Теоретическое моделирование взаимодействия индентора атомно-силового микроскопа с жидкой нанопленкой на поверхности образца
Автор: Ужегова Надежда Ивановна, Свистков Александр Львович, Гаришин Олег Константинович
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Статья в выпуске: 6-2 т.15, 2013 года.
Бесплатный доступ
Проведено теоретическое моделирование процесса внедрения зонда кантилевера атомно-силового микроскопа в жидкость. Зонд имел форму конуса со скругленной вершиной радиусом 10 нм, угол раствора конуса 40 0. Теоретически установлено, что искривление границы жидкости около зонда распространяется на величину, существенно превышающую зону контакта. Расчеты показали, что при вычислении значений капиллярных сил необходимо учитывать вес жидкости, т.е. на наноуровне сила тяжести со стороны жидкости существенно сказывается на капиллярном взаимодействии. С помощью предложенного подхода удалось рассчитать значения капиллярных сил, действующих на зонд при его контакте с жидкостью в зависимости от глубины погружения зонда.
Математическое моделирование, капиллярные силы, атомно-силовая микроскопия
Короткий адрес: https://sciup.org/148202582
IDR: 148202582
Список литературы Теоретическое моделирование взаимодействия индентора атомно-силового микроскопа с жидкой нанопленкой на поверхности образца
- Butt, H. Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications/H. Butt, B. Capella, M. Kappl//Surface science reports. 2005. Vol. 59. P. 1-152.
- Миронов, В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии: учеб. пос. для студентов старших курсов высших учебных заведений/Ин-т физики микроструктур РАН, 2004. 110 с.
- Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия. -М.: Мир, 1989. 510 с.
- Johnson, K.L. Surface energy and contact of elastic solids/K.L. Johnson, K. Kendall, A.D. Roberts//Proc. Roy. Soc. Lond. 1971. Vol. 324. P. 301-313.
- Derjaguin, B.V. Effect of contact deformations on the adhesion of particles/B.V. Derjaguin, V.M. Muller, Yu.P. Toporov//J. Colloid Interface Sci. 1975. Vol. 53. P. 314-325.
- Muller, V.M. On two methods of calculation of the force of sticking of an elastic sphere to a rigid plane/V.M. Muller, B.V. Derjaguin, Yu.P. Toporov//J. Colloids and Surface. 1983. Vol. 7. P. 251-259.
- Tabor, D. Surface forces and surface interactions//Journal of Colloid and Interface Science. 1977. Vol. 58. P. 2-13.
- Greenwood, J.A. On the DMT theory//J. Tribology Letters. 2007. Vol. 26. P. 203-211.
- Гаришин, О.К. Моделирование контактного режима работы атомно-силового микроскопа с учетом немеханических сил взаимодействия с поверхностью образца//Вычислительная механика сплошных сред. 2012. Т. 5. С. 61-69.
- Baselt, D.R. Imaging spectroscopy with the atomic force microscope/D.R. Baselt, J.D. Baldeschwieler//J. Appl. Phys. 1994. Vol. 76. P. 33-38.
- Meyer, E.E. Recent progress in understanding hydrophobic interactions/E.E. Meyer, K.J. Rosenberg, J. Israelachvili//PNAS. 2006. Vol. 103. P. 15739-15746.
- Рехвиашвили, С.Ш. Влияние размерной зависимости поверхности натяжения жидкой пленки на капиллярную силу в атомно-силовом микроскопе/С.Ш. Рехвиашвили, Б.А. Розенберг, В.В. Дремов//Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88, № 11. С. 887-891.
- Молчанов, С.П. Многопараметрическая методика атомно-силовой микроскопии в физико-химических исследованиях микро-и нанообъектов: дис. на соиск. учен. степ. канд. физ.-мат. наук, 2007. C. 59-71.
- He, M. Critical phenomena of water bridges in nanoasperity contacts/M. He, A.S. Blum, D.E. Aston et al.//Journal of chemical physics. 2001. Vol. 114. P. 1355-1360.
- Paajanen, M. Experimental humidity dependency of small particle adhesion on silica and titania/M. Paajanen, J. Katainen, O.H. Pakarinen et al.//Journal of colloid and interface science. 2006. Vol. 304. P. 518-523.
- Asay, D.B. Effects of adsorbed water layer structure on adhesion force of silicon oxide nanoasperity contact in humid ambient/D.B. Asay, S.H. Kim//The Journal of chemical physics. 2006. Vol. 124. P. 174712-1 -174712-5.
- Binggeli, M. Influence of capillary condensation of water on nanotribology studied by force microscopy/M. Binggeli, C.M. Mate//Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 65, № 4. P. 415-417.
- Комков, О.Ю. Влияние жидкостного мениска на величину поверхностных сил//Трение и износ. 2007. T. 28. C. 21-31.
- Crassous, J. Capillary force between wetted nanometric contacts and its application to atomic force microscopy/J. Crassous, M. Ciccotti, E. Charlaix//Langmuir. 2011. Vol. 27. P. 3468-3473.
- Hashemi, N. The dissipated power in atomic force microscopy due to interactions with a capillary fluid layer/N. Hashemi, M.R. Paul, H. Dankowicz et al.//Journal of applied physics. 2008. Vol. 104. P. 063518-1 -063518-5.
- Zitzler, L. Capillary forces in tapping mode atomic force microscopy/L. Zitzler, S. Herminghaus, F. Mugele//Physical review. 2002. Vol. B 66. P. 155436-1 -155436-8.
- Orr, F.M. Pendular rings between solids: meniscus properties and capillary force/F.M. Orr, L.E. Scriven, A.P. Rivas//J. Fluid Mechanics. 1975. Vol. 67. P. 723-742.
- Барайшук С.М. Топография и свойства поверхности изделий, модифицированных ионно-ассистированным осаждением покрытий/С.М. Барайшук, О.Г. Верес, И.С. Ташлыков//Методологические аспекты сканирующей зондовой микроскопии VII Международный семинар. Сборник докладов. -Минск, 2006. С. 217-221.
- Орлов, А.М. Влияние электрического поля на дислокационную структуру кремния при индентировании в воде/А.М. Орлов, А.А. Соловьев, И.О. Явтушенко, А.А. Скворцов//Физика твердого тела. 2009. T. 51. C. 48-51.
Статья научная
