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Organic Surface Topography using Portable 3D Profilometer

ORGANIC SURFACE TOPOGRAPHY

USING PORTABLE 3D PROFILOMETER

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Nature has become a vital pool of inspiration for the development of improved surface structure. Understanding the surface structures found in nature has led to adhesion studies based on gecko’s feet, resistance studies based on a sea cucumbers textural change and repellency studies based from leaves, among many others. These surfaces have a number of potential applications from biomedical to clothing and automotive. For any of these surface breakthroughs to be successful, fabrication techniques must be developed so surface characteristics can be mimicked and reproduced. It is this process that will require identification and control.

IMPORTANCE OF PORTABLE 3D NON-CONTACT OPTICAL PROFILER FOR ORGANIC SURFACES

Utilizing Chromatic Light technology, the NANOVEA Jr25 Portable Optical Profiler has superior capability to measure nearly any material. That includes the unique and steep angles, reflective and absorbing surfaces found within natures broad range of surface characteristics. 3D non-contact measurements provide a full 3D image to give a more complete understanding of surface features. Without 3D capabilities, identification of nature’s surfaces would be solely relying on 2D information or microscope imaging, which does not provide sufficient information to properly mimic the surface studied. Understanding the full range of the surface characteristics including texture, form, dimension, among many others, will be critical to successful fabrication.

The ability to easily obtain lab-quality results in the field opens the door for new research opportunities.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Jr25 is used to measure the surface of a leaf. There is an endless list of surface parameters that can be automatically calculated after the 3D surface scan.

Here we will review the 3D surface and select
areas of interest to further analyze, including
quantifying and investigating the surface roughness, channels and topography

NANOVEA

JR25

CONDICIONES DE ENSAYO

FURROW DEPTH

Mean density of furrows: 16.471 cm/cm2
Mean depth of furrows: 97.428 μm
Maximum depth: 359.769 μm

CONCLUSIÓN

In this application, we have shown how the NANOVEA Jr25 portable 3D Non-Contact Optical Profiler can precisely characterize both the topography and the nanometer scale details of a leaf surface in the field. From these 3D surface measurements, areas of interest can quickly be identified and then analyzed with a list of endless studies (Dimension, Roughness Finish Texture, Shape Form Topography, Flatness Warpage Planarity, Volume Area, Step-Height and others). A 2D cross section can be easily chosen to analyze further details. With this information organic surfaces can be broadly investigated with a complete set of surface measurement resources. Special areas of interest could have been further analyzed with integrated AFM module on table top models.

NANOVEA also offers portable high-speed profilometers for field research and a wide range of lab-based systems, as well as provides laboratory services.

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Propiedades de adherencia del revestimiento de oro sobre sustrato de cristal de cuarzo

Propiedades de adherencia del revestimiento de oro

sobre sustrato de cristal de cuarzo

Preparado por

DUANJIE LIDoctorado

INTRODUCCIÓN

La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) es un sensor de masa extremadamente sensible capaz de realizar mediciones precisas de masas pequeñas en el rango de los nanogramos. La QCM mide el cambio de masa en la superficie mediante la detección de variaciones en la frecuencia de resonancia del cristal de cuarzo con dos electrodos fijados a cada lado de la placa. La capacidad de medir pesos extremadamente pequeños lo convierte en un componente clave en una gran variedad de instrumentos de investigación e industriales para detectar y controlar la variación de masa, adsorción, densidad y corrosión, etc.

IMPORTANCIA DE LA PRUEBA SCRATCH PARA QCM

Como dispositivo extremadamente preciso, el QCM mide el cambio de masa hasta 0,1 nanogramos. Cualquier pérdida de masa o delaminación de los electrodos en la placa de cuarzo será detectada por el cristal de cuarzo y provocará errores de medición significativos. En consecuencia, la calidad intrínseca del revestimiento del electrodo y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato desempeñan un papel esencial en la realización de mediciones de masa precisas y repetibles. El ensayo de microarañazos es una medición comparativa ampliamente utilizada para evaluar las propiedades relativas de cohesión o adherencia de los revestimientos basándose en la comparación de las cargas críticas a las que aparecen los fallos. Es una herramienta superior para el control de calidad fiable de los QCM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Comprobador mecánico, en modo Micro Scratch, se utiliza para evaluar la fuerza cohesiva y adhesiva del recubrimiento de oro sobre el sustrato de cuarzo de una muestra de QCM. Nos gustaría mostrar la capacidad del NANOVEA Probador mecánico en la realización de pruebas de micro scratch en una muestra delicada con alta precisión y repetibilidad.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

En NANOVEA Se utilizó el comprobador mecánico PB1000 para realizar los ensayos de microarañazos en una muestra de QCM utilizando los parámetros de ensayo que se resumen a continuación. Se realizaron tres arañazos para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

TIPO DE CARGA: Progresiva

CARGA INICIAL

0.01 N

CARGA FINAL

30 N

ATMÓSFERA: Aire 24°C

VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

2 mm/min

DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO

2 mm

RESULTADOS Y DEBATE

La huella completa del microarañazo en la muestra de QCM se muestra en FIGURA 1. Los comportamientos de fallo a diferentes cargas críticas se muestran en la FIGURA 2donde la carga crítica, LC1 se define como la carga a la que se produce el primer signo de fallo del adhesivo en la pista de rayado, LC2 es la carga tras la cual se producen fallos adhesivos repetitivos, y LC3 es la carga a la que el revestimiento se desprende completamente del sustrato. Se observa que a LC1 de 11,15 N, el primer signo de fallo del revestimiento. 

Como la carga normal sigue aumentando durante el ensayo de microarañazos, se producen fallos repetitivos del adhesivo después de LC2 de 16,29 N. Cuando LC3 de 19,09 N, el revestimiento se desprende completamente del sustrato de cuarzo. Estas cargas críticas pueden utilizarse para comparar cuantitativamente la resistencia cohesiva y adhesiva del revestimiento y seleccionar el mejor candidato para las aplicaciones previstas.

FIGURA 1: Pista completa de microarañazos en la muestra QCM.

FIGURA 2: Pista de microarañazos a diferentes cargas críticas.

FIGURA 3 traza la evolución del coeficiente de fricción y la profundidad que puede proporcionar más información sobre la progresión de los fallos del revestimiento durante el ensayo de microarañazos.

FIGURA 3: Evolución del COF y de la profundidad durante el ensayo de micro rayado.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que la NANOVEA Mechanical Tester realiza ensayos de microarañazos fiables y precisos en una muestra de QCM. Mediante la aplicación de cargas linealmente crecientes de forma controlada y estrechamente supervisada, la medición del rayado permite a los usuarios identificar la carga crítica en la que se produce el típico fallo del revestimiento cohesivo y adhesivo. Proporciona una herramienta superior para evaluar y comparar cuantitativamente la calidad intrínseca del revestimiento y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato para QCM.

Los módulos Nano, Micro o Macro del NANOVEA Todos los comprobadores mecánicos incluyen modos de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. NANOVEAes una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adherencia, la resistencia al desgaste y muchas otras.

Además, se dispone de un perfilador 3D sin contacto y un módulo AFM opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de la indentación, el rayado y la huella de desgaste, además de otras mediciones de superficies, como la rugosidad y el alabeo.

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