دانشگاه ملی مهارت فصلنامه علمی کارافن 2382-9796 مقالات آماده انتشار 2026 05 16 Systematic Effect of Porous Material Dielectric Coefficient on Nonlinear Behavior and Sensitivity of Capacitive Pressure Microsensors: Multiphysics Modeling and Performance Analysis تأثیر سیستماتیک ضریب دی‌الکتریک ماده متخلخل بر رفتار غیرخطی و حساسیت میکرو حسگرهای فشار خازنی: مدل‌سازی چندفیزیکی و تحلیل عملکرد 243676 10.48301/kssa.2026.552592.3325 FA نیما احمدی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران 0000-0002-4560-1761 مصطفی علاوی 2. Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering, Urmia University of Technology, Urmia, Iran 0009-0001-7061-0379 صدرا رستمی ارنسا گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران 0009-0006-7096-6574 قادر رضازاده 3. Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Urmia University, Urmia, Iran 0000-0001-5243-3199 Journal Article 2025 11 05 In this study, the systematic effect of the dielectric constant of porous material on the performance of capacitive pressure sensors based on circular silicon membranes has been investigated in a multiphysics and nonlinear manner. Unlike previous studies that consider simultaneous changes in several material parameters, in this work only the dielectric constant (κ) is considered as an independent variable at three levels of 3, 40 and 80 and its effect on the static, dynamic and frequency behavior of the sensor has been analyzed, while Young's modulus and other mechanical properties have been kept constant. The modeling is based on the nonlinear governing equations of the classical plate and the compressible behavior of the porous dielectric and has been solved numerically by the Galerkin method. The results show that increasing κ leads to a significant reduction in the pull-in voltage (from 240 V at κ=3 to 50 V at κ=80), an increase in static and dynamic sensitivity, a decrease in settling time, and a decrease in the resonant frequency of the system. These behaviors are due to the increase in electrostatic force and the effective “softening” of the structure. The findings confirm that optimizing the dielectric constant without changing the mechanical stiffness is an effective strategy for designing medical sensors with low operating voltage, high sensitivity, and fast response. در این پژوهش، تأثیر سیستماتیک ضریب دی‌الکتریک ماده متخلخل بر عملکرد حسگرهای فشار خازنی مبتنی بر غشای دایره‌ای سیلیکونی به‌صورت چندفیزیکی و غیرخطی مورد بررسی قرار گرفته است. برخلاف مطالعات پیشین که تغییرات همزمان چندین پارامتر ماده را در نظر می‌گیرند، در این کار تنها ضریب دی‌الکتریک (κ) به‌عنوان متغیر مستقل در سه سطح 3، 40 و 80 در نظر گرفته شده و تأثیر آن بر رفتار استاتیکی، دینامیکی و فرکانسی حسگر تحلیل شده است، در حالی که مدول یانگ و سایر خواص مکانیکی ثابت نگه داشته شده‌اند. مدل‌سازی بر اساس معادلات حاکم غیرخطی صفحه کلاسیک و رفتار تراکم‌پذیر دی‌الکتریک متخلخل انجام شده و با روش گالرکین حل عددی گردیده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش κ منجر به کاهش چشمگیر ولتاژ pull-in (از 240 ولت در κ=3 به 50 ولت در κ=80)، افزایش حساسیت استاتیکی و دینامیکی، کاهش زمان نشست (settling time) و همچنین کاهش فرکانس رزونانس سیستم می‌شود. این رفتارها ناشی از افزایش نیروی الکترواستاتیک و «نرم‌تر شدن» مؤثر ساختار هستند. یافته‌ها تأیید می‌کنند که بهینه‌سازی ضریب دی‌الکتریک بدون تغییر در سختی مکانیکی، راهکاری مؤثر برای طراحی حسگرهای پزشکی با ولتاژ کار پایین، حساسیت بالا و پاسخ سریع است.