Tóm tắt: Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic

Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Văn Đường

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG

LÒ XO VI TREO KIỂU DẦM CONG KẾT CẶP CƠ VÀ CHẾ TẠO MŨI DÒ QUÉT ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG KHẮC CÁC CẤU TRÚC NANO PLASMONIC

Ngành: Khoa học Vật liệu

Mã số: 9440122

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Công trình được hoàn thành tại:

Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Chu Mạnh Hoàng

Phản biện 1: PGS.TS Bùi Thanh Tùng

Phản biện 2: PGS.TS Trần Đức Tân

Phản biện 3: PGS.TS Ngô Quang Minh

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩcấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi 8 giờ 30, ngày 31 tháng 08 năm 2023

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội

2 Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong vài thập kỷ qua, công nghệ nano phát triển đã mở ra cho cácnghiên cứu và ứng dụng phục vụ cuộc sống Ngày nay có nhiều ứng dụngdành cho cảm biến quang học với độ chọn lọc cao được sử dụng Từ đó, đặt

ra bài toán về sản xuất hàng loạt tạo ra các sản phẩm thương mại có giáthành cạnh tranh và hiệu suất chế tạo cao

Hiện nay có nhiều phương pháp chế tạo cấu trúc nano: Kỹ thuật quangkhắc, khắc chùm điện tử, chùm ion Mỗi phương pháp đều có ưu và nhượcđiểm ứng dụng hàng loạt sản xuất công nghiệp

Để đáp ứng về mặt kích thước cấu trúc, cũng như hiệu suất chế tạo caothì kỹ thuật khắc sử dụng mũi dò quét đã và đang thể hiện cho thấy điều đó.Tạo ra các cấu trúc nano mũi dò quét có thể khắc trực tiếp không sử dụngmặt nạ khắc trực tiếp bề mặt mẫu một cách cơ học với một đầu dò đã đượcđịnh hình cấu trúc Độ phân giải của cấu trúc nano phụ thuộc vào kíchthước của mũi dò và độ sâu của mẫu khắc Để tối ưu cho kỹ thuật khắc sửdụng mũi dò quét cần quan tâm tới kích thước, hình dạng mũi dò quét và hệ

vi cơ điều khiển lực khắc của mũi dò lên mẫu Vì vậy nghiên cứu sinh lựa

chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic”.

2 Mục đích nghiên cứu

+ Phát triển hệ lò xo vi cơ ưu tiên dao động theo phương vuông góc với

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Bộ chấp hành trục z có nhiễu chéo thấp, có độ dịch chuyển lớn và tần

số hoạt động trong phạm vi rộng

+ Công nghệ vi cơ khối ướt đơn giản

+ Công nghệ in dập khuôn 3D chế tạo cấu trúc nano plasmonic

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a Ý nghĩa khoa học của đề tài:

+ Luận án đã đề xuất hệ vi cơ hoạt động theo phương vuông góc với

mặt phẳng (trục z) và giảm ảnh hưởng của dao động nhiễu.

+ Đề tài đã đề xuất quy trình và chế tạo thành công mũi dò khắc có kíchthước nano dựa trên kỹ thuật quang khắc truyền thống và vi cơ khối ướt + Luận án đã thiết lập được quy trình chế tạo các cấu trúc nano plasmonicdựa trên công nghệ in dập khuôn 3D sử dụng mảng mũi dò được chế tạo + Kết quả nghiên cứu của đề tài không những có ứng dụng trong chấphành mũi dò quét trong khắc các cấu trúc nano, mà còn có thể ứng dụngtrong các linh kiện vi cơ điện tử khác như các cảm biến và các bộ vi dịchchuyển có độ chính xác cao.

b Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Đề tài được thực hiện nhằm xây dựng, phát triển các công cụ chế tạo cấutrúc nano có độ chính xác và hiệu suất cao dựa trên khắc cơ học Quy trìnhchế tạo mũi dò có kích thước nano sử dụng kỹ thuật khắc quang học truyềnthống và công nghệ vi cơ khối ướt với chi phí thấp, hoàn toàn được thực hiện

ở trong nước Đây sẽ làm cơ sở cho việc ứng dụng trong phát triển các hệthống khắc cho chế tạo các cấu trúc nano với hiệu suất khắc cao

6 Tính mới của đề tài:

Tính mới của đề tài nghiên cứu được thể hiện tại 3 điểm sau đây:

- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc vi treo lò xo vi cơ kết cặp cơ khắc phục độlệch biên của lò xo vi cơ treo truyền thống, hạn chế dao động nhiễu lân cận và

