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AR Categoría: Indentación | Dureza y elasticidad
Caracterización nanomecánica de las constantes de los muelles
La capacidad de un muelle para almacenar energía mecánica tiene una larga historia de uso. Desde los arcos para la caza hasta las cerraduras para las puertas, la tecnología de los muelles existe desde hace muchos siglos. Hoy en día dependemos de los muelles, ya sea de los colchones, los bolígrafos o la suspensión de los automóviles, ya que desempeñan un papel vital en nuestra vida cotidiana. Con una variedad tan grande de usos y diseños, es necesario poder cuantificar sus propiedades mecánicas.
Herramienta de selección del mapa mecánico de la vista amplia
Todos hemos oído el término: el tiempo es oro. Por eso muchas empresas buscan constantemente métodos para agilizar y mejorar diversos procesos, ya que ahorran tiempo. Cuando se trata de pruebas de indentación, la velocidad, la eficiencia y la precisión pueden integrarse en un proceso de control de calidad o de I+D cuando se utiliza uno de nuestros comprobadores mecánicos Nanovea. En esta nota de aplicación, mostraremos una forma sencilla de ahorrar tiempo con nuestro comprobador mecánico Nanovea y las funciones de software Broad View Map y Selection Tool.
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Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación
Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación
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Imaginemos un escenario en el que una muestra a granel se calienta uniformemente a un ritmo constante. Cuando un material a granel se calienta y se acerca a su punto de fusión, empieza a perder su rigidez. Si se realizan indentaciones periódicas (pruebas de dureza) con la misma fuerza objetivo, la profundidad de cada indentación debería aumentar constantemente, ya que la muestra se está volviendo más blanda (véase la figura 1). Esto continúa hasta que la muestra comienza a fundirse. En este punto, se observará un gran aumento de la profundidad por indentación. Utilizando este concepto, el cambio de fase en un material puede observarse utilizando oscilaciones dinámicas con una amplitud de fuerza fija y midiendo su desplazamiento, es decir, el Análisis Mecánico Dinámico (AMD).
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Medición de la relajación de tensiones mediante nanoindentación
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Compresión en materiales blandos y flexibles
Importancia de probar los materiales blandos y flexibles
Un ejemplo de muestras muy blandas y flexibles son los sistemas microelectromecánicos. Los MEMS se utilizan en productos comerciales cotidianos como impresoras, teléfonos móviles y coches [1]. Sus usos también incluyen funciones especiales, como los biosensores [2] y la recolección de energía [3]. Para sus aplicaciones, los MEMS deben ser capaces de transitar de forma reversible entre su configuración original y una configuración comprimida repetidamente [4]. Para entender cómo reaccionarán las estructuras a las fuerzas mecánicas, se pueden realizar ensayos de compresión. Los ensayos de compresión pueden utilizarse para probar y ajustar diversas configuraciones de MEMS, así como para comprobar los límites de fuerza superior e inferior de estas muestras.
La Nanovea Probador Mecánico nano La capacidad del módulo para recopilar datos con precisión con cargas muy bajas y recorrer más de 1 mm de distancia lo hace ideal para probar muestras blandas y flexibles. Al tener sensores de carga y profundidad independientes, el gran desplazamiento del penetrador no afecta las lecturas del sensor de carga. La capacidad de realizar pruebas de baja carga en un rango de más de 1 mm de recorrido del penetrador hace que nuestro sistema sea único en comparación con otros sistemas de nanoindentación. En comparación, una distancia de recorrido razonable para un sistema de indentación a nanoescala suele ser inferior a 250 μm.
Objetivo de medición
En este estudio de caso, Nanovea llevó a cabo pruebas de compresión en dos muestras flexibles, tipo resorte, singularmente diferentes. Mostramos nuestra capacidad para llevar a cabo la compresión con cargas muy bajas y registrar grandes desplazamientos, obteniendo al mismo tiempo datos precisos con cargas bajas, y cómo esto puede aplicarse a la industria de los MEMS. Debido a las políticas de privacidad, las muestras y su origen no se revelarán en este estudio
Parámetros de medición
Nota: La velocidad de carga de 1 V/min es proporcional a aproximadamente 100μm de desplazamiento cuando el indentador está en el aire.
Resultados y discusión
La respuesta de la muestra a las fuerzas mecánicas puede verse en las curvas de carga vs. profundidad. La muestra A sólo muestra una deformación elástica lineal con los parámetros de ensayo indicados anteriormente. La figura 2 es un gran ejemplo de la estabilidad que se puede conseguir para una curva de carga vs profundidad a 75μN. Debido a la estabilidad de los sensores de carga y profundidad, sería fácil percibir cualquier respuesta mecánica significativa de la muestra.
La muestra B muestra una respuesta mecánica diferente a la de la muestra A. A partir de 750μm de profundidad, comienza a aparecer un comportamiento similar a la fractura en el gráfico. Esto se observa con las fuertes caídas de carga a 850 y 975μm de profundidad. A pesar de viajar a una alta tasa de carga durante más de 1mm en un rango de 8mN, nuestros sensores de carga y profundidad altamente sensibles permiten al usuario obtener las elegantes curvas de carga vs profundidad que se muestran a continuación.
La rigidez se calculó a partir de la parte de descarga de las curvas de carga frente a la profundidad. La rigidez refleja cuánta fuerza es necesaria para deformar la muestra. Para este cálculo de la rigidez, se utilizó una pseudo relación de Poisson de 0,3, ya que no se conoce la relación real del material. En este caso, la muestra B resultó ser más rígida que la muestra A.
