آقای احمد همایونی دانشجوی دکتری جناب آقای دکتر حبیب نژاد، روز دوشنبه 96/02/11 از رساله دکتری خود تحت عنوان "تحلیل دینامیکی چند مقیاسی میکروسکوپ های پروبی برای شرایط محیطی مختلف و ابزار مختلف همراه با اثرات غیر کلاسیک" دفاع خواهد کرد. این جلسه ساعت 17 روز دوشنبه در آمفی تاتر دانشکده مهندسی مکانیک برگزار خواهد شد.

چکیده:

میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) کاربردهای مختلف از جمله توپوگرافی و نانومنیپولیشن دارد.برای اینکه بتوان عملکرد AFM را هر چه دقیق‌تر مدلسازی کرد باید ساختار و نحوه عملکرد آن بطور مناسبی مشخص شود. یکی از موارد با اهمیت در بررسی عملکرد AFM، محدوده اندازه ذراتی است که توسط AFM دستکاری می­شوند. از AFM برای دستکاری ذرات در محدوده میکرو و نانو استفاده می­شود. در این رساله سعی شده با ارائه رهیافتی مناسب به مدلسازی هر چه دقیق‌تر نانومنیپولیشن ذرات با ابعاد نانو بوسیله AFM پرداخته شود. اختلاف ابعاد اجزاء اصلی (میکروتیرک و سوزن) در AFM که در محدوده میکرو قرار دارند با ذرات هدف که در محدوده نانو می­باشند ایجاب می­کند که برای مدلسازی در هر قسمت ابزاری متناسب با آن بخش بکار گرفته شود. ابزار مناسب برای مدلسازی در ابعاد میکرو و بزرگتر، استفاده از روش­های مبتنی بر تئوری مکانیک محیط پیوسته می­باشد در حالی که استفاده از مکانیک محیط پیوسته بدلیل آنکه اجزاء در ابعاد نانو بصورت گسسته هستند از نظر صحت با تردید روبرو است. از ابزار­های مناسب برای مدلسازی در مقیاس نانو، استفاده از روش دینامیک مولکولی می­باشد.راهکار عملی برای چنین سیستم­هایی که دارای تنوع مقیاس و ابزار مدلسازی هستند، بکار بردن روش‌های چند مقیاسی می‌باشد. با توجه به اینکه مقیاس اجزاء اصلی AFM در محدوده میکرو می­باشد، ضرورت دارد که روش‌های مبتنی بر مکانیک محیط پیوسته غیرکلاسیک برای مدلسازی دقیق‌تر این اجزاء بکار برده شود. به همین منظور در این رساله با مدلسازی ساختار اجزاء اصلی AFM بر پایه تئوری غیرکلاسیک تنش کوپله اصلاح شده، رهیافت چند مقیاسی غیرکلاسیک برای مدلسازی سه‌بعدی فرآیند نانومنیپولیشن ارائه گردیده است.

لذا، ابتداساختار AFM به دو بخش میدان ماکرو و میدان نانو تقسیم شده و سپس با مدلسازی میکروتیرک (به عنوان بخش مهم میدان ماکرو) AFM بصورت یک ورق با استفاده از مدل کیرشهف بر پایه تئوری تنش کوپله اصلاح شده، دینامیک بخش میدان ماکرو مورد توجه قرار گرفته است. در مرحله بعد، با ترکیب معادلات میدان ماکرو با معادلات بخش میدان نانو (شامل نانوذره و محدوده اطراف آن در مقیاس خود نانوذره که با دینامیک مولکولی مدلسازی می­شوند) بوسیله رهیافت چند مقیاسی، دینامیک نانوذره در منیپولیشن مدلسازی می­شود. پس از صحه‌گذاری مدل، نتایج برای نانومنیپولیشن بوسیله دو میکروتیرک مستطیلی و خنجری و دو نوع سوزن ارائه گردیده است. نتایج نشان­ می­دهد که تغییر شکل اجزاء AFM در مدل غیر کلاسیک کمتر از کلاسیک پیش­بینی می­شود. در ادامه با مدلسازی نانومنیپولیشن انواع آلوتروپ­های کربنی، مانند نانولوله­های کربنی و فلورن­ها، اثرات هندسی در نیروی نانومنیپولیشن و تغییر شکل­های ایجاد شده در این نانوذرات بررسی گردیده است. سپس، با ارائه پیشنهاد استفاده از حامل برای کاهش تخریب نانوذرات زیستی در حین نانومنیپولیشن، نانومنیپولیشن نانوذره زیستی DNA در حالتی که محفوظ در داخل یک حامل نانولوله کربنی باشد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نانومنیپولیشن در این بخش نشان می­دهد که وجود حامل سبب کاهش قابل ملاحظه نیروی نانومنیپولیشن می­شود. در نهایت با مدلسازی جریان مایع بر روی میکروتیرک در میدان ماکرو با استفاده از معادلات ناویر-استوکس بصورت جریان خزشی و کوئت و همچنین بهره­گیری از مدل درشت‌مولکول برای مدلسازی مولکول­های آب در میدان نانو، اثرات مایع و رطوبت در نانومنیپولیشن ارزیابی گردیده است.