بررسی فاز دوم نانومنیپولیشن دوبعدی با رویکرد مبتنی بر طراحی آزمایش‌ها*

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

معین طاهری ¹

فرشته قانع ²

نگین فرجی ³

¹ دانشیار مهندسی ساخت و تولید، دانشگاه اراک، اراک، ایران

² دانشجوی کارشناسی، گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

³ فارغ التحصیل کارشناسی، گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

10.22067/jacsm.2025.95509.1359

چکیده

میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) یکی از ابزارهای کلیدی در فناوری نانو است که امکان جابه‌جایی و موقعیت‌دهی دقیق نانوذرات را فراهم می‌کند. در این راستا، فاز دوم در نانومنیپولیشن دوبعدی، که مربوط به حرکت پایدار ذره پس از آغاز جابه‌جایی است، نقش مهمی در بهینه‌سازی فرآیند دارد. این مطالعه به بررسی تأثیر پارامترهای هندسی و مکانیکی بر نیروی منیپولیشن با استفاده از رویکرد طراحی آزمایش‌ها (DOE) می‌پردازد. نوآوری این پژوهش در توسعه یک مدل تماس مبتنی بر نظریه (JKR) و تحلیل کمی فاز دوم نانومنیپولیشن با بهره‌گیری از DOE است. یک مدل رگرسیون چندمتغیره استخراج شد و شاخص‌های برازش آماری (89.99%R² =) صحت مدل را تأیید کردند. نتایج نشان دادند که پارامترهای هندسی بیشترین تأثیر را بر تغییرات نیرو دارند. به‌طور مشخص، شعاع نوک (62٪) و شعاع ذره (25٪) بیشترین نقش را در کاهش نیروی منیپولیشن ایفا کردند. ارتفاع تیرک نیز تأثیر کاهشی جزئی (12٪) داشته است. در مقابل، مدول یانگ و ضریب پواسون اثر ناچیزی نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

منیپولیشن دوبعدی

رگرسیون

نیرو

طراحی آزمایش

آنالیز حساسیت

موضوعات

• مکانیک نانو ذرات

---

عنوان مقاله English

Analysis of the Second Phase of 2D Nanomanipulation Using Design of Experiments Approach

نویسندگان English

Moein Taheri ¹

Fereshteh Ghane ²

Negin Faraji ³

¹ Associate Professor of Manufacturing Engineering, Arak University, Arak, Iran

² Bachelor Student, Department of Manufacturing Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran.

³ Bsc, Department of Manufacturing Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran.

چکیده English

The Atomic Force Microscope (AFM) is one of the key instruments in nanotechnology, enabling precise manipulation and positioning of nanoparticles. In this context, the second phase of two-dimensional nanomanipulation, corresponding to the stable motion of the particle after the onset of displacement, plays a crucial role in optimizing the process. This study analyzes the influence of geometrical and mechanical parameters on the manipulation force using the Design of Experiments (DOE) approach. The novelty lies in the development of a contact model based on the (JKR) theory and the quantitative analysis of the second phase of nanomanipulation through DOE. A multivariable regression model was derived, and the statistical indicators of fit (R² = 89.99%) confirmed the model’s validity. The results revealed that geometrical parameters have the most significant impact on force variations. Specifically, the tip radius (62%) and particle radius (25%) exhibited the strongest effects in reducing manipulation force. The cantilever height showed a minor influence (12%). In contrast, the elastic modulus and Poisson’s ratio had negligible effects.

کلیدواژه‌ها English

2D manipulation

regression

force

design of experiments

sensitivity analysis