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AR Catégorie : Indentation | Dureté et élasticité
Évaluation de la dureté des tissus biologiques par nanoindentation
Importance de la nanoindentation des tissus biologiques
Les essais mécaniques traditionnels (dureté, adhésion, compression, perforation, limite d'élasticité, etc.) exigent une précision et une fiabilité accrues dans les environnements actuels de contrôle de la qualité, avec un large éventail de matériaux avancés, allant des tissus aux matériaux fragiles. L'instrumentation mécanique traditionnelle ne parvient pas à fournir le contrôle sensible de la charge et la résolution nécessaires pour les matériaux avancés. Les défis associés aux biomatériaux nécessitent le développement de tests mécaniques capables de contrôler précisément la charge sur des matériaux extrêmement mous. Ces matériaux nécessitent des charges d'essai très faibles, inférieures au mN, avec une grande plage de profondeur pour garantir une mesure correcte des propriétés. En outre, de nombreux types d'essais mécaniques différents peuvent être réalisés sur un seul système, ce qui permet une plus grande fonctionnalité. Cela permet d'effectuer une série de mesures importantes sur les biomatériaux, notamment la dureté, le module d'élasticité, le module de perte et de stockage et le fluage, en plus de la résistance aux rayures et des points de rupture de la limite élastique.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le testeur mécanique de Nanovea en mode nanoindentation est utilisé pour étudier la dureté et le module d'élasticité de 3 zones distinctes d'un substitut de biomatériau sur les régions de gras, de viande claire et de viande foncée du prosciutto.
La nanoindentation est basée sur les normes d'indentation instrumentée ASTM E2546 et ISO 14577. Elle utilise des méthodes établies où une pointe de pénétration de géométrie connue est enfoncée dans un site spécifique du matériau d'essai avec une charge normale croissante contrôlée. Lorsqu'une profondeur maximale prédéfinie est atteinte, la charge normale est réduite jusqu'à ce qu'une relaxation complète se produise. La charge est appliquée par un actionneur piézoélectrique et mesurée dans une boucle contrôlée avec une cellule de charge à haute sensibilité. Pendant les expériences, la position du pénétrateur par rapport à la surface de l'échantillon est contrôlée par un capteur capacitif de haute précision. Les courbes de charge et de déplacement qui en résultent fournissent des données spécifiques à la nature mécanique du matériau testé. Des modèles établis calculent des valeurs quantitatives de dureté et de module à partir des données mesurées. La nanoindentation est adaptée aux mesures de faible charge et de profondeur de pénétration à l'échelle nanométrique.
Résultats et discussion
Les tableaux ci-dessous présentent les valeurs mesurées de la dureté et du module d'Young avec les moyennes et les écarts types. Une rugosité de surface élevée peut entraîner de grandes variations dans les résultats en raison de la petite taille des empreintes.
La zone grasse présentait une dureté deux fois moindre que celle des zones de viande. Le traitement de la viande a rendu la zone de viande plus foncée plus dure que la zone de viande claire. Le module d'élasticité et la dureté sont en relation directe avec la sensation de mastication des zones de gras et de viande. Après 60 secondes, la graisse et la viande claire continuent à se déformer plus rapidement que la viande foncée.
Résultats détaillés - Graisse
Résultats détaillés - Viande légère
Résultats détaillés - Viande brune
Conclusion
Dans cette application, Nanovea testeur mécanique en mode nanoindentation, les propriétés mécaniques des zones de graisse et de viande ont été déterminées de manière fiable tout en surmontant la rugosité élevée de la surface de l'échantillon. Cela a démontré les capacités étendues et inégalées du testeur mécanique de Nanovea. Le système fournit simultanément des mesures précises des propriétés mécaniques sur des matériaux extrêmement durs et des tissus biologiques mous.
La cellule de charge en boucle fermée avec la table piézoélectrique assure une mesure précise des matériaux en gel dur ou mou de 1 à 5kPa. En utilisant le même système, il est possible de tester des biomatériaux à des charges plus élevées, jusqu'à 400N. Un chargement multi-cycle peut être utilisé pour les essais de fatigue et des informations sur la limite d'élasticité dans chaque zone peuvent être obtenues à l'aide d'une pointe de diamant cylindrique plate. En outre, grâce à l'analyse mécanique dynamique (DMA), les modules de perte et de stockage des propriétés viscoélastiques peuvent être évalués avec une grande précision en utilisant le contrôle de la charge en boucle fermée. Des tests à différentes températures et sous des liquides sont également disponibles sur le même système.