7 Nội dung luận án

Chương 1: Công nghệ khắc cơ học sử dụng mũi dò quét

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm

Chương 3: Thiết kế bộ vi dịch chuyển mũi dò quét

Chương 4: Chế tạo mũi dò quét dựa trên kỹ thuật khắc quang học và vi

cơ khối ướt

Kết luận chung

Chương 1 CÔNG NGHỆ KHẮC CƠ HỌC SỬ DỤNG MŨI DÒ QUÉT1.1 Tổng quan công nghệ khắc sử dụng mũi dò quét

1.1.1 Lịch sử của khắc đầu dò quét

Năm 1988 kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) thăm dò bề mặt của mẫubằng một mũi dò nhọn AFM có hai chế độ hoạt động, chế độ tiếp xúc vàchế độ không tiếp xúc AFM tiếp xúc có nguy cơ làm biến dạng bề mặt

1.1.2 Thành phần cơ bản của đầu dò khắc

Gồm 3 thành phần: Lò xo vi cơ, mũi dò, bộ chấp hành Hình 1.4

Hình 1.4 Các thành phần cấu tạo đâu dò khắc

1.1.3 Các phương pháp chấp hành mũi dò quét và khắc cơ học

1.1.3.1 Phương pháp chấp hành nhiệt

1.1.3.2 Phương pháp chấp hành áp điện

1.1.3.3 Phương pháp chấp hành tĩnh điện

Dạng cấu trúc bản cực của chấp hành tụ điện phổ biến

Hình 1.11 Cấu trúc dầu dò và chấp hành tĩnh điện song song.

1.1.4 Kỹ thuật khắc sử dụng mũ dò chế tạo cấu trúc nano

a Khắc sử dụng mũi dò nhúng

b Quang khắc trường gần

c Oxi hóa vùng (Local Oxidation)

d Khắc cơ học (Mechanical Scratching)

Kỹ thuật khắc cơ học sử dụng mũi dò quét và một lực cơ học làm thayđổi bề mặt mẫu tạo ra cấu trúc cần thiết bằng các ấn hoặc cào xước bề mặt

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.2.1 Mũi dò quét và phương pháp chế tạo

1.2.1.1 Sử dụng quang khắc kết hợp ăn mòn hóa học

1.2.1.2 Kỹ thuật khắc bằng chùm điện tử

1.2.1.3 Kỹ thuật khắc trực tiếp bằng chùm tia laser (laser direct writing)

1.2.2 Cấu trúc lò xo vi cơ và vấn đề còn tồn tại

1.2.2.1 Cấu trúc lò xo vi cơ thẳng

Hiện nay hầu hết lò xo vi cơ trong các hệ vi cơ của các nghiên cứu về kỹthuật khắc đầu dò quét được thiết kế và chế tạo dựa trên lò xo vi cơ thẳngvới một đầu cố định, đầu còn lại tự do có gắn mũi dò

1.2.2.2 Vấn đề tồn tại của lò xo vi cơ thẳng

Do cấu trúc lò xo vi cơ thẳng cố định một dầu dẫn đến đầu còn lại hoạtđộng bất đối xứng nên khi thanh dầm uốn cong sẽ tạo ra sự lệch bi

a Độ lệch biên dọc trục của lò xo vi cơ thẳng

Mũi dò lệch so với vị trí cân bằng một khoảng ∆l như Hình 1.18

Hình 1.18 Sự lệch biên của thanh dần cố định một đầu

b Sự xoắn ngang lò xo vi cơ thẳng

Hình 1.19 Mômen xoắn ngang lò xo vi cơ thẳng

c Lò xo vi cơ chữ V

Hình 1.20 Lò xo vi cơ hình chữ

Lò xo vi cơ hình chữ V được sử dụng và đã chó thấy sự cải thiện giảmảnh hưởng sự xoắn ngang

1.2.3 Hiệu suất khắc đầu dò

Đầu dò có đơn mũi dò có hiệu xuất chế tạo thấp, để nâng cao hiệu xuấtthì giải pháp phổ biến là tăng số lượng mũi dò khắc Có hai xu hướng thiết

kế mảng mũi dò: mảng mũi dò tích cực và mảng mũi dò thụ động

1.2.4 Một số nghiên cứu kỹ thuật khắc sử dụng mũi dò quét

Đã có nhiều công bố trên thế giới việc tạo ra đầu dò khắc sử dụng mũi

dò quét và chế tạo được các cấu trúc nano có độ phân giải cỡ 10 nm

1.3 Tình hình nghiên cứu kỹ thuật khắc sử dụng mũi dò quét trong nước

Hiện tại chỉ có nhóm nghiên cứu và phát triển vi hệ thống tại Viện Đàotạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Đại học Bách Khoa Hà Nộinghiên cứu về lĩnh vực này Bên cạnh đó hướng nghiên cứu đầu dò quétđịnh hướng ứng dụng trong chế tạo cấu trúc nano cũng phù hợp với điềukiện công nghệ tại Việt Nam

