Modellazione del cantilever AFM

La microscopia a forza atomica (AFM) può essere utilizzata per la caratterizzazione di superfici su scala atomica e nanometrica in ambienti sia liquidi che aerei. L'AFM è fondamentalmente utilizzata per misurare le proprietà meccaniche, chimiche e biologiche del campione in esame. L'AFM contiene fondamentalmente un microcantilever eccitato dalla base con una nano-punta e un circuito di rilevamento per la scansione delle immagini. La progettazione e l'analisi di questi microcantili sono un compito impegnativo nella pratica in tempo reale. Nel presente lavoro, si considera la progettazione e l'analisi dinamica di microcantilever rettangolari in modalità tapping con effetto punta-massa. Le simulazioni al computer sono state eseguite sia con modelli a parametri forfettari sia con modelli a parametri distribuiti. Le forze interatomiche tra la massa della punta e le superfici del substrato sono trattate utilizzando il modello di Lennard Jones (LJ) e il modello DMT. Le equazioni del moto sono derivate sia per il modello a parametro fisso a un grado di libertà con smorzamento del film di compressione sia per il modello a parametro distribuito sotto l'eccitazione armonica di base. Anche la non linearità del cantilever viene studiata considerando la rigidità cubica. Il modello a parametri distribuiti è semplificato con un'approssimazione a un modo utilizzando lo schema di Galerkin.