Modellierung von AFM Cantilever

Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) kann zur Charakterisierung von Oberflächen auf atomarer und nanoskaliger Ebene sowohl in Luft als auch in Flüssigkeiten eingesetzt werden. AFM wird grundsätzlich zur Messung der mechanischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der untersuchten Probe verwendet. Das AFM besteht im Wesentlichen aus einem basiserregten Mikroantilever mit einer Nanospitze und einem Abtastschaltkreis für das Scannen von Bildern. Das Design und die Analyse dieses Mikroantilevers ist eine anspruchsvolle Aufgabe in der Praxis. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Design und der dynamischen Analyse von rechteckigen Mikrokipphebeln im Tapping-Modus mit Spitze-Masse-Effekt. Computersimulationen werden sowohl mit Modellen mit pauschalen als auch mit verteilten Parametern durchgeführt. Die interatomaren Kräfte zwischen der Nano-Spitzenmasse und den Substratoberflächen werden mit dem Lennard-Jones-Modell (LJ) und dem DMT-Modell behandelt. Die Bewegungsgleichungen werden sowohl für das Modell mit einem Freiheitsgrad und gedämpften Quetschfilmen als auch für das Modell mit verteilten Parametern unter harmonischer Basisanregung abgeleitet. Auch die Nichtlinearität des Auslegers wird durch Berücksichtigung der kubischen Steifigkeit untersucht. Das Modell mit verteilten Parametern wird mit Hilfe des Galerkin-Schemas durch die Annäherung an einen Modus vereinfacht.