Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích tương tác giữa chất lỏng và cấu trúc để dự đoán tần số cộng hưởng và các yếu tố chất lượng của một microcantilever trên phim nén
Tóm tắt
Hành vi động lực học của một microcantilever linh hoạt dao động trên một bề mặt, chẳng hạn như cấu trúc dựa trên microcantilever của một công tắc vi điện cơ tần số vô tuyến, bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi chuyển động của khí giữa microcantilever và bề mặt. Trong bài báo này, các nghiên cứu về tham số để điều tra ảnh hưởng của hình học, tính chất vật liệu của microcantilever và áp suất môi trường đến tần số cộng hưởng và các yếu tố chất lượng của microcantilever được mô tả. Một mô hình liên tục dựa trên phương trình Reynolds được sử dụng để suy ra lực khí phản ánh hiệu ứng loãng khí do kích thước của MEMS ở áp suất môi trường thấp. Hàm phản ứng tần số của một microcantilever bị kích thích quán tính được phát triển bằng phương pháp chia tách mode. Một tham số tương tác, bao gồm thông tin về hình học, tính chất vật liệu của microcantilever và áp suất môi trường, được định nghĩa để nghiên cứu sự tương tác chất lỏng-cấu trúc trong một microcantilever dao động trên một phim nén. Các yếu tố chất lượng của ba mode uốn đầu tiên tăng lên khi tham số tương tác giảm đi. Xu hướng thay đổi của các tần số cộng hưởng liên quan phụ thuộc vào thứ tự của mode uốn.
Từ khóa
#microcantilever #tương tác chất lỏng-cấu trúc #tần số cộng hưởng #yếu tố chất lượng #mô hình Reynolds #phim nénTài liệu tham khảo
S. H. Lim, D. Raorane, S. Satyanarayana and A. Majumdar, Nano-chemo-mechanical sensor array platform for highthroughput chemical analysis, Sensors and Actuators B: Chemical, 119(2) (2006) 466–474.
P. S. Waggoner and H. G. Craighead, The relationship between material properties, device design, and the sensitivity of resonant mechanical sensors, Journal of Applied Physics, 105(5) (2009) 054306.
M. Spletzer, A. Raman, A. Q. Wu and X. Xu, Ultrasensitive mass sensing using mode localization in coupled microcantilevers, Applied Physics Letters, 88(25) (2006) 254102.
Z. J. Guo, N. E. McGruer and G. G. Adams, Modeling, simulation and measurement of the dynamic performance of an ohmic contact, electrostatically actuated RF-MEMS switch, Journal of Micromechanics and Microengineering, 17(9) (2007) 1899–1909.
A. Granaldi and P. Decuzzi, The dynamic response of resistive microswitches: switching time and bouncing, Journal of Micromechanics and Microengineering, 16(7) (2006) 1108–1115.
B. McCarthy, G. G. Adams, N. E. McGruer and D. Potter, A dynamic model, including contact bounce, of an electrostatically actuated microswitch, Journal of Microelectromechanical Systems, 11(3) (2002) 276–283.
S. Kim, S. Mani and J. G. Boyd IV, Modeling of mechanical behavior of microcantilever due to intrinsic strain during deposition, Journal of Mechanical Science and Technology, 20(10) (2006) 1646–1652.
S. I. Lee, S. W. Howell, A. Raman and R. Reifenberger, Nonlinear dynamics of microcantilevers in tapping mode atomic force microscopy: comparison between theory and experiment, Physical Review B, 66(11) (2002) 115409-1–115409-10.
V. K. Varadan, K. J. Vinoy and K. A. Jose, RF MEMS and Their Applications, John Wiley& Sons, West Sussex, UK (2003).
G. M. Rebeiz, RF MEMS Theory, Design and Technology, John Wiley& Sons, New Jersey, USA (2003).
A. K. Pandey and R. Pratap, Effect of flexural modes on squeeze film damping in MEMS cantilever resonators, Journal of Micromechanics and Microengineering, 17(12) (2007) 2475–2484.
J. W. Lee, R. Tung, A. Raman, H. Sumali and J. P. Sullivan, Squeeze-film damping of flexible microcantilevers at low ambient pressures: theory and experiment, Journal of Micromechanics and Microengineering, 19(10) (2009) 105029-1–105029-14.
R. C. Tung, J. W. Lee, H. Sumali and A. Raman, Nonmonotonic pressure dependence of resonant frequencies of microelectromechanical systems supported on squeeze films, Journal of Micromechanics and Microengineering, 21(2) (2011) 025003-1–025003-5.
S. S. Verbridge, R. llic, H. G. Craighead and J. M. Parpia, Size and frequency dependent gas damping of nanomechanical resonators, Applied Physics Letters, 93(1) (2008) 013101-1–013101-3.
R. B. Darling, C. Hivick and J. Xu, Compact analytical modeling of squeeze film damping with arbitrary venting conditions using a Green’s function approach, Sensors and Actuators A: Physical, 70(1–2) (1998) 32–41.
T. Veijola, Compact models for squeezed-film dampers with inertial and rarefied gas effects, Journal of Micromechanics and Microengineering, 14(7) (2004) 1109–1118.
A. H. Nayfeh and M. I. Younis, A new approach on the modeling and simulation of flexible microstructures under the effect of squeeze-film damping, Journal of Micromechanics and Microengineering, 14(2) (2004) 170–181.
T. Veijola, H. Kuisma, J. Lahdenpera and T. Ryhanen, Equivalent-circuit model of the squeezed gas film in a silicon accelerometer, Sensors and Actuators A: Physical, 48(3) (1995) 239–248.
H. Sumali, Squeeze-film damping in the free molecular regime: model validation and measurement on a MEMS, Journal of Micromechanics and Microengineering, 17(11) (2007) 2231–2240.
L. Meirovitch, Analytical Methods in Vibration, MacMillan, New York, USA (1967).
F. Sharipov and V. Seleznev, Data on internal rarefied gas flows, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 27(3) (1998) 657–706.
J. E. Sader, Frequency response of cantilever beams immersed in viscous fluids with applications to the atomic force microscope, Journal of Applied Physics, 84(1) (1998) 64–76.
L. Meirovitch, Elements of Vibration Analysis, McGraw-Hill, Singapore (1986).
S. S. Rao, Mechanical Vibrations, Prentice Hall, New Jersey, USA (2004).
A. Maali and B. Bhushan, Slip-length measurement of confined air flow using dynamic atomic force microscopy, Physical Review E, 78(2) (2008) 013101-1–013101-4.
J. M. Huang, K. M. Liew, C. H. Wong, S. Rajendran, M. J. Tan and A. Q. Liu, Mechanical design and optimization of capacitive micromachined switch, Sensors and Actuators A: Physical, 93(3) (2001) 273–285.