Le testeur mécanique de Nanovea continue d'être l'outil supérieur pour les applications biologiques et les polymères/gel mous.
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Évaluation de la dureté des dents par nanoindentation
Importance de la nanoindentation pour les biomatériaux
Avec de nombreux tests mécaniques traditionnels (dureté, adhérence, compression, perforation, limite d'élasticité, etc.), les environnements de contrôle qualité d'aujourd'hui avec des matériaux sensibles avancés, des gels aux matériaux fragiles, nécessitent désormais une plus grande précision et un contrôle de fiabilité. L'instrumentation mécanique traditionnelle ne parvient pas à fournir le contrôle de charge sensible et la résolution nécessaires ; conçu pour être utilisé pour les matériaux en vrac. Au fur et à mesure que la taille du matériau testé devenait de plus en plus intéressante, le développement de Nanoindentation fourni une méthode fiable pour obtenir des informations mécaniques essentielles sur des surfaces plus petites telles que la recherche en cours avec les biomatériaux. Les défis spécifiquement associés aux biomatériaux ont nécessité le développement d'essais mécaniques capables d'un contrôle précis de la charge sur des matériaux extrêmement mous à cassants. De plus, plusieurs instruments sont nécessaires pour effectuer divers tests mécaniques qui peuvent désormais être effectués sur un seul système. La nano-indentation fournit une large gamme de mesures avec une résolution précise à des charges nano-contrôlées pour les applications sensibles.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le système Nanovea Testeur Méchanique, en mode Nanoindentation, est utilisé pour étudier la dureté et le module élastique de la dentine, la carie et la pulpe d'une dent. L'aspect le plus critique des tests de nanoindentation est la sécurisation de l'échantillon. Ici, nous avons pris une dent tranchée et montée à l'époxy, laissant les trois zones d'intérêt exposées pour les tests.
Résultats et discussion
Cette section comprend un tableau récapitulatif qui compare les principaux résultats numériques pour les différents échantillons, suivi des listes de résultats complets, incluant chaque indentation réalisée, accompagnée de micrographies de l'indentation, lorsqu'elles sont disponibles. Ces résultats complets présentent les valeurs mesurées de la dureté et du module de Young ainsi que la profondeur de pénétration avec leurs moyennes et leurs écarts types. Il faut considérer qu'une grande variation des résultats peut se produire dans le cas où la rugosité de surface est dans la même gamme de taille que l'indentation.
Tableau récapitulatif des principaux résultats numériques :
Conclusion
En conclusion, nous avons montré comment le Nanovea Mechanical Tester, en mode Nanoindentation, permet une mesure précise des propriétés mécaniques d'une dent. Les données peuvent être utilisées dans le développement de plombages qui correspondront mieux aux caractéristiques mécaniques d'une vraie dent. La capacité de positionnement du Nanovea Mechanical Tester permet une cartographie complète de la dureté des dents dans les différentes zones.
En utilisant le même système, il est possible de tester la résistance à la rupture du matériau des dents à des charges plus élevées, jusqu'à 200N. Un test de chargement multi-cycle peut être utilisé sur des matériaux plus poreux pour évaluer le niveau d'élasticité restant. L'utilisation d'une pointe de diamant cylindrique plate peut donner des informations sur la limite d'élasticité dans chaque zone. En outre, l'analyse mécanique dynamique (DMA) permet d'évaluer les propriétés viscoélastiques, notamment les modules de perte et de stockage.
Le nanomodule Nanovea est idéal pour ces tests car il utilise une réaction unique pour contrôler précisément la charge appliquée. De ce fait, le module nano peut également être utilisé pour effectuer des tests de rayures précis. L'étude de la résistance aux rayures et à l'usure des matériaux dentaires et des matériaux d'obturation ajoute à l'utilité globale du testeur mécanique. L'utilisation d'une pointe aiguisée de 2 microns pour comparer quantitativement les marques sur les matériaux d'obturation permettra une meilleure prédiction du comportement dans les applications réelles. Les tests d'usure multipasse ou d'usure rotative directe sont également des tests courants qui fournissent des informations importantes sur la viabilité à long terme.
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Caractérisation nano-mécanique des constantes de ressort
La capacité d'un ressort à stocker de l'énergie mécanique a une longue histoire d'utilisation. Des arcs pour la chasse aux serrures pour les portes, la technologie des ressorts existe depuis de nombreux siècles. De nos jours, nous dépendons des ressorts, qu'il s'agisse de matelas, de stylos ou de suspensions automobiles, car ils jouent un rôle essentiel dans notre vie quotidienne. Avec une telle variété d'utilisation et de conception, il est nécessaire de pouvoir quantifier leurs propriétés mécaniques.
