پديد آورنده :
اباذري، اميرموسي
عنوان :
مدلسازي ساخت و مشخصه يابي ميكرو تيرهاي خازني با استفاده از تئوري تنش كوپل جهت اندازه گيري ميزان گازهاي آلاينده
گرايش تحصيلي :
ساخت و توليد
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
ي، 174ص.: مصور
استاد راهنما :
محسن صفوي، قادر رضازاده
استاد مشاور :
عليرضا شهيدي، لوئيز گيلرمو ويلانووا
توصيفگر ها :
اثر اندازه , الاستيسته سطح , ممز/ نمز , ساخت در مقياس ميكرو / نانو , ولتاژ پولين , حسگر گاز
استاد داور :
محمدرضا قضاوي، يعقوب طادي بني، مهران مرادي، محسن بدرسماي، عباس قائي
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/07/07
كد ايرانداك :
ID919 دكتري
چكيده فارسي :
1 چكيده اين رسكاله با مدلسكازي شكبيهسكازي سكاخت و مشخصهيابي ميكرو نانوتيرهاي خازني و تحليل عملكرد آنها با در نظر گرفتن اثر اندازه و مدلسكازي فرايند جذب گاز تحقيقي نو جهت پيشبيني عملكرد دقيق حسكگرهايي است كه در مقياس ميكرو نانو ساخته ميشوند با رشد روز افزون نگراني در مورد افزايش امنيت محيط زندگي سككالمت عمومي و پاكيزگي محيط زيسككت نياز اسككاسككي به پايش محيطي به كك ك ك صكورت آنالين با سكرعت و حسكاسكيت باال و هزينهي كم سكاخت حسكگرهايي با درجهي حسكاسيت باال و قابل جابجايي براي تشخي ميزان آاليندهها از جمله گازهاي گلخانهاي گازهاي سكمي و خطرنا گازهاي حاصكل از حمالت شكيميايي و بيش از پيش احساس ميشكود يكي از سكيسكتمها جهت پاسكخگويي به اين نياز ميكرو نانوسكازههايي اسكت كه با تكنولوژي سكيسكتمهاي مكانيكي ميكرو نانو كك ك ك ك كك ك ممز نمز ساخته ميشوند بمنظور صكنعتيسكازي حسكگرهاي گازي بر پايهي ميكرو نانوتيرهاي مكانيكي داشتن مدلي كه بتواند رفتار سيستم را پيشبيني كند بسيار حائز اهميت اسكت بهمين منظور بخش اول اين رسكاله به بررسكي اثر اندازه در سكازههاي ميكرو نانو ميپردازد آزمايشكات انجام شكده بر ك ك ك ك ك ك روي سكازههاي ميكرو نانو در بسكياري از موارد نشكان دادهاند كه رفتار اين سيستمها تحت بارهاي خمشي متفاوت از پيشبينيهاي تئوري اويلر برنولي و قانون هو اسكت اين رفتار متفاوت معموال بصكورت وابستگي خواص ماده به اندازهي سازه و مخصوصا ضخامت و يا و پيشبيني كمي اثر اندازه در سيستمهاي ممز نمز بسيار مهم است بدين قطر سكازه مشاهده شده است ارائهي مدلي تئوري بمنظور در منظور در اين رسكككالكه پنج تئوري ككه عبكارتنكد از تئوري مرز دانكه تئوري تنش سكككطح اثر تنش پسماند تئوري تنش كوپل و تئوري االسكتيسيتهي سطح مورد بررسي قرار گرفتهاند با مقايسهي اين تئوريها با نتايج آزمايشگاهي مدلي با تركيب تئوري تنش كوپل تئوري االسكتيسيتهي سطح و اثر تنش پسماند ارائه شده است كه قابليت تشريح نتايج آزمايشگاهي را بطور مناسبي دارد مدل ارائه شده ميتواند بمنظور پيشبيني خواص مككانيكي در مقياس ميكرو نانو به كار رود بر اسكككاس مدل ارائه شكككده در ادامهي رسكككاله براي اولين بار اثر پارامترهاي مشكخصكهي طولي االستيسيتهي سطح و تنش پسماند بر روي سازههاي ميكرو بصورت آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته اسكت فرايند سكاخت سازههاي خازني تشريح شده و با اندازهگيري ولتاژ پولين مشخصهيابي آنها انجام شده است و پارامترهاي مدل ارائه شده استخراج شدهاند نتايج آزمايشگاهي بدست آمده تطابق خوبي با نتايج بدست آمده از مقاالت گذشته دارد نتايج بدسكت آمده نشككان ميدهد كه بمنظور پيشبيني رفتار ميكرو نانوسككازهها بايسككتي اثرات اندازه در نظر گرفته شككوند همچنين در اين ك رسكاله بر روي اينكه چگونه فرايندهاي متفاوت سكاخت در مقياس ميكرو نانو ممكن اسكت منجر به خواص مكانيكي متفاوت مواد شوند بحث شده است و در اين راستا فرايند ساخت دو سيستم خازني متفاوت از جنس آلومينيوم مورد بحث و بررسي قرار گرفته است در بخش دوم رسكاله بعد از مشكخصكهيابي سكازههاي سكاخته شكده بمنظور بررسي اثر جذب مولكولهاي گاز روي سطح ميكرو نانوتير روشهاي مختلف جذب گاز بر روي يك سككطح مورد بررسككي قرار گرفته اسككت و در نهايت مدلي براي پيشبيني فرايند جذب گاز بر ك ك ك روي سطح ميكرو نانوتير ارائه شده است معادلهي جذب استخراج شده با استفاده از روش تفاضل محدود و كدنويسي در محيط نرمافزار مطلب حل شكده اسكت در نهايت پاسكخ هاي حسكگر در اثر جذب گاز مورد مطالعه قرار گرفته است معادالت ديفرانسيل استخراج شده توسط روش خطي سازي گام به گام و روش گالركين حل شده و با كدنويسي در محيط نرمافزار مطلب رفتار حسگر خازني و پاسخهاي آن استخراج شده است كلمات كليدي اثر اندازه تنش كوپل االستيسيته سطح ممز نمز ساخت در مقياس ميكرو نانو ولتاژ پولين حسگر گاز