Conclusión:
Se probaron dos muestras flexibles diferentes bajo compresión utilizando el Nano Módulo del Probador Mecánico Nanovea. Los ensayos se realizaron con cargas muy bajas (1mm). Los ensayos de compresión a escala nanométrica con el Nano Módulo han demostrado la capacidad del módulo para ensayar muestras muy blandas y flexibles. Las pruebas adicionales de este estudio podrían abordar cómo la carga cíclica repetida afecta al aspecto de la recuperación elástica de las muestras tipo muelle a través de la opción de carga múltiple del Nanovea Mechanical Tester.
Para obtener más información sobre este método de ensayo, no dude en ponerse en contacto con nosotros en [email protected] y para obtener más notas de aplicación, consulte nuestra amplia biblioteca digital de notas de aplicación.
Referencias
[1] "Introducción y áreas de aplicación de los 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). "Sistemas microelectromecánicos y nanotecnología. 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). "Cosecha de energía piezoeléctrica de ancho de banda ultra amplio". AppliedPhysics Letters. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. "Mesoestructuras 3D morfables y dispositivos microelectrónicos mediante mecánica de pandeo multiestable". Nature materials 17.3 (2018): 268.
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Propiedades mecánicas de los recubrimientos de obleas de carburo de silicio
Comprender las propiedades mecánicas de los recubrimientos de obleas de carburo de silicio es fundamental. El proceso de fabricación de dispositivos microelectrónicos puede tener más de 300 pasos de procesamiento diferentes y puede durar entre seis y ocho semanas. Durante este proceso, el sustrato de la oblea debe ser capaz de soportar las condiciones extremas de fabricación, ya que un fallo en cualquier paso supondría la pérdida de tiempo y dinero. Las pruebas de durezaLa resistencia a la adherencia y a los arañazos y la tasa de desgaste de la oblea deben cumplir ciertos requisitos para sobrevivir a las condiciones impuestas durante el proceso de fabricación y aplicación para asegurar que no se produzca un fallo.
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Nanoindentación con humedad controlada de películas de polímeros
Las propiedades mecánicas del polímero se modifican a medida que aumenta la humedad ambiental. Los efectos transitorios de la humedad, también conocidos como efectos de mecanosorción, surgen cuando el polímero absorbe un alto contenido de humedad y experimenta un comportamiento de fluencia acelerado. El mayor cumplimiento de la fluencia es el resultado de complejos efectos combinados como el aumento de la movilidad molecular, el envejecimiento físico inducido por la sorción y los gradientes de tensión inducidos por la sorción.
Por lo tanto, se necesita una prueba fiable y cuantitativa (Nanoindentación de la humedad) de la influencia inducida por la sorción en el comportamiento mecánico de los materiales poliméricos a diferentes niveles de humedad. El módulo Nano del Probador Mecánico Nanovea aplica la carga mediante un piezoeléctrico de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento. Se crea una humedad uniforme alrededor de la punta de indentación y la superficie de la muestra mediante un recinto de aislamiento, lo que garantiza la precisión de la medición y minimiza la influencia de la deriva causada por el gradiente de humedad.
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Propiedades mecánicas y tribológicas de la fibra de carbono
Combinado con la prueba de desgaste por Tribómetro y el análisis de la superficie mediante el perfilómetro óptico 3D, nos
mostrar la versatilidad y precisión de los instrumentos Nanovea en los ensayos de materiales compuestos
con propiedades mecánicas direccionales.
Evaluación de la dureza biomecánica de los tejidos
La capacidad de medir con precisión propiedades mecánicas en los campos de las ciencias biológicas se ha convertido recientemente en un aspecto importante de muchos estudios actuales. En algunos casos, comprender las propiedades mecánicas de las superficies biológicas blandas ha ayudado a descubrir los efectos mecánicos de las enfermedades. Comprender las propiedades mecánicas proporciona un contexto para identificar el comportamiento mecánico local vinculado a cambios específicos. También es fundamental en el desarrollo de biomateriales artificiales. En esta aplicación, Nanovea Probador Mecánico, en Nanoindentación se utiliza para estudiar la dureza biomecánica y el módulo elástico de 3 zonas distintas de prosciutto (grasa, carne clara y carne oscura).
Evaluación de la dureza de los dientes mediante nanoindentación
En esta aplicación, el Nanovea Probador Mecánico, en Nanoindentación se utiliza para estudiar la dureza y el módulo elástico de la dentina, la caries y la pulpa de un diente. El aspecto más crítico con las pruebas de nanoidentificación es asegurar la muestra, aquí tomamos un diente rebanado y montado con epoxi dejando las tres áreas de interés expuestas para las pruebas.
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Ensayo de flexión en 3 puntos mediante microindentación
En esta aplicación, el Nanovea Probador Mecánico, en Microindentación se utiliza para medir la resistencia a la flexión (utilizando la flexión de 3 puntos) de muestras de varillas de diferentes tamaños (pasta) para mostrar una gama de datos. Se eligieron 2 diámetros diferentes para demostrar tanto las características elásticas como las frágiles. Utilizando un indentador de punta plana para aplicar una carga puntual, determinamos la rigidez (módulo de Young) e identificamos las cargas críticas a las que la muestra se fracturará.