Outil de sélection des cartes mécaniques Broadview
Nous avons tous entendu l'expression "le temps, c'est de l'argent". C'est pourquoi de nombreuses entreprises recherchent constamment des méthodes pour accélérer et améliorer divers processus, cela permet de gagner du temps. Lorsqu'il s'agit de tests d'indentation, la vitesse, l'efficacité et la précision peuvent être intégrées dans un processus de contrôle de la qualité ou de R&D en utilisant l'un de nos testeurs mécaniques Nanovea. Dans cette note d'application, nous allons présenter un moyen facile de gagner du temps grâce aux fonctionnalités de notre testeur mécanique Nanovea et de notre logiciel Broad View Map and Selection Tool.
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Transition vitreuse localisée avec précision grâce à la nanoindentation DMA
Transition vitreuse localisée avec précision grâce à la nanoindentation DMA
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Imaginez un scénario dans lequel un échantillon en vrac est chauffé uniformément à une vitesse constante. Lorsqu'un matériau en vrac se réchauffe et approche de son point de fusion, il commence à perdre sa rigidité. Si des indentations périodiques (tests de dureté) sont réalisées avec la même force cible, la profondeur de chaque indentation devrait augmenter constamment puisque l'échantillon devient plus mou (voir figure 1). Ce phénomène se poursuit jusqu'à ce que l'échantillon commence à fondre. À ce stade, une forte augmentation de la profondeur par empreinte sera observée. En utilisant ce concept, le changement de phase dans un matériau peut être observé en utilisant des oscillations dynamiques avec une amplitude de force fixe et en mesurant son déplacement, c'est-à-dire l'analyse mécanique dynamique (DMA).
Découvrez la transition vitreuse localisée et précise !
Mesure de la relaxation des contraintes par nanoindentation
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Compression sur des matériaux souples et flexibles
Importance de tester les matériaux souples et flexibles
Un système microélectromécanique est un exemple d'échantillon très souple et flexible. Les MEMS sont utilisés dans des produits commerciaux courants tels que les imprimantes, les téléphones portables et les voitures [1]. Ils sont également utilisés pour des fonctions spéciales, comme les biocapteurs [2] et la collecte d'énergie [3]. Pour leurs applications, les MEMS doivent être capables de passer de manière réversible de leur configuration d'origine à une configuration comprimée de manière répétée [4]. Pour comprendre comment les structures vont réagir aux forces mécaniques, des tests de compression peuvent être effectués. Les essais de compression peuvent être utilisés pour tester et régler diverses configurations de MEMS ainsi que pour tester les limites supérieures et inférieures de la force pour ces échantillons.
La Nanovéa Testeur Méchanique Nano La capacité du module à collecter des données avec précision à des charges très faibles et à parcourir une distance de 1 mm le rend idéal pour tester les échantillons mous et flexibles. Grâce aux capteurs de charge et de profondeur indépendants, le déplacement important du pénétrateur n'affecte pas les lectures du capteur de charge. La capacité d'effectuer des tests à faible charge sur une plage de plus de 1 mm de course du pénétrateur rend notre système unique par rapport aux autres systèmes de nanoindentation. En comparaison, une distance de déplacement raisonnable pour un système d’indentation à l’échelle nanométrique est généralement inférieure à 250 μm.
Objectif de la mesure
Dans cette étude de cas, Nanovea a effectué des tests de compression sur deux échantillons flexibles et semblables à des ressorts, d'une différence unique. Nous présentons notre capacité à effectuer des compressions à des charges très faibles et à enregistrer des déplacements importants tout en obtenant des données précises à des charges faibles et comment cela peut être appliqué à l'industrie des MEMS. En raison des politiques de confidentialité, les échantillons et leur origine ne seront pas révélés dans cette étude.
Paramètres de mesure
Remarque : le taux de chargement de 1 V/min est proportionnel à environ 100μm de déplacement lorsque le pénétrateur est dans l'air.
Résultats et discussion
La réponse de l'échantillon aux forces mécaniques est visible dans les courbes de charge en fonction de la profondeur. L'échantillon A ne présente qu'une déformation élastique linéaire avec les paramètres d'essai énumérés ci-dessus. La figure 2 est un excellent exemple de la stabilité qui peut être obtenue pour une courbe charge vs profondeur à 75μN. En raison de la stabilité des capteurs de charge et de profondeur, il serait facile de percevoir toute réponse mécanique signicative de l'échantillon.