چكيده انگليسي :
167Abstract In order to industrialize gas sensors based on micro nanomechanical beams it iscrucial to have a model capable of predicting the behavior of the system The first part ofthis work deals with the size effect in micro nanostructures Experiments on micro nano mechanical systems M NEMS have shown that their behavior under bending loadsdeparts in many cases from the classical predictions using Euler Bernoulli theory andHooke s law This anomalous response has usually been seen as a dependence of thematerial properties on the size of the structure in particular thickness A theoretical modelthat allows for quantitative understanding and prediction of the size effect is important forthe design of M NEMS In this thesis the five theories Grain Boundary Theory GBT Surface Stress Theory SST Residual Stress Effect RSE Couple Stress Theory CST and Surface Elasticity Theory SET that can be found in the literature for predicting thesize effect in structures were summarized and analysed By comparing these theories withexperimental data it is proposed a simplified model combination of CST SET and RSEthat properly fits all considered cases therefore delivering a simple model that can be usedto predict the mechanical properties at the micro nanoscale Additionally for the first time the effects of length scale parameter surface elasticity and residual stress parameters onthe behavior of micro nanostructures were investigated experimentally Fabricatedcapacitive structures were characterized by measuring pull in voltage to extractaforementioned parameter values The experimental results showed a good consistencywith the obtained values from the literature Results showed that the size effect in micro nanostructures should be considered so as topredict their behavior It is revealed that the micro nanofabrication processes may changethe mechanical properties of the material And also for Aluminum manufactured by thepresented fabrication process it is shown that the size effect is important when the size ofthe structures is scaled down to submicron Moreover in order to investigate the effects of gaseous molecules adsorption on the surfaceof micro nanobeams in capacitive gas sensors various methods of gas adsorption on asurface were investigated and then carried out with a model to predict the mechanism ofthe gas adsorption on a surface The system was modeled using Matlab software andemploying finite difference method to solve the adsorption equation Finally dynamicresponses of the beam before and after gas adsorption were studied The numerical analysiswas performed using a Matlab code and Galerkin based method to solve the non linearequation of motion of the beam due to electrostatic force in capacitive sensors Keywords size effect Effective Young s modulus residual stress surface elasticity length scale parameter adsorption
استاد راهنما :
محسن صفوي، قادر رضازاده
استاد مشاور :
عليرضا شهيدي، لوئيز گيلرمو ويلانووا
استاد داور :
محمدرضا قضاوي، يعقوب طادي بني، مهران مرادي، محسن بدرسماي، عباس قائي
