer membrane for ultrafiltration. ACS applied materials & interfaces. 2017;9(38):33107-18.##
[13] Shim E, Su J, Noro J, Teixeira MA, Cavaco-Paulo A, Silva C, et al. Conductive bacterial cellulose by in situ laccase polymerization of aniline. PloS one. 2019;14(4):e0214546.##
[14] Silva IO, Ladchumananandasivam R, Nascimento JHO, Silva KKO, Oliveira FR, Souto AP, et al. Multifunctional chitosan/gold nanoparticles coatings for biomedical textiles. Nanomaterials. 2019;9(8):1064.##
[15] Jahanmard-Hosseinabadi F, Amani-Tehrani M. Comprehensive Comparison Between Mechanical Properties of Nanofiber Matrix and Single Nanofibers. Journal of Textiles and Polymers. 2019;7(2):37-46.##
[16] Korayem M, Heidary K, Rastegar Z. The head and neck cancer (HN-5) cell line properties extraction by AFM. Journal of Biological Engineering. 2020;14(1):1-15.##
[17] Timoshenko S, Goodier J. Theory of Elasticity, 3rd McGraw-Hill. New York. 1951:409.##
[18] Song Y, Bhushan B. Simulation of dynamic modes of atomic force microscopy using a 3D finite element model. Ultramicroscopy. 2006;106(8-9):847-73.##
[19] Turner J. Non-linear vibrations of a beam with cantilever-Hertzian contact boundary conditions. Journal of sound and Vibration. 2004;275(1-2):177-91.##
[20] Cheng FY. Matrix analysis of structural dynamics: applications and earthquake engineering: CRC Press; 2017.##
دوره 18، شماره 1 - شماره پیاپی 67
شماره پیاپی 67، فصلنامه بهار
خرداد 1401
صفحه 105-122
  • تاریخ دریافت: 21 تیر 1400
  • تاریخ بازنگری: 27 آبان 1400
  • تاریخ پذیرش: 15 آذر 1400
  • تاریخ انتشار: 01 اردیبهشت 1401