L'échantillon B affiche une réponse mécanique différente de celle de l'échantillon A. Passé 750μm de profondeur, un comportement de type fracture dans le graphique commence à apparaître. Cela est visible avec les chutes brutales de charge à 850 et 975μm de profondeur. Malgré un déplacement à un taux de charge élevé pendant plus de 1mm sur une plage de 8mN, nos capteurs de charge et de profondeur hautement sensibles permettent à l'utilisateur d'obtenir les courbes lisses de charge en fonction de la profondeur ci-dessous.
La rigidité a été calculée à partir de la partie de déchargement des courbes de charge par rapport à la profondeur. La rigidité reflète la quantité de force nécessaire pour déformer l'échantillon. Pour ce calcul de la rigidité, un pseudo-rapport de Poisson de 0,3 a été utilisé puisque le rapport réel du matériau n'est pas connu. Dans ce cas, l'échantillon B s'est avéré plus rigide que l'échantillon A.
Conclusion
Deux échantillons flexibles différents ont été testés en compression à l'aide du module Nano du testeur mécanique Nanovea. Les tests ont été réalisés à des charges très faibles (1mm). Les tests de compression à l'échelle nanométrique avec le Nano Module ont montré la capacité du module à tester des échantillons très mous et flexibles. Des tests supplémentaires pour cette étude pourraient aborder la façon dont la charge cyclique répétée affecte l'aspect de récupération élastique des échantillons à ressort via l'option de chargement multiple du testeur mécanique Nanovea.
Pour plus d'informations sur cette méthode d'essai, n'hésitez pas à nous contacter à l'adresse [email protected]. Pour d'autres notes d'application, veuillez consulter notre vaste bibliothèque numérique de notes d'application.
Références
[1] " Introduction et domaines d'application des MEMS ". EEHerald, 1er mars 2017, www.eeherald.com/section/design-guide/mems_application_introduction.html.
[2] Louizos, Louizos-Alexandros ; Athanasopoulos, Panagiotis G. ; Varty, Kevin (2012). " Systèmes microélectromécaniques et nanotechnologies. 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). "Récolte d'énergie piézoélectrique à bande passante ultra-large". 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.
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Propriétés mécaniques des revêtements de plaquettes en carbure de silicium
Il est essentiel de comprendre les propriétés mécaniques des revêtements des plaquettes en carbure de silicium. Le processus de fabrication des dispositifs microélectroniques peut comporter plus de 300 étapes de traitement différentes et peut prendre de six à huit semaines. Au cours de ce processus, le substrat de la tranche doit être capable de résister aux conditions extrêmes de la fabrication, car un échec à n'importe quelle étape entraînerait une perte de temps et d'argent. Les tests de duretéL'adhérence, la résistance aux rayures et le taux d'usure de la plaquette doivent répondre à certaines exigences afin de survivre aux conditions imposées pendant le processus de fabrication et d'application et de garantir qu'une défaillance ne se produira pas.
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Propriétés mécaniques et tribologiques de la fibre de carbone
Combiné avec l'essai d'usure par Tribomètre et l'analyse de la surface par profilomètre optique 3D, nous
présenter la polyvalence et la précision des instruments Nanovea pour tester les matériaux composites.
avec des propriétés mécaniques directionnelles.
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Évaluation de la dureté biomécanique des tissus
La capacité de mesurer avec précision les propriétés mécaniques dans les domaines des sciences de la vie est récemment devenue un aspect important de nombreuses études actuelles. Dans certains cas, la compréhension des propriétés mécaniques des surfaces biologiques molles a permis de découvrir les effets mécaniques des maladies. Comprendre les propriétés mécaniques fournit un contexte pour identifier le comportement mécanique local lié à des changements spécifiques. C’est également essentiel dans le développement de biomatériaux artificiels. Dans cette application, le Nanovea Testeur Méchanique, dans Nanoindentation est utilisé pour étudier la dureté biomécanique et le module d'élasticité de 3 zones distinctes du prosciutto (gras, viande claire et viande brune).
Évaluation de la dureté des dents à l'aide de la nanoindentation
Dans cette application, le système Nanovea Testeur Méchanique, dans Nanoindentation est utilisé pour étudier la dureté et le module d'élasticité de la dentine, de la carie et de la pulpe d'une dent. L'aspect le plus critique des tests de nano-identification est la fixation de l'échantillon. Ici, nous avons pris une dent tranchée et montée à l'époxy en laissant les trois zones d'intérêt exposées pour les tests.
Évaluation de la dureté des dents à l'aide de la nanoindentation