Nhằm mở rộng phạm vi dịch chuyển ngoài mặt phẳng và giảm kíchthước của hệ vi cơ trong luận án của tiến sĩ Đặng Văn Hiếu đề xuất lò xo vi

cơ gấp khúc Hình 1.32 Hệ có tần số dao động khoảng 25 kHz Khả nănghạn chế dao động nhiễu các mode khác ảnh hưởng tới mode-z của hệ lò xo

vi cơ đạt khoảng 50 % và kết quả tốt nhất khi khảo sát thay đổi thông sốcủa dầm lò xo vi cơ là 73.6 %

Hình 1.32 Hệ lò xo vi cơ gấp khúc càng cua

1.4 Kết luận chương

Chương 1 đã trình bày quá trình phát triển của đầu dò quét, ứng dụngcủa đầu dò quét trong thiết bị kính hiển vi đầu dò để chế tạo các cấu trúcnano Một số ứng dụng chế tạo cấu trúc nano sử dụng mũi dò quét và cáckỹ thuật chế tạo cấu trúc nano sử dụng đầu dò quét đã được tổng quan Từ

đó, kỹ thuật khắc cơ học sử dụng mũi dò quét đã được lựa chọn làm địnhhướng nghiên cứu của luận án Bên cạnh đó, các phương pháp chấp hànhđang được ứng dụng hiện nay để điều khiển mũi dò khắc đã được nghiêncứu và đánh giá

Nghiên cứu các cấu trúc vi cơ hoạt động theo phương z vuông góc với

mặt phẳng của các nhóm nghiên cứu trên thế giới đã công bố Các hệ vi cơứng dụng trong cảm biến gia tốc, vi gương, công tắc điện tử và đặc biệt hệ

vi cơ ứng dụng trong công nghệ khắc sử dụng mũi dò quét Các công bố vàứng dụng cho thấy tần số làm việc trong khoảng vài kHz cho đế vài trămkHz, biên độ dịch chuyển từ mài μmm đến vài chục μmm tuy theo ứng dụngcủa cấu trúc vi cơ

Xác định được vấn đề còn tồn tại của các cấu trúc chấp hành được công

bố, từ đó đề xuất các cấu trúc riêng của luận án: Đề xuất cấu trúc vi cơ dịchchuyển theo phương vuông góc với mặt phẳng có kích thước hệ thống đượcthu nhỏ, khắc phục độ lệch biên, tăng độ dịch chuyển, chống nhiễu kết cặpmode, tăng hiệu suất khắc các cấu trúc nano Ngoài ra, luận án cũng hướngtới đề xuất quy trình chế tạo mũi dò quét và hệ thống đầu dò khắc dựa trên

cơ sở thiết bị thực nghiệm truyền thống bằng kỹ thuật quang khắc và ănmòn ướt

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Tính toán độ cứng của lò xo

2.1.1.1 Lò xo vi cơ lò xo vi cơ thẳng (Mô hình lý thuyết 1)

Lò xo vi cơ thẳng là dạng dầm công xôn có công thức tính độ cứng:

Kz= 3 EI

1.1.1.1 Lò xo vi cơ Saggitta (Mô hình lý thuyết 2)

Lò xo vi cơ Saggitta sử dụng một cặp lò xo vi cơ đối xứng

(a) (b)

Hình 2.2 Lò xo vi cơ Saggitta; a)Cấu trúc 3D lò xo vi cơ Saggitta; b) Sơ đồ phân

tích tính độ cứng.

Độ cứng trục z được tính toán theo biểu thức:

Kz= l2/ ( 12 6 [ ( l3−2 c )2sin2α+2(l1+2 l2sin α) [ l1cosα+ ( 2l2cosα +l3−2 c ) sin α ] cosα ]

1.1.1.2 Lò xo vi cơ Serpentine dầm tuyến tính (Mô hình lý thuyết 3)

Lò xo vi cơ Serpentine dầm tuyến tính theo góc quay β Độ cứng lò xo

vi cơ Serpentine dầm tuyến tính Kz:

Hình 2.3 Lò xo vi cơ Serpentine dầm tuyến tính tương đương.

