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.

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 info@nanovea.com. 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.