بررسی ناپایداری pull-in سیستم های نانو الکترو مکانیکی تیر شکل با استفاده از تئوری غیر موضعی

در این پژوهش ناپایداری pull-in نانو سوئیچ یکسر درگیر و دوسر درگیر تحت تاثیر اثر اندازه و نیرو¬های درون مولکولی شامل نیروی واندروالس و نیروی کازیمیر با استفاده از روش حل تفاضلات مربعی (dqm) بررسی می¬گردد. در این نانوعملگر، نیروی الکترواستاتیک به عنوان نیروی محرک بکار رفته و برای بررسی اثرات غیرخطی هندسی از جابجایی¬های غیر خطی وون-کارمن استفاده شده است. به منظور استخراج معادله¬¬ی غیر خطی حاکم به همراه شرایط مرزی مربوطه برای نانوتیر، از روش حساب تغییرات استفاده شده است. علاوه بر آن برای مطالعه¬ی اثر اندازه از تئوری الاستیسیته غیر موضعی استفاده شده است. در پایان پارامتر¬های شاخص pull-in از جمله ولتاژpull-in، جابجایی تیر و تاثیر نیرو¬های بین مولکولی، ابعاد هندسی، اثر اندازه، میدان¬های لبه¬ای، کرنش¬های غیر خطی وون-کارمن بر رفتار ناپایداری استاتیکی نانوسوئیچ، بررسی می¬شود. نتایج حاصل نشان می¬دهد که وجود نیروهای بین مولکولی و میدان¬های لبه¬ای باعث کاهش ولتاژ pull-in می¬شوند و در بین نیروهای بین مولکولی در مقیاس نانو، نیروی کازمیر تاثیر بیشتری نسبت به نیروی واندروالس درکاهش ولتاژ pull-in دارد. در مقایسه با تحلیل خطی، وجود جابجایی¬های غیر خطی وون-کارمن باعث کاهش جابجایی تیر و افزایش ولتاژ pull-in به ویژه برای مقادیر بزرگتر مقدار(g/h) می¬شود. به عبارتی دیگر نانو سوئیچ در حالت غیر خطی رفتار سخت تری نسبت به حالت خطی از خود نشان می¬دهد. در نهایت می¬توان گفت با در نظر گفتن تئوری غیر موضعی و به عبارتی اثر اندازه در نانوسوئیچ، انحراف موجود بین نتایج تئوری کلاسیک و نتایج آزمایشگاهی از بین می¬رود و خود این مطلب می¬تواند تاییدی بر موثر بودن بکارگیری تئوری¬های غیر کلاسیک در نانوساختارها باشد. واژگان کلیدی: نانو سوئیچ، سیستم¬های نانوالکترومکانیکی، تئوری غیر موضعی، ناپایداری pull-in ، dqm، هندسه¬ی غیرخطی.