مدل سازی دینامیکی جابجایی نانو/میکرو ذرات در تماس چندنقطه ای بر پایه مدل رامپ

در این مقاله رفتار دینامیکی نانوذره بر روی سطح زبر در حین راندن بر پایه میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، با استفاده از مدل تماس چند نقطه ای مدل سازی و شبیه سازی شد. ابتدا یک مدل تماس چند نقطه ای برای دو سطح با هندسه زبری متفاوت شامل پروفیل زبری شش وجهی و چهاروجهی، از ترکیب مدل تماس تک نقطه ای رامپ با مدل های تماسی JKR و شوارتز استخراج گردید و معادلات مربوط به سطح تماس واقعی و نیروی چسبندگی برای تماس چند نقطه ای سطوح زبر ارائه شد. سپس رفتار دینامیکی نانو/میکرو ذره کروی در راندن روی سطح زبر، با استفاده از مدل تماس چند نقطه ای جدید، مدل سازی شد. بعلاوه، شبیه سازی دینامیکی نانو/میکرو ذراتی با شعاع های50، 400 و 500 نانومتر در جابجایی بر روی سطوح زبر مختلف، با فرض تماس چند نقطه ای، تک نقطه ای، و سطح صاف اجرا و تحلیل شد. نتایج شبیه سازی ها نشان دادند که استفاده از مدل تماس چند نقطه ای خصوصا در شعاع های زبری کوچک، تاثیر عمده ای در تعیین نیروی بحرانی حرکت دارد. بعلاوه، فرض سطح صاف و یا تماس تک-نقطه ای منجر به ایجاد خطای قابل توجهی در تخمین نیروی بحرانی می شود. نشان داده شد که پروفیل زبری سطح و توزیع زبری عوامل بسیار موثری در تعیین تعداد نقاط تماسی بوده و موجب تغییر مقدار نیروی بحرانی پیش بینی شده می شوند. در کل، نیروی بحرانی به دست آمده از مدل تماس چند نقطه ای در مقایسه با مقادیر به دست آمده از مدل های سطح صاف و تماس تک نقطه ای، به ترتیب کاهش و افزایش یافته است.