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Kompression auf weichen, flexiblen Materialien
Wichtigkeit der Prüfung weicher, flexibler Materialien
Ein Beispiel für sehr weiche und flexible Proben ist ein mikroelektromechanisches System. MEMS werden in alltäglichen kommerziellen Produkten wie Druckern, Mobiltelefonen und Autos verwendet [1]. Sie werden auch für spezielle Funktionen wie Biosensoren [2] und Energiegewinnung [3] verwendet. Für ihre Anwendungen müssen MEMS in der Lage sein, wiederholt reversibel zwischen ihrer ursprünglichen Konfiguration und einer komprimierten Konfiguration zu wechseln [4]. Um zu verstehen, wie die Strukturen auf mechanische Kräfte reagieren, können Kompressionstests durchgeführt werden. Kompressionstests können genutzt werden, um verschiedene MEMS-Konfigurationen zu testen und abzustimmen sowie obere und untere Kraftgrenzen für diese Proben zu testen.
Der Nanovea Mechanischer Tester Nano Die Fähigkeit des Moduls, Daten bei sehr geringen Lasten und einer Distanz von über 1 mm genau zu erfassen, macht es ideal für die Prüfung weicher und flexibler Proben. Durch die Verwendung unabhängiger Last- und Tiefensensoren hat eine große Eindringkörperverschiebung keinen Einfluss auf die Messwerte des Lastsensors. Die Möglichkeit, Schwachlasttests über einen Bereich von mehr als 1 mm Eindringkörperweg durchzuführen, macht unser System im Vergleich zu anderen Nanoindentationssystemen einzigartig. Im Vergleich dazu liegt eine angemessene Verfahrstrecke für ein nanoskaliges Eindrucksystem typischerweise unter 250 μm.
Messung Zielsetzung
In dieser Fallstudie führte Nanovea Kompressionstests an zwei völlig unterschiedlichen flexiblen, federähnlichen Proben durch. Wir zeigen, dass wir in der Lage sind, Kompressionstests bei sehr geringen Belastungen durchzuführen und große Auslenkungen aufzuzeichnen, während wir gleichzeitig genaue Daten bei geringen Belastungen erhalten, und wie dies in der MEMS-Industrie angewendet werden kann. Aus Gründen des Datenschutzes werden die Proben und ihre Herkunft in dieser Studie nicht veröffentlicht.
Messparameter
Hinweis: Die Belastungsrate von 1 V/min ist proportional zu einer Verschiebung von etwa 100 μm, wenn sich der Eindringkörper in der Luft befindet.
Ergebnisse und Diskussion
Die Reaktion der Probe auf die mechanischen Kräfte ist aus den Kurven Last/Tiefe ersichtlich. Probe A zeigt nur eine lineare elastische Verformung mit den oben genannten Prüfparametern. Abbildung 2 ist ein gutes Beispiel für die Stabilität, die für eine Last-Tiefen-Kurve bei 75μN erreicht werden kann. Aufgrund der Stabilität der Last- und Tiefensensoren wäre es einfach, eine signifikante mechanische Reaktion der Probe zu erkennen.
Probe B zeigt eine andere mechanische Reaktion als Probe A. Nach 750 μm Tiefe beginnt das Diagramm ein bruchähnliches Verhalten zu zeigen. Dies ist an den starken Lastabfällen bei 850 und 975 μm Tiefe zu erkennen. Trotz einer hohen Belastungsrate von mehr als 1 mm über einen Bereich von 8 mN ermöglichen unsere hochempfindlichen Belastungs- und Tiefensensoren dem Benutzer, die nachstehenden glatten Kurven zwischen Belastung und Tiefe zu erhalten.
Die Steifigkeit wurde aus dem Entlastungsanteil der Last-Tiefen-Kurven berechnet. Die Steifigkeit gibt an, wie viel Kraft erforderlich ist, um die Probe zu verformen. Für diese Steifigkeitsberechnung wurde eine Pseudo-Poissonzahl von 0,3 verwendet, da die tatsächliche Zahl des Materials nicht bekannt ist. In diesem Fall erwies sich Probe B als steifer als Probe A.
Schlussfolgerung
Zwei verschiedene flexible Proben wurden mit dem Nanomodul des Nanovea-Mechanik-Testers auf Druck geprüft. Die Tests wurden bei sehr geringen Belastungen (1mm) durchgeführt. Die Druckprüfung im Nanomaßstab mit dem Nanomodul hat gezeigt, dass das Modul in der Lage ist, sehr weiche und flexible Proben zu prüfen. Weitere Tests für diese Studie könnten sich damit befassen, wie wiederholte zyklische Belastungen den Aspekt der elastischen Erholung der federähnlichen Proben über die Mehrfachbelastungsoption des Nanovea-Mechanik-Testers beeinflussen.
Wenn Sie weitere Informationen zu dieser Prüfmethode wünschen, wenden Sie sich bitte an info@nanovea.com. Weitere Anwendungshinweise finden Sie in unserer umfangreichen digitalen Bibliothek mit Anwendungshinweisen.
Referenzen
[1] "Einführung und Anwendungsbereiche für MEMS". EEHerald, 1 Mar. 2017, www.eeherald.com/section/design-guide/mems_application_introduction.html.
[2] Louizos, Louizos-Alexandros; Athanasopoulos, Panagiotis G.; Varty, Kevin (2012). "Microelectromechanical Systems and Nanotechnology. A Platform for the Next Stent Technological Era". Vasc Endovascular Surg.46 (8): 605–609. doi:10.1177/1538574412462637. PMID 23047818.
[3] Hajati, Arman; Sang-Gook Kim (2011). "Ultra wide bandwidth piezoelectric energy harvesting". AppliedPhysics Letters. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. "Morphable 3D mesostructures and microelectronic devices by multistable bucklingmechanics." Nature materials 17.3 (2018): 268.
