Skip to main content
SUPERVISOR
سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد مشاور) قادر رضا زاده (استاد راهنما) سید محسن صفوی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Musa Abazari
امیرموسی اباذری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390
: In order to industrialize gas sensors based on micro/nanomechanical beams, it is crucial to have a model capable of predicting the behavior of the system. The first part of this work deals with the size effect in micro/nanostructures. Experiments on micro/nano-mechanical systems (M/NEMS) have shown that their behavior under bending loads departs in many cases from the justify; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr" Results showed that the size effect in micro/nanostructures should be considered so as to predict their behavior. It is revealed that the micro/nanofabrication processes may change the mechanical properties of the material. And also, for Aluminum, manufactured by the presented fabrication process, it is shown that the size effect is important when the size of the structures is scaled down to submicron. Moreover, in order to investigate the effects of gaseous molecules adsorption on the surface of micro/nanobeams in capacitive gas sensors, various methods of gas adsorption on a surface were investigated and then carried out with a model to predict the mechanism of the gas adsorption on a surface. The system was modeled using Matlab software and employing finite difference method to solve the adsorption equation. Finally, dynamic responses of the beam before and after gas adsorption were studied. The numerical analysis was performed using a Matlab code and Galerkin-based method to solve the non-linear equation of motion of the beam due to electrostatic force in capacitive sensors Keywords: size effect; Effective Young’s modulus; residual stre surface elasticity; length scale parameter, adsorption
: این رساله با مدلسازی، شبیه‌سازی، ساخت و مشخصه‌یابی میکرو/نانوتیرهای خازنی و تحلیل عملکرد آنها با در نظر گرفتن اثر اندازه و مدلسازی فرایند جذب گاز تحقیقی نو جهت پیش‌بینی عملکرد دقیق حسگرهایی است که در مقیاس میکرو/نانو ساخته می‌شوند. با رشد روز افزون نگرانی در مورد افزایش امنیت محیط زندگی، سلامت عمومی و پاکیزگی محیط زیست، نیاز اساسی به پایش محیطی به صورت آنلاین با سرعت و حساسیت بالا و هزینه‌ی کم، ساخت حسگرهایی با درجه‌ی حساسیت بالا و قابل جابجایی برای تشخیص میزان آلاینده‌ها از جمله گازهای گلخانه‌ای، گازهای سمی و خطرناک، گازهای حاصل از حملات شیمیایی و ... بیش از پیش احساس می‌شود. یکی از سیستم‌ها جهت پاسخگویی به این نیاز، میکرو/نانوسازه‌هایی است که با تکنولوژی سیستم‌های مکانیکی میکرو/نانو (ممز/نمز) ساخته می‌شوند. بمنظور صنعتی‌سازی حسگرهای گازی بر پایه‌ی میکرو/نانوتیرهای مکانیکی، داشتن مدلی که بتواند رفتار سیستم را پیش‌بینی کند بسیار حائز اهمیت است. بهمین منظور بخش اول این رساله به بررسی اثر اندازه در سازه‌های میکرو/نانو می‌پردازد. آزمایشات انجام شده بر روی سازه‌های میکرو/نانو در بسیاری از موارد نشان داده‌اند که رفتار این سیستم‌ها تحت بارهای خمشی متفاوت از پیش‌بینی‌های تئوری اویلر – برنولی و قانون هوک است. این رفتار متفاوت معمولا بصورت وابستگی خواص ماده به اندازه‌ی سازه و مخصوصا ضخامت و یا قطر سازه مشاهده شده است. ارائه‌ی مدلی تئوری بمنظور درک و پیش‌بینی کمی اثر اندازه در سیستم‌های ممز/نمز بسیار مهم است. بدین منظور در این رساله، پنج تئوری که عبارتند از: تئوری مرز دانه، تئوری تنش سطح، اثر تنش پس‌ماند، تئوری تنش کوپل و تئوری الاستیسیته‌ی سطح مورد بررسی قرار گرفته‌اند. با مقایسه‌ی این تئوری‌ها با نتایج آزمایشگاهی، مدلی با ترکیب تئوری تنش کوپل، تئوری الاستیسیته‌ی سطح و اثر تنش پس‌ماند ارائه شده است که قابلیت تشریح نتایج آزمایشگاهی را بطور مناسبی دارد. مدل ارائه شده می‌تواند بمنظور پیش‌بینی خواص مکانیکی در مقیاس میکرو/نانو به کار رود. بر اساس مدل ارائه شده، در ادامه‌ی رساله، برای اولین بار، اثر پارامترهای مشخصه‌ی طولی، الاستیسیته‌ی سطح و تنش پس‌ماند بر روی سازه‌های میکرو بصورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. فرایند ساخت سازه‌های خازنی تشریح شده و با اندازه‌گیری ولتاژ پولین مشخصه‌یابی آنها انجام شده است و پارامترهای مدل ارائه شده استخراج شده‌اند. نتایج آزمایشگاهی بدست آمده تطابق خوبی با نتایج بدست آمده از مقالات گذشته دارد. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که بمنظور پیش‌بینی رفتار میکرو/نانوسازه‌ها بایستی اثرات اندازه در نظر گرفته شوند. همچنین در این رساله بر روی اینکه چگونه فرایندهای متفاوت ساخت در مقیاس میکرو/نانو ممکن است منجر به خواص مکانیکی متفاوت مواد شوند، بحث شده است و در این راستا فرایند ساخت دو سیستم خازنی متفاوت از جنس آلومینیوم مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم رساله، بعد از مشخصه‌یابی سازه‌های ساخته شده، بمنظور بررسی اثر جذب مولکول‌های گاز روی سطح میکرو/نانوتیر، روش‌های مختلف جذب گاز بر روی یک سطح مورد بررسی قرار گرفته است و در نهایت مدلی برای پیش‌بینی فرایند جذب گاز بر روی سطح میکرو/نانوتیر ارائه شده است. معادله‌ی جذب استخراج شده با استفاده از روش تفاضل محدود و کدنویسی در محیط نرم‌افزار مطلب حل شده است. در نهایت، پاسخ‌های حسگر در اثر جذب گاز مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات دیفرانسیل استخراج شده توسط روش خطی سازی گام به گام و روش گالرکین حل شده و با کدنویسی در محیط نرم‌افزار مطلب، رفتار حسگر خازنی و پاسخ‌های آن استخراج شده است. کلمات کلیدی: اثر اندازه، تنش کوپل، الاستیسیته سطح، ممز/نمز، ساخت در مقیاس میکرو/نانو، ولتاژ پولین، حسگر گاز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی