Modelado del voladizo de AFM

La microscopía de fuerza atómica (AFM) puede utilizarse para la caracterización de superficies a escala atómica y nanoescala, tanto en entornos aéreos como líquidos. El AFM se utiliza básicamente para medir las propiedades mecánicas, químicas y biológicas de la muestra investigada. El AFM contiene básicamente un microcantiléver excitado por la base con una nanopunta junto con un circuito sensor para el escaneo de imágenes. El diseño y el análisis de estos microcantilevers es una tarea difícil en la práctica en tiempo real. En el presente trabajo, se considera el diseño y el análisis dinámico de microcantilevers rectangulares en modo de golpeo con efecto punta-masa. Se realizan simulaciones por ordenador con modelos de parámetros fijos y distribuidos. Las fuerzas interatómicas entre la masa de la nanopunta y las superficies del sustrato se tratan utilizando el modelo de Lennard Jones (LJ) y el modelo DMT. Las ecuaciones de movimiento se derivan tanto para el modelo de parámetros fijos de un grado de libertad con amortiguación de película de compresión como para el modelo de parámetros distribuidos bajo la excitación de la base armónica. También se investiga la no linealidad del voladizo considerando la rigidez cúbica. El modelo de parámetros distribuidos se simplifica con la aproximación de un modo utilizando el esquema de Galerkin.