Математическая модель исследования подповерхностных структур наполненных эластомеров в полуконтактном режиме атомносилового микроскопа

Р. И. Изюмов, А. Л. Свистков

Институт механики сплошных сред УрО РАН, г. Пермь

Аннотация: Целью работы являлось разработать методику построения структуры приповерхностного слоя исследуемого материала методами атомно-силовой микроскопии. Метод подходит для изучения мягких наполненных материалов и заключается в построении трехмерного изображения скрытой под поверхностью структуры жесткого наполнителя с использованием данных полуконтактного режима атомно-силового микроскопа (АСМ): фазового портрета и карты рельефа поверхности образца. В модели зонд АСМ рассматривается как пружинный маятник с заданными (жесткость и резонансная частота) и расчетными (эффективная масса и внутренняя вязкость) параметрами. Параметры численной модели описывают реальную экспериментальную установку. Поведение материала описывается упругой моделью, диссипация реализуется силами адгезии, которые втягивают зонд в материал после контакта с его поверхностью. Для заданного материала и параметров эксперимента полученная карта фазового сдвига интерпретируется как результат воздействия жестких объектов, расположенных на определенной глубине. Значения этих глубин преобразуются в рельеф скрытых подповерхностных структур.

Ключевые слова: атомно-силовая микроскопия, полуконтактный режим, математическая модель, фазовый сдвиг, подповерхностная структура.

УДК: 531

Поступила в редакцию: 21.09.2024
Исправленный вариант: 24.12.2024
Принята в печать: 29.11.2024

DOI: 10.37972/chgpu.2024.61.3.004