Моделирование контактного режима работы атомно-силового микроскопа с учетом немеханических сил взаимодействия с поверхностью образца
Автор: Гаришин Олег Константинович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.5, 2012 года.
Бесплатный доступ
Предлагается дискретно-механическая модель, описывающая взаимодействие поверхности нелинейно-упругого полимерного материала и кантилевера атомно-силового микроскопа (АСМ) при контактном режиме работы. Рассматриваются не только упругие силы, возникающие между зондом АСМ и исследуемым материалом, но и межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса, а также силы поверхностного натяжения, связанные с искривлением поверхности образца. Их влияние на общую картину взаимодействия может быть очень существенным на наноуровне. Расчетная схема модели представляется в виде двух дискретных последовательно соединенных «пружинных» элементов. Первый элемент (чисто упругий) моделирует механическое воздействие кантилевера АСМ, второй элемент отвечает за механическую реакцию образца на внедрение в него зонда. Механическая сила определяется из решения соответствующей контактной краевой задачи. Для межмолекулярных и поверхностных сил получены аналитические зависимости в виде функций геометрии зонда и расстояния между его вершиной и поверхностью образца.
Атомно-силовая микроскопия, полимеры с нелинейно-упругими свойствами, силы ван-дер-ваальса, силы поверхностного натяжения
Короткий адрес: https://sciup.org/14320598
IDR: 14320598
Список литературы Моделирование контактного режима работы атомно-силового микроскопа с учетом немеханических сил взаимодействия с поверхностью образца
- Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. -М.: Машиностроение, 2003. -112 с.
- Giessibl F.J. AFM's path to atomic resolution//Materials Today. -2005. -V. 8, N. 5. -P. 32-41.
- Schuh C.A. Nanoindentation studies of materials//Materials Today. -2006. -V. 9, N. 5. -P. 32-40.
- Bhushan B. Nanotribology and nanomechanics. -Springer, 2005. -1148 p.
- Butt H-J., Capella B., Kappl V. Force measurements with atomic force microscope: Technique, interpretation and applications//Surface Science Reports. -2005. -V. 59. -P. 1-150.
- Bhushan B. Handbook of micro/manotribology. -Springer, 1999. -433 p.
- Vanlandingham M.R., McKnight S.H., Palmese G.R., Eduljee R.F., Gillepie J.W., McCulough Jr.R.L. Relating elastic modulus to indentation response using atomic force microscopy//Journal of Materials Science Letters. -1997. -V. 16, N. 2. -P. 117-119.
- Dao M., Chollacoop N., Van Vliet K.J., Venkatesh T.A., Suresh S. Computational modeling of the forward and reverse problems in instrumented sharp indentation//Acta Mater. -2001 -V. 49, N. 19. -P. 3899-3918.
- Fischer-Cripps A.C. Nanoindentation and indentation measurements//Mater. Sci. Eng. -2004. -V. 44. -P. 91-102.
- Fischer-Cripps A.C. Nanoindentation. -Springer, 2002. -217 p.
- Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. -Н. Новгород: Изд-во Института физики микроструктур РАН, 2004. -115 с.
- Мачихин В.Б., Арзамасцев А.А. Двухмерная модель структуры материала в процессе наноиндентирования//Электронный журнал «Исследовано в России» -С. 2267-2277. -http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/190.pdf (дата обращения: 26.03.2012).
- Szlufarska I. Atomistic simulations of nanoindentationn//Mater. Today. -2006. -V. 9, N. 5. -P. 42-50.
- Дедков Г.В, Дышеков М.Б. Деформация зоны контакта и адгезионное трение между зондом сканирующего фрикционного микроскопа и атомарно-гладкой поверхностью//ЖТФ. -2000. -Т. 70, вып. 7. -С. 96-101.
- Tsukruk V.V., Huang Z., Chizhik S.A., Gorbunov V.V. Probing of micromechanical properties of compliant polymeric materials//J. Mater. Sci. -1998. -V. 33, N. 20. -P. 4905-4909.
- Батог Г.С. Батурин А.С. Шешин Е.П. Моделирование контактной жесткости полусферического островкового включения//ЖТФ. -2008. -Т. 78, вып. 1. -С. 126-128.
- Sauer R.A. A computational contact model for nanoscale rubber adhesion//Proc. of the VI European conference on Constructive Models for Rubber. Germany, Dresden, September 7-10, 2009. -CRC Press, 2009. -P. 47-52.
- Морозов И.А., Гаришин О.К., Володин Ф.В., Кондюрин А.В., Лебедев С.Н. Экспериментальное и численное моделирование эластомерных композитов путем исследования нанослоев полиизопрена на углеродной поверхности//Механика композиционных материалов и конструкций. -2008. -Т. 14, № 1. -С. 3-15.
- Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. -М.: Наука, 1975. -576 c.
- Israelachvili J.N. Intermolecular and surface forces. -Academic Press, 1998. -450 p.
- Иванова Е.А., Кривцов А.М., Морозов Н.Ф., Фирсова А.Д. Теоретическая механика. Определение эквивалентных упругих характеристик дискретных систем: Учеб. пособие -СПб: Изд-во СПбГПУ, 2004. -33 с.
- Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Статистическая физика. Часть 2. Теория конденсированного состояния. -М.: Наука, 1978. -448 с.
- Смирнов Б.М. Физика слабоионизированного газа. -М.: Наука, 1972. -416 с.
- Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. -М.: Наука, 1985. -512 с.
- Таблицы физических величин. Справочник/Под ред. акад. И.К. Кикоина. -М.: Атомиздат, 1976. -1009 с.
