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.

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.