مدل‌سازی خواص ویسکوالاستیک فیلم‌ها و لایه‌های پلیمری جامد با استفاده از یک رهیافت فروروی نانو تماسی

Abstract

با گسترش تکنولوژی در استفاده از مواد با ساختار بسیار کوچک دیگر آزمایش‌های فشاری و کششی متداول را نمی‌توان به آسانی برای اندازه‌گیری و تعیین خواص ویسکوالاستیک پذیرش خزشی (creep compliance) و یا مدول وارهیدگی (relaxation modulus) این گونه مواد مانند فیلم‌های نازک، توده‌های بسیار کوچک، مواد هدفمند جدید، نانو کامپوزیت‌ها و رویه‌ها و پوشش‌های نامتجانس بکار برد. با توجه به پیشرفت‌های اخیر در تحلیل فروروی تماسی پیکره‌های ویسکوالاستیک، تعیین دقیق مشخصه‌های خزشی و وارهیدگی جامدات ویسکوالاستیک با تکنیک فروروی نانو (nanoindentation) امکان پذیر گردیده است. در این مقاله، پس از بیان روش‌های تعیین خواص الاستیک فیلم‌ها و لایه‌های پلیمری به ارایه یک رهیافت توانمند ریاضی بر اساس مکانیک تماس به منظور تعیین مستقیم خواص ویسکوالاستیک با استفاده از روش نوظهور فروروی نانو پرداخته می‌شود. در تحلیل‌های وارهیدگی از یک تاریخچه جابجایی نرخ ثابت و در تحلیل‌های خزش از یک تاریخچه بارگذاری نرخ ثابت استفاده گردیده است که خواص پلیمری با انطباق تیوری‌های مکانیک تماس ویسکو الاستیک در داده‌های بار - جابجایی به دست آمده اند. در تیوری‌های تماس ویسکوالاستیک از مدل جامع ماکسول (Maxwell) تعمیم یافته به منظور مدل‌سازی رفتار وارهیدگی و از مدل کلوین (Kelvin) تعمیم یافته برای مدل‌سازی رفتار خزشی فیلم‌های ویسکوالاستیک بهره گرفته شده است.