Моделирование контактного режима работы атомно-силового микроскопа с учетом немеханических сил взаимодействия с поверхностью образца
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.1.8Ключевые слова:
атомно-силовая микроскопия, полимеры с нелинейно-упругими свойствами, силы Ван-дер-Ваальса, силы поверхностного натяженияАннотация
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.
Скачивания
Библиографические ссылки
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. DOI
Schuh C.A. Nanoindentation studies of materials // Materials Today. - 2006. - V. 9, N. 5. - P. 32-40. DOI
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. DOI
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. DOI
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. DOI
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. DOI
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. DOI
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.
###
Golovin U.I. Vvedenie v nanotehnologiu. - M.: Masinostroenie, 2003. -112 s.
Giessibl F.J. AFM’s path to atomic resolution // Materials Today. - 2005. - V. 8, N. 5. - P. 32-41. DOI
Schuh C.A. Nanoindentation studies of materials // Materials Today. - 2006. - V. 9, N. 5. - P. 32-40. DOI
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. DOI
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. DOI
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. DOI
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.
Mironov V.L. Osnovy skaniruusej zondovoj mikroskopii. - N. Novgorod: Izd-vo Instituta fiziki mikrostruktur RAN, 2004. - 115 s.
Macihin V.B., Arzamascev A.A. Dvuhmernaa model’ struktury materiala v processe nanoindentirovania // Elektronnyj zurnal <> - S. 2267-2277. - http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/190.pdf (data obrasenia: 26.03.2012).
Szlufarska I. Atomistic simulations of nanoindentationn // Mater. Today. - 2006. - V. 9, N. 5. - P. 42-50. DOI
Dedkov G.V, Dysekov M.B. Deformacia zony kontakta i adgezionnoe trenie mezdu zondom skaniruusego frikcionnogo mikroskopa i atomarno-gladkoj poverhnost’u // ZTF. - 2000. - T. 70, vyp. 7. - S. 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. DOI
Batog G.S. Baturin A.S. Sesin E.P. Modelirovanie kontaktnoj zestkosti polusfericeskogo ostrovkovogo vklucenia // ZTF. - 2008. - T. 78, vyp. 1. - S. 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.
Morozov I.A., Garisin O.K., Volodin F.V., Kondurin A.V., Lebedev S.N. Eksperimental’noe i cislennoe modelirovanie elastomernyh kompozitov putem issledovania nanosloev poliizoprena na uglerodnoj poverhnosti // Mehanika kompozicionnyh materialov i konstrukcij. - 2008. - T. 14, No 1. - S. 3-15.
Timosenko S.P., Gud’er Dz. Teoria uprugosti. - M.: Nauka, 1975. - 576 c.
Israelachvili J.N. Intermolecular and surface forces. - Academic Press, 1998. - 450 p.
Ivanova E.A., Krivcov A.M., Morozov N.F., Firsova A.D. Teoreticeskaa mehanika. Opredelenie ekvivalentnyh uprugih harakteristik diskretnyh sistem: Uceb. posobie - SPb: Izd-vo SPbGPU, 2004. - 33 s.
Lifsic E.M., Pitaevskij L.P. Statisticeskaa fizika. Cast’ 2. Teoria kondensirovannogo sostoania. - M.: Nauka, 1978. - 448 s.
Smirnov B.M. Fizika slaboionizirovannogo gaza. - M.: Nauka, 1972. - 416 s.
Avorskij B.M., Detlaf A.A. Spravocnik po fizike. - M.: Nauka, 1985. - 512 s.
Tablicy fiziceskih velicin. Spravocnik / Pod red. akad. I.K. Kikoina. - M.: Atomizdat, 1976. - 1009 s.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2012 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
