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Tese de Doutorado
Uma Abordagem Alternativa Para Microatuadores Eletrotérmicos Em Vácuo: Da Simulação Ao Experimento In Situ

Data do cadastro: 20/07/2021

Publicação/Divulgação: 16/12/2019

Resp. pelo cadastro:

Orientador: A. Mello

Coorientador: R. L. Sommer

Segundo Coorientador: -

Aluno: Gabriel Rodrigo de Souza Gama

Status atual: Defendida

Instituição de defesa: CBPF - Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

Resumo: O presente trabalho propõe a simulação e construção de um dispositivo microeletromecânico com capacidade de realizar um ensaio de tração dentro do microscópio eletrônico de transmissão para estudar os mecanismos de deformação de filmes finos nanoestruturados. O dispositivo baseia-se em atuadores eletrotérmicos de vigas inclinadas responsáveis por realizar força sobre a amostra, como também utiliza extensômetros capacitivos para medir o deslocamento e força exercidos sobre a amostra. A equação de Young simplificada foi usada para descrever a dissipação de calor proveniente do Efeito Joule em regime estacionário em vácuo no atuador eletrotérmico. A forma simplificada da equação de Young é capaz de fornecer a distribuição de temperatura, potencial elétrico e deslocamento de atuadores térmicos que possuam, ou não, propriedades físicas dependentes da temperatura como condutividade térmica, resistividade elétrica e coeficiente de dilatação linear. Os resultados numéricos propostos provenientes da aplicação da equação de Young simplificada aos atuadores eletrotérmicos, foram comparados com resultados de simulação de elementos finitos e apresentaram resultados satisfatórios. Uma instrumentação foi desenvolvida para medir o deslocamento do dispositivo dentro do Microscópio Eletrônico de Varredura, usando um terminal de passagem para vácuo (feedthrough), fornecendo uma resolução de décimos de micrômetros. Para o funcionamento fora do ambiente de vácuo, o estudo da variação de temperatura do dispositivo é discutido com valores experimentais sendo comparados com resultados de simulação baseada em elementos finitos. A simulação e o modelo numérico proposto descrevem o deslocamento do atuador até ~ 30 mA de corrente elétrica aplicada. Acima de 35 mA uma variação abrupta da resistividade é observada seguida por uma degradação da superfície do dispositivo em torno de 50 mA. As vigas inclinadas de silício do dispositivo fundem com 52 mA. Uma simulação de elementos finitos foi realizada para estudar o regime elástico e plástico de ensaio de tração dentro do Microscópio Eletrônico de Transmissão. Para a simulação foi utilizado um filme de cobre de ~ 30 nm de espessura. O dispositivo foi capaz de aplicar uma força de até 0,7 mN. Sua fabricação mostrou-se desafiadora e é discutida no trabalho.

Área:

Data da defesa: 16/12/2019

Banca: FREIRE JUNIOR, F. L.; J.P.Sinnecker; Luiz C. Sampaio; Patrícia Lustoza de Souza


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