1.1.1.3 Lò xo vi cơ càng cua (Mô hình lý thuyết 4)

Hình 2.4 Cấu trúc lò xo vi cơ càng cua.

Độ cứng K z có thể được tính theo công thức:

Kz= F

1 ( l ¿¿ 1−k2z)2l2

l12+ l23+3 k2zl1( k2z− l1)

(2.15)

1.1.1.4 Lò xo vi cơ cung tròn (Mô hình lý thuyết 5)

Cấu trúc lò xo vi cơ cung tròn góc quay αvà bán kính R.

Hình 2.5 Mô hình 3D lò xo vi cơ cung tròn.

Độ cứng của lò xo vi cơ cung tròn được xác định bởi công thức (2.16):

2.1.2 Tính toán tần số riêng

2.1.2.1 Tần số dao động riêng của cấu trúc vi treo sử dụng hai lò xo vi cơ gấp khúc

Cấu trúc bao gồm lò xo vi treo kết nối với một tấm trung tâm độ dày là

t Tần số riêng dao động theo trục z:

2.1.3 Điện dung của cấu trúc

Khi chịu lực tĩnh điện F, bản cực tự do dịch chuyển một khoảng z, lúc

này điện dung và lực tĩnh điện được xác định:

F= ε ε0A V2

2.1.4 Điện áp làm việc ổn định của chấp hành tĩnh điện

Cấu trúc lò xo vi cơ treo có độ cứng K gắn vào bản cực tự do của tụ điện Trạng thái cân bằng giữa lực đàn đồi của lò xo vi cơ treo phương z (K z ) và lực tĩnh điện của tụ điện F như phương trình cân bằng sau:

2.1.5 Tính toán độ dịch chuyển của cấu trúc

Tấm điện cực mang mũi dò dịch chuyển dưới tác dụng của lực độngtrong môi trường không khí Điện áp kích thích cộng hưởng có hai thành

phần V dc đóng vai trò điều khiển biên độ, V ac tạo dao động

Độ dịch chuyển đạt được bằng cách giải phương trình (2.37) là:

b Hệ số phẩm chất

Hệ số Q cho biết khả năng cấu trúc lưu trữ năng lượng dao động cơ họctrong thời gian bao lâu trước khi nó bị giảm dần do các yếu tố cản Hệ sốphẩm chất Q càng cao thì sự phản ứng của cấu trúc với kích thích bênngoài tác động vào càng nhanh:

2.2 Cơ sở mô phỏng phương pháp phần tử hữu hạn

2.2.1 Khái quát phương pháp phần tử hữu hạn

2.2.1.1 Phương pháp phần tử hữu hạn

2.2.1.2 Dạng phần tử hữu hạn

2.2.1.3 Quy tắc chia phần tử

2.2.2 Phần mềm mô phỏng phân tích phần tử hữu hạn

Phầm mềm phân tích phần tử hữu hạn Comsol Multiphysics

2.3 Cơ sở thực nghiệm

2.3.1 Kỹ thuật quang khắc

2.3.1.1 Mặt nạ và chất cảm quang

2.3.1.2 Quy trình quang khắc

2.3.2 Ăn mòn hóa học

2.3.2.1 Kỹ thuật khắc ướt silic đẳng hướng

2.3.2.2 Kỹ thuật khắc ướt silic dị hướng

1.2 Kết luận

Chương này nghiên cứu một số mô hình lò xo vi cơ đã được ứng dụng

và công bố như: Mô hình lý thuyết lò xo vi cơ dầm thẳng, lò xo vi cơ càngcua, lò xo vi cơ Serpentine dầm không đổi, lò xo vi cơ Serpentine dầmtuyến tính, lò xo vi cơ Saggitta, lò xo dầm cong Các mô hình lý thuyết lò

xo có tính tương đồng với mô hình lò xo vi cơ đề xuất trong luận án Từcác mô hình lý thuyết đó phân tích và tìm là thông số cần thay đổi để thiết

kế hệ lò xo vi cơ có được tần số và độ dịch chuyển mong muốn Cơ sở lýthuyết đánh giá hệ số phẩm chất của hệ lò xo vi cơ và là thông số quantrọng để đánh giá tốc độ phản ứng của cấu trúc vi cơ khi nhận kích thích từbên ngoài Khi xây dựng được mô hình lò xo vi cơ thực hiện khảo sát tínhchất cơ của cấu trúc bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn với sự hỗtrợ của phần mềm comsol trên máy tính Tiếp đến, để chế tạo cấu trúc vi

cơ, mũi dò đề tài nghiên cứu những kiến thức, kỹ thuật thực nghiệm liênquan tới quy trình chế tạo mà hướng nghiên cứu sử dụng trong quy trình

