Modélisation du cantilever AFM

La microscopie à force atomique (AFM) peut être utilisée pour la caractérisation de surfaces à l'échelle atomique et nanométrique dans des environnements aériens et liquides. L'AFM est essentiellement utilisé pour mesurer les propriétés mécaniques, chimiques et biologiques de l'échantillon étudié. L'AFM est composé d'un microcantilever excité par la base avec une nanopointe et d'un circuit de détection pour le balayage des images. La conception et l'analyse de ces microcantilevers est une tâche difficile dans la pratique en temps réel. Dans le présent travail, la conception et l'analyse dynamique de microcantilevers rectangulaires en mode tapping avec effet de masse de la pointe sont considérées. Des simulations par ordinateur sont réalisées avec des modèles à paramètres forfaitaires et à paramètres distribués. Les forces interatomiques entre la masse de la pointe nanométrique et les surfaces du substrat sont traitées à l'aide du modèle de Lennard Jones (LJ) et du modèle DMT. Les équations du mouvement sont dérivées à la fois pour le modèle à paramètre unique à un degré de liberté avec amortissement par squeeze-film et le modèle à paramètre distribué sous excitation harmonique de base. La non-linéarité du cantilever est également étudiée en considérant la rigidité cubique. Le modèle à paramètres distribués est simplifié avec une approximation à un mode en utilisant le schéma de Galerkin.