原子力显微术针尖悬臂动力学模型外文翻译资料

 2022-07-30 20:27:44

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原子力显微术针尖悬臂动力学模型

摘要:

原子力显微术(AFM)通常用于原子和纳米级表面测量。存在AFM的两种操作模式:静态模式和动态模式。在动态AFM模式中,微悬臂由探针夹或样品进行驱动。由于针尖-样品相互作用力,悬臂振动参数(振幅,共振频率和相位角)的变化用于显示表面性质。可以精确模拟表面耦合悬臂动力学的分析和数值模型对于说明AFM扫描图像和本章中悬臂频率和电阻机制的重要关系是必不可少的。总结了悬臂响应模拟的悬臂模型。使用这些模型,推导悬臂频移,振动幅度和相位角与针尖-样本相互作用在各种动态模式中的重要关系,重点在新开发的扭转共振(TR)模式和横向激励(LE)模式。一些具体问题,例如轻敲模式(TM)的较高振动模型的激发,探针偏心对TR模式和LE模式中的悬臂响应的影响,以及悬臂动力学如何影响原子尺度地形和摩擦图在摩擦力显微镜(FFM)测量。基于悬臂响应和针尖-样品相互作用之间的导出关系,描述了用于样品的机械参数的定量评价的方法。

字母命名的含义

a0

分子间距离

ac

接触半径

ag

采样谐波运动的的振幅

alat, an , at

在侧向,正常,切向的样品运动方向

alb,atr,avb

悬臂在横向弯曲,扭转,垂直弯曲的特征值

A

横截面积

A0, Ac, At

自由振动幅度,相互作用下的振幅,瞬态振幅

Atheta; ,A0theta;

无相互作用下的扭转振幅

b

横截面宽度

c

阻尼系数

ce

悬臂的有效横向刚度

clat, cn, ct

接触阻尼系数在侧向,正常,切向方向

clb, ctr, cvb

悬臂的横向弯曲,扭转,垂直弯曲的阻尼系数

C0, C1, C2, C3, C4

常量

d

最尖端-样品分离

dn, dn

顶端样品分离,顶端 - 样品分离的时间差

dx , dy , dz

沿轴xyz的位移

dx1, dy1, dz1, dx2, dy2,dz2

沿梁单元的xyz轴的节点位移

dlatp, dnp, dtp

在末端(点P)在侧向,正常,切向方向上的位移

dxC, dyC, dzC

在节点C处沿x,y,z轴的节点位移

D ,D1, D2 , D3, D4

平衡尖端-样品分离常数

e

数学常数

et

顶端偏心率

E

弹性模量

Elowast;

有效弹性模量

由于尖端-样品相互作用的能量耗散

样品的弹性模量

fc

探针尖端法向接触力

flat,fn,ft

横向,法向,切向的相互作用力

fx,fy,fz

xyz方向上的相互作用力

fxC, f yC, fzC

在节点C处沿x,y,z轴的节点力

Flat, Fn, Ft

横向,正向,切向方向的相互作用力的振幅

Fx , Fy , Fz

相互作用力在x,y,z方向的振幅

Fx1,Fy1,Fz1,Fx2,Fy2,Fz2

沿梁元件的节点1和2处的x,y,z轴的节点力

gz= hg cos(Ωt)

保持器在z方向上的谐波运动保持器的扭转运动

gtheta;=theta;g eiΩt

支架扭转运动

G

剪切模量

探针样品的剪切模量

有效剪切模量

h

悬臂横截面的厚度

z方向上的谐波运动的振幅

顶端质量中心和悬臂中心线之间的垂直距离

Hamakar常数

Htheta; (Ω), Htheta;0(Ω)

在TR mode中有和没有接触的频率响应函数

i1, i2

任意整数

atr的虚构部分

极面积惯性矩

Iy,Iz

关于y轴和z轴的惯性力矩

J

扭转常数

k

弹簧常数

kn,klat,kt

接触刚度在正常,侧向,切向

Knref

参考样品的接触刚度

l,L,Le

尖端长度,悬臂长度,梁元件的长度

常数

M

有效质量

Mx1,My1,Mz1,Mx2,My2,Mz2

关于梁元件的节点1和2处的xyz轴的节点矩

MxC, MyC, MzC

在节点C处沿xyz轴的节点矩

自由度数

Q

品质因数

尖端上的第k个原子和表面上的第i个原子之

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