Từ đó trang bị những kiến thức, cơ sở cần thiết để tiến hành thiết kế môphỏng và thực nghiệm Đặc biệt là cơ sở thực nghiệm của kỹ thuật quangkhắc và công nghệ vi cơ khối ướt với các trang thiết bị có tại phòng thínghiệm tại viện Đào tạo quốc tế về khoa học vật liệu ITIMS, Đại học Báchkhoa Hà Nội

Chương 3 THIẾT KẾ BỘ VI DỊCH CHUYỂN MŨI DÒ QUÉT1.3 Mô hình đầu dò khắc sử dụng chấp hành tĩnh điện

3.1.1 Mô hình cấu trúc hệ lò xo vi cơ treo đầu dò khắc

Mô hình cấu trúc hệ lò xo vi cơ bao gồm một đế tròn có bán kính R p,

được treo bằng hai lò xo vi cơ gấp khúc đối xứng.

Hình 3.1 Hệ lò xo vi cơ; a) Đơn mũi dò, b) Mảng mũi dò

1.4 Nghiên cứu thiết kế hệ lò xo vi cơ treo đĩa tâm gắn mũi dò sử dụng vi lò xo vi cơ gấp khúc không kết cặp

Hai hệ lò xo vi cơ gồm một tấm tròn bán kính R p, hai lò xo vi cơ gấpkhúc đối xứng Góc mở của lò xo vi cơ α Bề dày lò xo vi cơ là t Hệ lò xo

vi cơ 1 (Hệ 1) sử dụng thanh lò xo vi cơ thẳng, hệ lò xo vi cơ 2 (Hệ 2) sửdụng lò xo vi cơ cong

Hình 3.2 Cấu tạo của lò xo vi cơ gấp khúc có dạng lò xo vi cơ thẳng a) và dạng

cung tròn b) g là khoảng cách giữa các cung tròn của lò xo vi cơ.

1.4.1 Kết quả tính toán mô hình

1.4.1.1 Lò xo vi cơ gấp khúc lò xo vi cơ thẳng

Hình 3.3 Mô hình 3D của lò xo vi cơ gấp khúc với các lò xo vi cơ thẳng (a), lò xo

vi cơ gấp khúc được chia thành các lò xo vi cơ càng cua cơ bản nối tiếp (b) và mô

hình lò xo vi cơ nối tiếp tương đương (c).

Để tính tổng độ cứng K tsb của lò xo vi cơ gấp khúc với các lò xo vi cơ

thẳng, nguyên lý của lò xo vi cơ nối tiếp được sử dụng

1.4.1.2 Lò xo vi cơ gấp khúc lò xo vi cơ cong

Tổng độ cứng K tcb của lò xo vi cơ gấp khúc với hệ lò xo vi cơ cung tròn,

sử dụng nguyên lí lò xo vi cơ mắc nối tiếp được xác định là:

Mode hoạt động được quan

tâm dao động theo phương trục z

(mode-z), mode dao động dọc

quanh trục x Các tham: đĩa tâm R p = 70 μm , khoảng cách các lò xo vi cơ gm

= 20 μm , chiều rộng w = 10 mm μm , độ dày t = 10 mμm , và góc mở α = 600.Hai hệ lò xo vi cơ có số lò xo vi cơ gấp khúc n = 3

Hình 3.5 Ba mode đầu tiên được mô phỏng: lò xo vi cơ gấp khúc với các chùm lò

xo vi cơ thẳng (a)-(c) và lò xo vi cơ gấp khúc với các cung tròn (d)-(f).

1.4.2.1 So sánh kết quả tính toán và mô phỏng

i = 1, 2 và 3 tương ứng với số cung tròn hoặc lò xo vi cơ thẳng.

Nhìn chung, kết quả tính toán phương pháp càng cua gần với dữ liệu môphỏng hơn

a Số lò xo vi cơ lò xo vi cơ n = 1

Hình 3.6 Tần số hoạt động của hai hệ lò xo vi cơ với n = 1 được khảo sát bằng cả

tính toán lý thuyết và mô phỏng dưới dạng hàm của w (a), t (b) và α(c) Sự khác biệt giữa kết quả được tính toán và mô phỏng được khảo sát dưới dạng hàm của w

(d), t (e) và α (f)